银川能源学院课程设计（煤化工工艺学）
本工段采用低温甲醇洗工艺除变换气中CO2、全部硫化物、H2O和其他的杂质。
4.甲醇的合成以及精馏
3 工艺计算
3.1 物料衡算
3.1.1 合成塔的物料衡算
1. 粗甲醇产量计算
设计产量：精甲醇130万吨/年 开工时间：330天/年
通过精馏，精甲醇的纯度可达到99.9%，符合精甲醇国家一级标准。精馏工艺中甲醇的收率达93.89% 粗甲醇总产量（t/a）=
粗甲醇（t/a）?纯度
收率93.86%粗甲醇产量（t/a）=1300000?99.9%?1383653214.4
表3-1 粗甲醇组分质量百分数
组分 含量/% 摩尔质量g/mol
CH3OH 92.99 32
(CH3)2O 0.198 46
C4H9OH 0.028 74
H2O 6.784 18
甲醇（kmol/h）?粗甲醇产量（t/a）?含量?1000
开工时间?24?甲醇摩尔质量二甲醚（kmol/h）?粗甲醇产量（t/a）?含量?1000开工时间?24?二甲醚摩尔质量
1383656.5?1000?0.9299nCH3OH??5075.2kmol/h330?24?32
工业生产中测得低压时，
每生产一吨粗甲醇就会产生1.52 m3 （标况），即0.068kmol的甲烷。故CH4每小时产量为:
n(CH3)2O?1383656.5?1000?0.00198?7.52kmol/h330?24?46 5
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nCH4(kmol/h)?粗甲醇产量（t/a）?0.068?11.88kmol/h330?24表3-2 合成反应中生成物情况
组成 含量/% 产量/kg/h 产量/kmol/h
CH3OH 92.99 162457.6 5076.8
(CH3)2O 0.198 345.92 7.52
C4H9OH 0.028 48.84 0.66
H2O 6.784 11851.2 658.4
CH4 190.08 11.88
2. 合成反应中各气体消耗和生成量
主反应CO+2H2?CH3OH..............................（式3-1）CO2?3H2?CH3OH?H2O...................（式3-2）副反应2CO?4H2?(CH3)2O?H2O..............（式3-3）CO?3H2?CH4?H2O........................（式3-4）4CO?8H2?C4H9OH?3H2O.............（式3-5）CO2?H2?CO?H2O..........................（式3-6）
由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳，且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过5%，所以计算中忽略反应（3-2）。
表3-3 合成反应中各物质的消耗和生成情况
反应1-1 反应1-3 反应1-4 反应1-5 反应1-6
CO 5076.8 15.04 11.88 2.64 （-636.85）
消耗原料气组分/kmol/h
CO2 — — — — 636.85
H2 10153.6 30.08 35.64 5.28 636.85
生成生成物/kmol/ H2O — 7.52 11.88 1.98 636.85
CH4 — — 11.88 — —
注：反应1-1项不包括扩散甲醇和弛放气中甲醇消耗的原料气量
表3-4 每吨粗甲醇中合成气溶解情况 组分
H2
CO
CO2
N2
Ar
CH4
6
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溶解量（Nm3/t粗甲醇）
4.364
0.815
7.780
0.365
0.243
1.680
H2(kmol/h)?粗甲醇产量（t/a）?溶解量?34kmol/h330?24?22.4表3-5 每吨粗甲醇中合成气溶解情况
组分 溶解量（Nm3/t） 溶解量（kmol/h）
H2 4.364 34.0
CO 0.815 6.36
CO2 7.780 60.66
N2 0.365 2.85
Ar 0.243 1.90
CH4 1.680 13.10
根据测定，40℃时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37.14g甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为：
损失甲醇（kmol/h）?(NH2?NCO?NCO2?NN2?NAr?NCH4)*22.4*37.141000*32(34?6.36?6.07?2.85?1.90?13.10)*22.4*37.14??3.1kmol/h1000*32
查《甲醇工艺学》，驰放气组成如下
表3-6 驰放气组成
组分 Mol%
CH3OH 0.61
H2 78.31
CO 6.29
CO2 3.51
N2 3.19
Ar 2.30
CH4 5.79
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表3-7 原料气消耗数据
消耗项
粗甲醇中溶
34.0
解 扩散的甲醇 驰放气 驰放气中甲
0.0122G
醇 反应1-1 反应1-3 反应1-4 反应1-5 反应1-6
10153.6 30.08 35.64 5.28 636.85 10898.45+0.79
合计
53G
69G
1G
9G
G
9G
5076.8 15.04 11.88 2.64 636.85 4477.36+0.0
- - - - 636.85 697.51+0.035
- - - - - 2.85+0.031
- - - - - 1.9+0.023
- - - - - 13.1+0.057
0.0061G
-
-
-
-
6.2 0.7831G
3.1 0.0629G
- 0.0351G
- 0.0319G
- 0.023G
- 0.0579G
6.36
6.07
2.85
1.9
13.1
H2
CO
消耗原料气组分 CO2
N2
Ar
CH4
新鲜气（合成气）中惰性气体（N2+Ar+CH4）百分比保持在0.41%，反应过程中惰性气体的量保持不变，（N2+Ar+CH4）=17.85+0.1128G， 则
17.85?0.1128G?0.004116036.64?1.0122GG驰放?442.93kmol/h
G新鲜?16539.5kmol/h
表3-8 驰放气组成
气体 组成（%） 含量
CH3OH 0.61 2.7
H2 78.31 346.86
CO 6.29 27.86
8
CO2 3.51 15.55
N2 3.19 14.13
Ar 2.30 10.19
CH4 5.79 25.65
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表3-9 新鲜气 (合成气) 组成
气体 组成（%） 含量
CH4 0.05 8.27
H2 67.99 11245.21
CO 28.45 4705.49
CO2 3.08 509.42
N2 0.251 41.51
Ar 0.179 29.61
5、循环气气量的确定
图3-1 甲醇合成塔流程图
出塔气量=新鲜气量+循环气量+主反应生成气量+副反应生成气量-主反应消耗气量-副反应消耗气量
出塔气量=新鲜产量+循环产量+主反应生成气量+副反应生成量-主反应消耗气量-副反应消耗气量
G出塔?G新鲜?G循环?G主生成?G副生成-G主消耗-G副消耗G出塔?G新鲜?G循环?G主生成?G副生成?G主消耗?G副消耗
G主生成甲醇?G主反应甲醇?G扩散损失甲醇?G驰放气甲醇
G主生成?5075.2?3.1?442.93?0.0061?5081kmol/h
G主消耗?G主CO?G主H2?G扩散CO?G扩散H?G驰放CO?G驰放H22??442.93?5075.2?10150.4?6.2?3.1??0.0122?0.0061?15243kmol/h而反应1-3， 1-4, 1-5， 1-6，均匀副反应 故有：
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