1合成工段 1.1合成塔中發生的反應 主反應 CO+2H2=CH3OH （1） CO2+3H2=CH3OH +H2O （2） 副反應 2CO+4H2=（CH3O）2+H2O （3） CO+3H2=CH4+H2O （4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （5） 8CO+17H2=C18H18+8H2O （6） O2+H2=CO+H2O （7） 工業生產中測得低壓時，每生產一噸粗甲醇就會產生1.52 m3（標態）的甲烷，即設計中每小時甲烷產量為1.90 kmol/h ，42.38m3/h。 由于甲醇入塔氣中水含量很少，忽略入塔氣帶入的水。由反應（3）、（4）、（5）、（6）得出反應（2）、（7）生成的水分為： 86.72-1.90-2.54-0.98×3-0.78×8 =73.06 kmol/h 由于合成反應中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發生逆變反應生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過5%，所以計算中忽略反應（2）。則反應（7）中二氧化碳生成了73.06 kmol/h，即1636.54 m3/h的水和一氧化碳。 1.2粗甲醇中的溶解氣體量 粗甲醇中氣體溶解量查表5Mpa、40℃時，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表： 表1 1噸粗甲醇中合成氣溶解情況 氣體 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解量（m3/t粗甲醇） 4.364 0.815 7.780 0.365 0.243 1.680 則 粗甲醇中的溶解氣體量為： H2 = 28.87×4.364 = 121.64 m3/h 即5.44 kmol/h CO= 28.87×4.364 = 22.72m3/h 即1.02kmol/h CO2 = 28.87×4.364 = 216.84m3/h 即9.68kmol/h N2 = 28.87×4.364 = 10.18m3/h 即0.46kmol/ Ar = 28.87×4.364 = 6.78m3/h 即0.30 kmol/h CH4 = 28.87×4.364 = 46.82 m3/h 即2.10kmol/h 1.3粗甲醇中甲醇擴散損失 40℃時,液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有37014g的甲醇,假設減壓后液相中除二甲醚外,其他氣體全部釋放出，則甲醇擴散損失 G =（121.64+22.72+216.84+10.18+6.78+46.82）×0.03714=15.80kg/h 即 0.50 kmol/h，11.04 m3/h 1.4合成反應中各氣體的消耗和生成情況 表2 弛放氣組成 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89% 表3 合成反應中消耗原料情況 消耗項 單位 消耗原料氣組分 CO CO2 H2 N2 Ar 反應(1) m3/h 16585.86 33171.72 反應(3) m3/h 114.00 228.00 反應(4) m3/h 42.38 127.14 反應(5) m3/h 87.74 175.52 反應(6) m3/h 140.20 297.50 反應(7) m3/h （1636.54） 1636.54 1636.54 注：括號內的為生成量；反應（1）項不包括擴散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量 表4 合成反應中生成物情況 生成項 單位 生成物組分 CH4 CH3OH （CH3O）2 C4H9OH C18H18 H2O 反應(1) m3/h 16585.86 反應(3) m3/h 57.00 57.00 反應(4) m3/h 42.38 42.38 反應(5) m3/h 21.94 65.80 反應(6) m3/h 17.52 140.20 反應(7) m3/h 1636.54 表5 其他情況原料氣消耗 消耗項 單位 消耗原料氣組分 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 粗甲醇中溶解 m3/h 22.72 216.84 121.64 10.18 6.78 46.82 擴散的甲醇 m3/h 11.04 22.10 弛放氣 m3/h 9.16%×G 3.11%×G 81.20%×G 3.21%×G 0.82%×G 1.89%×G 馳放氣中甲醇 m3/h 0.61%×G 1.22%×G 注：G為馳放氣的量，m3/h。 1.5新鮮氣和弛放氣氣量的確定 CO的各項消耗總和 = 新鮮氣中CO的量，即 16585.86+114.00+42.38+87.74+140.20-1636.54+22.72+11.04+0.61%G+9.16%G =15367.40+9.77%G 同理 原料氣中其他各氣體的量=該氣體的各項消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表： 表6 新鮮氣組成 組分 單位 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 氣量 m3/h 15367.40 +9.77%G 1853.38+ 3.11%G 35780.54+ 82.42%G 10.18+ 3.21%G 6.78+ 0.82%G 4.44+ 1.89%G 新鮮氣 m3/h 53022.72+1.0183G 新鮮氣中惰性氣體（N2 + Ar）百分比保持在0.42%，反應過程中惰性氣體的量保持不變，（N2 + Ar）=16.96+4.03%G，則53022.72+1.0183G=（16.96+4.03%G）/0.42% 解得 G=5711.20m3/h，即弛放氣的量為5711.20m3/h，由G可得到新鮮氣的量58838.44 m3/h 由弛放氣的組成可得出下表 表7 弛放氣組成 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89% 氣量m3/h 34.84 4637.48 523.14 177.64 183.32 46.86 107.92 表8 新鮮氣組成 氣體 CH4 H2 CO CO2 N2 Ar 組成 0.19% 68.81% 27.07% 3.45% 0.33% 0.09% 氣量m3/h 112.36 40487.72 15925.38 2031.02 193.50 53.62 1.6循環氣氣量的確定 G1 =G 3+G4+G5+G6-G7-G8 式中：G1 為出塔氣氣量；G 3 新鮮氣氣量；G4 循環氣氣量；G5 主反應生成氣量；G6 副反應生成氣量；G7 主反應消耗氣量；G8 副反應消耗氣量； G5= 16585.86+11.04+0.61%×5711.20=16631.74 m3/h G6=57.00+57.00+42.38+42.38+21.94+65.80+17.52+140.20+1636.54+1636.54=3717.30 m3/h G7=16585.86+3317.72+11.04+22.08+0.61%×5711.20×3=49895.22 m3/h G8=114.00+228.00+42.38+127.14+87.74+175.48+140.20+297.94+1636.54+1636.54=4485.96 m3/h 已知出塔氣中甲醇含量為5.84%，則（G4×0.61%+5711.20×0.61%+16585.86+11.04）/ G1=0.0584解得G4= 89947.38m3/h 表9 循環氣組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89% 氣量m3/h 1768.68 235437.28 26559.18 9017.36 9037.32 2377.58 5480.00 1.7循環比，CO及 CO2單程轉化率的確定 循環比R= G4/G 3 =289947.38/58838.44=4.93 CO單程轉化率：(15344.68+69.68)/(15925.38+26559.18)=0.3620 即 36.2% CO2單程轉化率：1636.54/(2031.02+9017.36)=0.1481 即 14.81% 1.8入塔氣和出塔氣組成 G1 =G 3+G4+G5+G6－G7－G8=314845.88m3/h=14055.62 kmol/h G2= G3+G4 =348785.80m3/h=15570.80 kmol/h G2 為入塔氣氣量 表10 入塔氣組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 0.06% 79.11% 12.18% 3.17% 2.72% 0.70% 1.60% 氣 m3/h 1768.68 275924.56 42484.56 11048.38 9500.82 2431.20 5592.36 量 kmol/h 8.88 12318.08 1896.64 493.24 424.14 108.54 257.66 表11 出塔氣組成 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 組成 76.29% 8.61% 2.93% 3.02% 0.77% 5.84% 氣m3/h 240196.42 27105.04 9234.22 9500.82 2431.20 18400.42 量 kmol/h 10723.06 1210.04 412.24 424.14 108.54 821.44 氣體 CH4 （CH3O）2 C4H9OH C18H18 H2O 組成 1.79% 0.018% 0.007% 0.006% 0.62% 氣m3/h 5634.74 57.00 21.94 17.52 1941.52 量 kmol/h 251.52 2.54 0.98 0.78 86.68 計算過程: 入塔氣CO=循環氣中CO+新鮮氣中CO 即15925.38+26559.18=42484.56 m3/h ，同理可得其他氣體氣量; 出塔氣中CO=入塔氣中CO-反應消耗的CO+反應中生成的CO，即42484.56-16585.86-114.00-42.38-87.74-140.20-11.04-5711.20×0.61%+1636.54=27105.04 m3/h 同理可得其它氣體量 1.9甲醇分離器出口氣體組成的確定 分離器出口氣體組分=循環氣氣體組分+弛放氣氣體組分；則分離器出口氣體中CO氣量=循環氣中CO+弛放氣中CO=26559.18+523.14=27082.32m3/h 即 1209.04kmol/h ；同理可算的其他氣體的氣量。 表12 分離器出口氣體組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89% 氣m3/h 1803.64 240074.68 27082.50 9195.20 9490.44 2424.58 5587.90 量 kmol/h 80.52 10717.62 1209.04 410.50 423.68 108.24 249.46