甲醇合成裝置畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　專 科 畢 業(yè) 設(shè) 計</p><p>　　年產(chǎn)180萬噸兩段法串聯(lián)</p><p>　　甲醇合成裝置工藝設(shè)計</p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名：

2、 </p><p>　　2012 年 03 月</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計（論文）題目：年產(chǎn)180萬噸兩段法串聯(lián)甲醇合成裝置工藝設(shè)計</p><p>　　學(xué)院：北京化工大學(xué) 專業(yè)：化工工程與工藝 </p><p>　　1．設(shè)計（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo)&l

3、t;/p><p>　　(1) 年產(chǎn)180噸甲醇合成</p><p>　　(2) 甲醇合成采用兩段法串聯(lián)</p><p>　　(3) 目的是達(dá)到物料平衡，達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)為目的</p><p>　　2．設(shè)計（論文）的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　(1) 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝原理 </p><p>　

4、　(2) 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝流程</p><p>　　(3) 甲醇合成主要設(shè)備</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 宋維靖，房鼎東，石油化工，8.523（1981）</p><p>　　[2] 宋維靖.甲醇工學(xué)，中國化學(xué)工業(yè)出版社，1986.10.11</p>

5、<p>　　[3] 趙九生等，化學(xué)工業(yè)與工程，1987</p><p>　　[4] 樓壽林等，大型甲醇合成塔結(jié)構(gòu)形式選擇探討，杭州林達(dá)化工技術(shù)公司內(nèi)部資料</p><p>　　[5] 馮在南等，林達(dá)水冷型低壓甲醇合成反應(yīng)器技術(shù)，內(nèi)部資料。</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>&

6、lt;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要：4</b></p><p><b>　　引 言5</b></p><p>　　第一章 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝原理6</p><p>　　1.1甲醇合成基本原理

7、 6</p><p>　　1.2 最佳反應(yīng)溫度...............................................7 </p><

8、;p>　　1.3 甲醇合成反應(yīng)的平衡 ………………………………………………… 11 1.4 甲醇合成能量平衡............. .............. 13 </p><p>　　第二

9、章 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝流程..15</p><p>　　2.1 傳統(tǒng)甲醇合成工藝流程概述..................................15</p><p>　　2.2 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝流程敘述........................。。.16

10、 </p><p>　　2.3 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝的物料數(shù)據(jù)......................... 20 </p><p>　　第三章 甲醇合成設(shè)備24</p><p>　　3.1 甲醇合成設(shè)備概述..................................

11、....... 24</p><p>　　3.2大型甲醇塔的可選形式及工藝特點............................25 </p><p>　　第四章 甲醇合成催化劑. .33</p><p>　　4.1 概述 ...................................

12、..................33 </p><p>　　4.2 C79-7GL催化劑的說明 ....................................33 4.3工藝與催化劑的關(guān)系.................................... 37

13、 </p><p>　　結(jié) 論............... .38</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：39 </b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p>　　年

14、產(chǎn)180萬噸兩段法串聯(lián)甲醇合成裝置工藝</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　根據(jù)反應(yīng)熱力學(xué)理論，在甲醇合成反應(yīng)中低溫有利于提高轉(zhuǎn)化率，但低溫在動力學(xué)上不利于反應(yīng)的原理，為了改進(jìn)傳統(tǒng)甲醇生產(chǎn)工藝性能，從而可以采用水冷反應(yīng)器——氣冷串聯(lián)相組合的工藝，該工藝包括一臺（或平行的兩臺）水冷甲醇反應(yīng)器和一臺氣冷甲醇反應(yīng)器。含循環(huán)氣和合成氣的原料汽首先

15、進(jìn)入水冷反應(yīng)器，在250℃等溫條件下進(jìn)行部分生成甲醇的轉(zhuǎn)化反應(yīng)；水冷反應(yīng)器的溫度由殼層水蒸汽壓力控制。經(jīng)過第一次生成甲醇的反應(yīng)混合物進(jìn)入第二臺反應(yīng)器中進(jìn)一步進(jìn)行生成甲醇的第二次轉(zhuǎn)化。在氣冷反應(yīng)器中，由于氣冷反應(yīng)器物流逆向加熱水冷反應(yīng)器的進(jìn)料氣，因此殼層（催化劑層）反應(yīng)溫度從上（進(jìn)氣口）至下（出氣口）逐漸降低，這樣的溫度分布有利于化學(xué)平衡向生產(chǎn)甲醇的方向移動，提高轉(zhuǎn)化率。魯奇公司根據(jù)這個原理開發(fā)了通過水冷——氣冷兩段串聯(lián)相組合的甲醇生產(chǎn)工

16、藝，較為充分利用了熱力學(xué)的原理，在提高甲醇單次轉(zhuǎn)化率的同時，有效降低了循環(huán)比，提高了反應(yīng)后氣體中的甲醇組分含量，大大增加了生產(chǎn)能力，降低了甲醇合成中的能量消耗。該工藝中低溫（220℃）活性催化劑的開發(fā)至關(guān)重要。魯齊公司將優(yōu)化的甲醇合成工藝（聯(lián)合轉(zhuǎn)化）與新開發(fā)的兩聯(lián)甲醇合成工藝結(jié)合，可設(shè)計建造單系</p><p>　　本文從我國甲醇生產(chǎn)裝置的大型化發(fā)展目的出發(fā)，論述了甲醇合成反應(yīng)的基本原理：反應(yīng)平衡和最佳反應(yīng)溫度，

17、并針對國內(nèi)外大型的甲醇合成反應(yīng)器設(shè)備相關(guān)性能進(jìn)行了對比，論述了設(shè)備對工藝的影響，同時簡要介紹了魯奇兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝技術(shù)，闡述了該工藝的技術(shù)特點、能耗、工藝數(shù)據(jù)及相關(guān)設(shè)備等方面的內(nèi)容，提出了兩段法串聯(lián)組合型工藝對銅基催化劑性能的要求，并基于魯奇兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝的思路出發(fā)，結(jié)合國內(nèi)甲醇裝置的設(shè)備技術(shù)狀況對甲醇合成裝置設(shè)備的選型、工藝方案等方面進(jìn)行了總結(jié)，對比分析了相關(guān)的技術(shù)優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上，提出采用國內(nèi)開發(fā)的甲醇合成反應(yīng)器設(shè)備

18、和相關(guān)催化劑，開發(fā)兩段法串聯(lián)組合型甲醇生產(chǎn)工藝從而實現(xiàn)該技術(shù)的國產(chǎn)化是可行的，并且對我國甲醇裝置的大型化技術(shù)發(fā)展工作意義重大，希望同行借鑒并對我國甲醇裝置的大型化國產(chǎn)技術(shù)開發(fā)設(shè)計方面有所裨益。</p><p>　　關(guān)鍵詞：甲醇 化學(xué)平衡 催化劑 循環(huán)比 轉(zhuǎn)化率 最佳反應(yīng)溫度</p><p><b>　　引 言</b></p><

19、;p>　　甲醇作為基礎(chǔ)原料產(chǎn)品近年來全球消費穩(wěn)定增長，我國甲醇工業(yè)目前還在一定程度上面臨著進(jìn)口產(chǎn)品的沖擊，原因是國內(nèi)大部分裝置規(guī)模小、技術(shù)落后、能耗高，造成生產(chǎn)成本高，無法與國外以天然氣為原料的大型或超大型甲醇裝置抗衡，主要問題在于裝置的大型化。因此引進(jìn)或借鑒國外的先進(jìn)甲醇生產(chǎn)技術(shù)，建設(shè)或開發(fā)我國大型的甲醇生產(chǎn)技術(shù)是當(dāng)前工作的重點。</p><p>　　目前我國建成或在建的大型甲醇項目估計有40多家，這些項

20、目將對我國甲醇市場供求關(guān)系產(chǎn)生明顯的影響，但整體來說，以上項目單系列甲醇裝置生產(chǎn)能力還無法與國外大型的甲醇裝置相比美，無論從工藝技術(shù)還是從能耗上來說還與國際大型的甲醇裝置存在著一定的差距。例如從國際甲醇裝置統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，超大型化甲醇裝置在一些中東國家都得到了較快的發(fā)展，到目前為止，全球產(chǎn)能達(dá)5000t/d的甲醇裝置共有5套，伊朗有3套，采用的是Lurgi技術(shù)，阿曼、特立尼達(dá)各一套，采用ICI技術(shù)，另外尼日利亞還有一套7500t/d的裝置

21、正在建設(shè)，采用的是TOPSOE技術(shù)。這些裝置在技術(shù)上、能耗及綜合經(jīng)濟(jì)效益方面都具有較大的優(yōu)越性，國際競爭力極強(qiáng)。</p><p>　　近幾年，大型甲醇裝置也開始在國內(nèi)陸續(xù)興建。 2006年大唐國際在錫盟地區(qū)開始建設(shè)年產(chǎn)180萬噸的超大型單系列甲醇生產(chǎn)裝置，其最終產(chǎn)品為年產(chǎn)46萬噸聚丙烯，同時副產(chǎn)汽油等產(chǎn)品；其他有神華07年在內(nèi)蒙包頭地區(qū)開始計劃興建總年產(chǎn)180萬噸的甲醇裝置，中國華能在滿州里計劃興建總年產(chǎn)150萬

22、噸的甲醇項目。從技術(shù)角度來看后兩個項目其單系列甲醇產(chǎn)能都不大，僅大唐的甲醇項目為單系列的超大型甲醇生產(chǎn)裝置，采用的是德國魯奇（Lurgi）公司開發(fā)的兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝，生產(chǎn)工藝和設(shè)備都處于較為先進(jìn)的水平。</p><p>　　具了解，兩段法串聯(lián)的甲醇合成工藝在我國的一些中小裝置中曾經(jīng)有過一些初步的嘗試，例如有的企業(yè)在主甲醇反應(yīng)器的前面增加一個小的起輔助增溫作用的小甲醇反應(yīng)器，經(jīng)過初步反應(yīng)的氣體再進(jìn)入主反應(yīng)器中

23、進(jìn)一步發(fā)生合成甲醇的反應(yīng)，這些改進(jìn)就是兩段法串聯(lián)合成工藝的最初雛形。但這些改進(jìn)都是很小的、不規(guī)范的、沒有經(jīng)過詳細(xì)設(shè)計和完善理論來支持的嘗試，更沒有與之適應(yīng)的設(shè)備方面的技術(shù)改進(jìn)相配合，因此效果可想而知，其嘗試的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗以及理論基礎(chǔ)都很不完善，因此有必要從理論基礎(chǔ)上，從設(shè)備的基本設(shè)計上對兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝做一個詳細(xì)的探討，以供我們在開發(fā)該工藝方面借鑒和參考。在以下內(nèi)容里我們就對兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝的原理、技術(shù)特點、設(shè)備性能等方面進(jìn)行

24、基本的分析和論述。</p><p>　　第一章 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝原理</p><p>　　1.1 甲醇合成基本原理</p><p>　　在甲醇合成工藝中，甲醇由氫氣、一氧化碳和二氧化碳在具有高選擇性多相銅基催化劑存在條件下反應(yīng)生成。主要反應(yīng)式如下：</p><p>　　CO+2H2←→CH3OH(g)-90.8kJ/mol</p

25、><p>　　CO2+3H2←→CH3OH(g)+H2O(g)- 49.5kJ/mol</p><p>　　反應(yīng)氣中含有CO2時，還發(fā)生以下反應(yīng)：</p><p>　　CO2+3H2←→CH3OH(g)+H2O(g)-49.5kJ/mol</p><p>　　同時，CO2和H2發(fā)生CO的逆變換反應(yīng)：</p><p>　　C

26、O2+H2 ←→ CO+ H2O(g)+41.3 kJ/mol</p><p>　　反應(yīng)過程除了生成甲醇外，還伴隨一些副反應(yīng)的發(fā)生，生成少量的烴、醇、醛、醚、酸和酯等40多種化合物。主要副反應(yīng)如下：</p><p>　　CO+H2←→HCHO</p><p>　　CO2+H2←→CO+H2O</p><p>　　2CH3OH←→CH3OCH3

27、+H2O</p><p>　　2CO+4H2←→C2H5OH+H2O 等</p><p>　　由CO 、CO2、H2合成甲醇的反應(yīng)是強(qiáng)放熱的體積縮小的反應(yīng)，而副反應(yīng)放熱更強(qiáng)。從熱力學(xué)上講，提高反應(yīng)壓力和降低反應(yīng)溫度有利于生成甲醇的反應(yīng)，但同時也有利于副反應(yīng)的發(fā)生，并且降低反應(yīng)溫度則會降低反應(yīng)速率，這樣氣體在反應(yīng)器內(nèi)受反應(yīng)時間的制約反而會降低甲醇產(chǎn)率。因此，為了達(dá)到合成甲醇的目的，必須選

28、擇性能良好的催化劑，嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，以提高主反應(yīng)的生成速率，并抑制副反應(yīng)的發(fā)生。</p><p>　　影響甲醇合成速率的因素很多，壓力、溫度、入塔氣組分、空速、催化劑的活性和顆粒度等，都對甲醇合成的速率和生產(chǎn)強(qiáng)度有影響。相關(guān)影響因素的的論述請參閱有關(guān)書籍。</p><p>　　1.2 最佳反應(yīng)溫度</p><p>　　由一氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)和由二氧化碳加氫生

29、成甲醇的反應(yīng)均為可逆的放熱反應(yīng)，對于可逆的放熱反應(yīng)來說，溫度升高固然使反應(yīng)速率常數(shù)增大，但平衡常數(shù)的數(shù)值將會降低。當(dāng)反應(yīng)混合物組成一定而改變溫度時，反應(yīng)速率受著這兩種相互矛盾的因素影響，在較低的溫度范圍內(nèi)，由于平衡常數(shù)的數(shù)值較大，反應(yīng)速率隨溫度的增大而增大，但隨著溫度的逐漸增加，平衡常數(shù)將逐漸降低，當(dāng)增大到某一數(shù)值時，反應(yīng)速率隨溫度的增加量將變?yōu)榱?，此時反應(yīng)速率最大，再繼續(xù)增大溫度，則反應(yīng)速度隨溫度的增加而降低。因此，對于一定的反應(yīng)混合

30、物組成，具有最大反應(yīng)速率的溫度，這個溫度稱為相應(yīng)與該組成的最佳反應(yīng)溫度。</p><p>　　圖1-1 C207催化劑上由CO合成甲醇的反應(yīng)速率</p><p>　　圖1－1 表示C207銅基催化劑在12MPa下，反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系，YH2＝0.702，YCO＝0.65，YCO2＝0.002，YCH4=0.246；由圖可見，當(dāng)甲醇含量較低時，由于平衡的影響相對較小，最佳反應(yīng)溫度就高，隨著

31、反應(yīng)的進(jìn)行，甲醇含量升高，平衡的影響增大，最佳溫度就低。圖中的虛線表示各種反應(yīng)速率條件下，具有最大反應(yīng)速率與溫度關(guān)系的軌跡。與圖1－1中的虛線對應(yīng)即為圖1－2中的最佳溫度曲線。圖1－2也繪出了等反應(yīng)速率的曲線以及平衡線。反應(yīng)器操作時，如果沿著最佳溫度線進(jìn)行，則反應(yīng)速率最高可實現(xiàn)最大產(chǎn)量，但溫度不能超過催化劑耐熱允許溫度，對于銅基催化劑一般不超過300℃。</p><p>　　反應(yīng)中如果改變操作壓力或反應(yīng)氣體混合物

32、的初始組成會引起平衡曲線改變，而活化能不變，則最佳反應(yīng)曲線隨平衡曲線而變。</p><p>　　表1－1列出了一定組成時，三種條件下的最佳反應(yīng)溫度與平衡溫度。</p><p>　　由表1－1的數(shù)據(jù)可以繪制成圖1－3。</p><p>　　由表1－1和圖1－3可見，同樣組成下，壓力增加最佳溫度線和平衡線均向右移。對于銅基催化劑來說，高壓、高反應(yīng)物濃度情況下，一般最佳溫

33、度常超過耐熱溫度，而對于低壓、低反應(yīng)物濃度設(shè)法在最佳溫度下操作，才具有實際意義。</p><p>　　圖1－2 C207催化劑上由CO合成甲醇的最佳溫度曲線</p><p>　　表1－1 一定組成時的最佳溫度tm及平衡溫度te</p><p>　　備注： 條件1——12MPa，YH2＝0.702，YCO＝0.05，YCO2＝0.002，YCH4＝0.246；&l

34、t;/p><p>　　條件2——12MPa，YH2＝0.652，YCO＝0.10，YCO2＝0.002，YCH4＝0.246；</p><p>　　條件3——5.0MPa，YH2＝0.702，YCO＝0.05，YCO2＝0.002，YCH4＝0.246；</p><p>　　圖1－3 壓力與組成對最佳溫度線和平衡線的影響</p><p>　　1，

35、2，3——代表表1－1中的條件1，2，3</p><p>　　虛線——平衡線；實線——最佳溫度線</p><p>　　對于在甲醇合成中由CO、CO2同時參加的反應(yīng)最佳溫度，由于兩個反應(yīng)的速率常數(shù)和平衡常數(shù)不同，在同一組成下，兩個反應(yīng)的最佳溫度也不同。生成甲醇的總速率為CO和CO2兩個反應(yīng)速率之和，所以一定組成條件下，兩個反應(yīng)速率之和最大時的溫度，才是該反應(yīng)系統(tǒng)的最佳溫度。</p>

36、;<p>　　催化劑床層的反應(yīng)中，生成產(chǎn)物的濃度分布又與溫度分布有關(guān)，如圖1—4所示，在CO和CO2與氫合成的反應(yīng)中，生成甲醇的平衡濃度隨溫度的升高而降低，最佳溫度隨著反應(yīng)物中甲醇的濃度增加而升高。當(dāng)然實際工業(yè)生產(chǎn)中的最佳溫度分布受催化劑床層內(nèi)件的結(jié)構(gòu)、催化劑的活性和耐熱溫度、氣體組成、傳熱面積大小設(shè)計等都會導(dǎo)致最佳溫度曲線的變化，但是我們完全可以在具體的情況下，利用此原理，制定更為合適的工藝條件。實現(xiàn)最佳溫度的方法，工業(yè)

37、上采用連續(xù)換熱式或多段冷激式催化劑筐，使催化床層的溫度盡可能沿最佳溫度分布。</p><p>　　國內(nèi)在甲醇工業(yè)設(shè)計中，往往僅從實現(xiàn)單塔催化劑床層的最佳溫度分布來考慮，因此設(shè)計受設(shè)備內(nèi)件結(jié)構(gòu)、催化劑耐熱溫度、設(shè)備換熱面積、操作條件、反應(yīng)氣組分等各種因素的影響而無法實現(xiàn)；如果從整個系統(tǒng)的工藝設(shè)計進(jìn)行考慮，則可以將甲醇合成分成兩段，第一段我們則利用較高的溫度條件進(jìn)行初步的反應(yīng)，在這里以高的反應(yīng)速率使該段中的氣體快速的

38、反應(yīng)生成甲醇，反應(yīng)后的氣體則進(jìn)入第二段繼續(xù)反應(yīng)；在第二段則可以利用較低溫度有利于生成甲醇、反應(yīng)平衡中甲醇濃度含量高的原理，通過設(shè)備內(nèi)催化劑床層溫度的逐漸降低來提高出口反應(yīng)氣體中的最終甲醇濃度，使反應(yīng)氣體盡可能的向生成甲醇的方向移動，從而提高氣體在催化劑床層中的單程轉(zhuǎn)化率；兩段法工藝可以設(shè)計不同的操作條件和工藝，也可以根據(jù)各段的特點選用不同的催化劑，這樣就可以更好的使生產(chǎn)工藝條件更好的符合最佳溫度曲線的分布。</p><

39、;p>　　圖1－4 C301催化劑上由CO和CO2與氫合成甲醇的</p><p>　　最佳溫度線和平衡線示意圖</p><p>　　1－最佳溫度線；2－平衡線</p><p>　　1.3 甲醇合成反應(yīng)的平衡</p><p>　　合成甲醇原料氣中，都含有一氧化碳和二氧化碳，因此它是一個復(fù)雜的反應(yīng)系統(tǒng)。運用SHBWR狀態(tài)方程，可以計算出不

40、同溫度下的Kt值如表1－2所示；可以計算出CO和CO2同時參加反應(yīng)時對一定原料氣組成不同T、P條件下平衡組成和平衡常數(shù)值見表1－3所示。也可以計算出不同原料氣組成時的平衡組成和平衡常數(shù)值，見表1－4所示。</p><p>　　表1－2 不同溫度下的K值</p><p>　　表1－3 不同溫度、壓力下甲醇合成的平衡組成和平衡常數(shù)值</p><p>　　備注：表1－3所

41、用的原料氣組成為：YH2 0.6285；YCO 0.1305；YM 0；YN2 0.0047；Y成 0.1406</p><p>　　YCO2 0.0924；YH2O 0.0033</p><p>　　表1－4 不同原料汽組成于5.0MPa下甲醇的平衡濃度及平衡常數(shù)KP1值</p><p>　　備注：表1－4中原料氣組成 一：YH2＝0.6667；YCO＝0.33

42、37</p><p>　　二：YH2＝0.80；YCO＝0.20</p><p>　　三：YH2 0.6285；YCO 0.1305；YM 0；YN2 0.0047；Y成 0.1406</p><p>　　YCO2 0.0924；YH2O 0.0033</p><p>　　由表1－3、表1－4所列數(shù)據(jù)可見，增高壓力，降低溫度，平衡常數(shù)KP1和

43、KP2都增大，即有利益平衡。溫度和壓力相同時，氣體組成對于甲醇合成的平衡常數(shù)也有明顯的影響。</p><p>　　根據(jù)表1－3繪制成圖1－5、1－6，從圖上可以明顯看出在一定的原料汽組成下，溫度低、壓力高對生成甲醇的平衡有利，這是由于兩個合成甲醇的反應(yīng)都是可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)時分子數(shù)減少的緣故。此外一氧化碳的平衡濃度對反應(yīng)條件的變化較為敏感，而二氧化碳則相對不敏感，溫度低時，二氧化碳與一氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率相比較溫度

44、高時小的多。因此在溫度較高情況下，原料氣中的二氧化碳含量不宜過高，以避免一氧化碳的利用率不高，而且多消耗氫氣，在溫度較低時，則可以允許有較高的二氧化碳含量。當(dāng)然生產(chǎn)條件的制定還要考慮動力學(xué)的因素。</p><p>　　由數(shù)據(jù)表也可以看出，加壓下甲醇合成的平衡常數(shù)，不僅與溫度、壓力有關(guān)，而且與組成有關(guān)。</p><p>　　在兩段法串聯(lián)合成工藝中，第一聯(lián)反應(yīng)器溫度稍高，幾乎在等溫的條件下進(jìn)行

45、反應(yīng)，第二聯(lián)反應(yīng)器的操作溫度則可以稍低，而且反應(yīng)氣體與補(bǔ)入氣體在管殼型反應(yīng)器中逆流換熱，從而使第二聯(lián)反應(yīng)器的床層溫度分布為逐漸下降的趨勢，在反應(yīng)器出口氣體溫度為最低。</p><p>　　同時兩段法甲醇合成工藝中，合成氣在第一聯(lián)較高溫度的反應(yīng)器中CO的反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于CO2，初步反應(yīng)后的氣體中CO2含量會少有增加，而第二聯(lián)反應(yīng)器的床層溫度分布為逐漸下降，這樣的溫度特點能較好符合溫度較低時，可以允許有較高的二氧化碳含

46、量的條件，因此采用兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝能夠很好的適合這一原理。</p><p>　　圖1－5 5.0MPa下各組分平衡濃度與溫度的關(guān)系</p><p>　　1.4合成塔能量計算</p><p>　　已知：合成塔入塔氣為220 ℃，出塔氣為250 ℃，熱損失以5%計，殼層走4MPa的沸水。</p><p>　　查《化工工藝設(shè)計手冊》得，4 M

47、Pa下水的氣化潛熱為409.7 kmol/kg，即1715.00 kJ/kg，密度799.0 kg/m3，水蒸氣密度為19.18 kg/m3，溫度為250 ℃。入塔氣熱容見4-16。 </p><p>　　表2-16　5MPa，220℃下入塔氣除(CH3OH)熱容</p><p>　　查得220℃時甲醇的焓值為42248.46 kJ/kmol，流量為749.391 Nm3。&

48、lt;/p><p>　　所以：Q入=42248.46+212338.19220=2815007.35+46714401.8</p><p>　　=49529409.15 kJ</p><p>　　出塔氣熱容除(CH3OH)見表4-17。 </p><p>　　表2-17 5MPa，220℃下出塔氣除(CH3OH)熱容</

49、p><p>　　查得250℃時甲醇的焓值為46883.2 kJ/kmol，流量為10471.692 Nm3。</p><p>　　所以：Q出=46883.2+176365.71250=21917251.36+44091421.5</p><p>　　=66008672.86 kJ</p><p>　　由反應(yīng)式得:Q反應(yīng)=[102.37+200.3

50、9+115.69</p><p>　　+49.62+(-42.92)] 1000</p><p>　　=(88862.60+242.08+577.30+5.14-2130.80)1000</p><p>　　=87556320 kJ</p><p>　　Q熱損失=(Q入＋Q反應(yīng)) 5%=(49529409.15+87556320) 5%<

51、;/p><p>　　=6854286.46 kJ</p><p>　　所以：殼程熱水帶走熱量</p><p>　　Q傳 = Q入 + Q反應(yīng) - Q出 - Q熱</p><p>　　=49529409.15+87556320-66008672.86-6854286.46</p><p>　　=6422276

52、9.83 kJ</p><p>　　又：Q傳=G熱水r熱水</p><p>　　所以:G熱水==37447.89 kg/h</p><p>　　即時產(chǎn)蒸氣：=1952.45m3</p><p>　　第二章 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝流程</p><p>　　2.1 傳統(tǒng)甲醇合成工藝流程概述</p><

53、p>　　甲醇合成工序的任務(wù)是將凈化制得的主要含CO、CO2和H2的新鮮氣在加壓和一定溫度下合成反應(yīng)生成粗甲醇。甲醇合成是甲醇生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，工藝流程有多種，其發(fā)展與新催化劑的應(yīng)用，以及凈化技術(shù)的進(jìn)展分不開。自銅基催化劑的應(yīng)用以來，低壓甲醇合成工藝得到了迅速的普及，中小型的甲醇裝置均采用低壓甲醇合成工藝。隨著甲醇裝置規(guī)模的不斷增加，低壓甲醇合成技術(shù)由于操作壓力低，導(dǎo)致設(shè)備體積相當(dāng)?shù)凝嫶螅虼税l(fā)展了10MPa的中壓流程，但是受中壓流程

54、能耗高及粗甲醇的品質(zhì)不好等因素制約，10MPa的中壓工藝并沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，又開發(fā)了介于中壓和低壓之間的7.5－8.0MPa的甲醇工藝流程，目前25萬噸以上的大型甲醇裝置均普遍采用8.0MPa的工藝流程。圖2－1為最基本的甲醇合成工藝流程。</p><p>　　圖2－1 甲醇合成工藝流程示意圖</p><p>　　從第一章中的甲醇合成原理可知，由于CO、CO2和H2受平衡和速率的限制，

55、該流程中氣體的單程轉(zhuǎn)化率很低，在5.0MPa低壓銅基催化劑作用下，一般經(jīng)過單聯(lián)反應(yīng)的氣體轉(zhuǎn)化率僅為6－8％（體積比），因此需要將大量的未反應(yīng)氣體經(jīng)過循化壓縮機(jī)升壓后循環(huán)使用，以提高氣體的總轉(zhuǎn)化率。大量的循環(huán)氣補(bǔ)入系統(tǒng)勢必造成合成系統(tǒng)內(nèi)惰性氣體的積累和能耗的增加，同時為控制一定的惰性氣體含量，必須設(shè)置氣體放空管線，放空位置一般設(shè)在甲醇分離器后循環(huán)氣中惰性氣體濃度最大的地方。</p><p>　　2.2 兩段法串聯(lián)甲

56、醇合成工藝流程敘述</p><p>　　很明顯，傳統(tǒng)的甲醇合成工藝流程中，由于氣體只經(jīng)過一聯(lián)反應(yīng)，其單程轉(zhuǎn)化率很低。這樣勢必將大量的未反應(yīng)氣體加壓后循環(huán)使用，造成極大的動力消耗，同時由于單程轉(zhuǎn)化率低，氣體中甲醇的濃度極地，增加了甲醇分離器的負(fù)荷。</p><p>　　兩段法串聯(lián)合成工藝是將兩個甲醇反應(yīng)器串聯(lián)連接起來，使氣體逐聯(lián)反應(yīng)，并從工藝設(shè)計上使床層的溫度分布盡可能的沿最佳反應(yīng)溫度曲線分

57、布，這樣在提高反應(yīng)速率的同時使反應(yīng)平衡盡可能向生成甲醇的方向移動，從而使有效氣體的單程轉(zhuǎn)化率得到較大提高，在同樣設(shè)備的條件下較好克服了單聯(lián)反應(yīng)工藝流程的缺點，能夠大幅增加裝置的產(chǎn)能。其工藝流程簡圖如圖2－2所示。</p><p>　　兩段法串聯(lián)合成工藝流程敘述：</p><p>　　從新鮮氣壓縮（C-52001）來的8.0MPa、80℃的新鮮氣與從循環(huán)氣壓縮機(jī)（循環(huán)氣壓縮機(jī)）來的8.2MP

58、a、40℃的循環(huán)氣混合，混合氣成為合成氣，合成氣總量為123.7×105NM3/h，首先經(jīng)過合成氣調(diào)溫空冷器（AE-52001）和（E-52001）根據(jù)工藝需要調(diào)整到一定的溫度，然后從底部進(jìn)入氣冷甲醇合成塔R-52002管程，將殼程催化劑床層的反應(yīng)熱移出同時提高自身溫度，出來后合成氣體溫度大約為200℃，然后再經(jīng)合成氣中間換熱器（E-52004）最終升溫到230℃左右，進(jìn)入到水冷甲醇合成塔（R-52001A/B）催化劑床層內(nèi)進(jìn)

59、行第一聯(lián)甲醇合成反應(yīng)，第一聯(lián)反應(yīng)后溫度約260℃的反應(yīng)氣從水冷反應(yīng)器合成塔底部出來，首先經(jīng)過中間換熱器E-52004預(yù)熱入水冷塔的合成氣，自身溫度同時被降低到230℃，然后再進(jìn)入氣冷甲醇反應(yīng)器（R-52002）管間進(jìn)行第二聯(lián)合成甲醇反應(yīng)反應(yīng)，最終反應(yīng)后出來的氣體溫度為200－210℃，進(jìn)入汽包給水預(yù)熱器（E-52002）回收熱量，再經(jīng)空冷器AE-52001、甲醇水冷器E-52003A/B冷卻到40℃進(jìn)入甲醇分離器D－52002分離出粗甲

60、醇，分離后的氣體一部分</p><p>　　分離出的粗甲醇經(jīng)閃蒸后送往精餾工序進(jìn)行精餾。</p><p>　　圖2－2 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝流程圖</p><p>　　位號說明：CT-52001－蒸汽透平機(jī)；C-52001－新鮮氣壓縮機(jī)；C-52002－循環(huán)氣壓縮機(jī)</p><p>　　AE-52002－調(diào)溫空冷器；D－52002-甲醇分離

61、器；E-52001－調(diào)溫水冷器；</p><p>　　E-52002－汽包給水預(yù)熱器；R-52002－氣冷甲醇反應(yīng)器；R-52001A/B－水冷甲醇反應(yīng)器；E-52004－中間換熱器；D-52001－水冷反應(yīng)器汽包；J-52001A-D－開工蒸汽噴射器</p><p>　　AE-52001－甲醇空冷器；E-52003A/B－甲醇水冷器</p><p>　　在該工藝中

62、，水冷甲醇反應(yīng)器R-52001 A/B的結(jié)構(gòu)與有垂直換熱管和固定管板的立式殼管式熱交換器非常相似。反應(yīng)器內(nèi)的管中裝滿甲醇催化劑，反應(yīng)氣則從其頂部一直流至其底部，H2 與CO和CO2之間的合成反應(yīng)就在這些裝滿催化劑的管子里進(jìn)行。在反應(yīng)器半球形底部，底部管板和多孔錐形筐之間裝填滿惰性小球，這些小球就是支撐催化劑的載體。在列管殼側(cè)被從汽包下來處于沸騰狀態(tài)的沸水包圍，這些沸水在殼側(cè)利用催化劑床層的反應(yīng)熱被加熱，上升進(jìn)入汽包內(nèi)，從而依據(jù)虹吸的原理

63、不停的在汽包和水冷反應(yīng)器殼側(cè)之間循環(huán)流動，通過這樣的自身循環(huán)流動，可將甲醇合成反應(yīng)時產(chǎn)生的大量熱能及時移出，使催化劑床層溫度保持穩(wěn)定并處在等溫的狀態(tài)，確保反應(yīng)的高轉(zhuǎn)化率，并消除由過熱而造成的催化劑損壞。</p><p>　　從汽包D-52001底部流出的鍋爐用水，會通過液體分配器進(jìn)入水冷甲醇反應(yīng)器底部的管側(cè)，然后通過熱虹吸作用，上升至頂部出口處進(jìn)入汽包內(nèi)。從反應(yīng)器管側(cè)排出的蒸汽-水混合物，將在汽包D-52001中

64、分離，然后，汽包D-52001會通過壓力控制閥排放出飽和的中壓蒸汽，而其中的水則流回反應(yīng)器。補(bǔ)給水由界區(qū)外的鍋爐給水泵在液位控制器的控制下經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器E-52002供入。汽包蒸汽排出口處的壓力控制器控制著汽包的壓力同時相應(yīng)也控制者反應(yīng)器殼側(cè)的沸水壓力，并因此控制著水的沸點，從而控制反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層的反應(yīng)溫度。在這里，甲醇合成塔即是反應(yīng)器又是廢熱鍋爐，由于反應(yīng)溫度可以通過汽包壓力進(jìn)行控制，從而可以實現(xiàn)良好的溫度恒定，這有效抑制了副反

65、應(yīng)的發(fā)生，延長了催化劑的使用壽命，特別在操作條件發(fā)生變化時（如循環(huán)機(jī)故障），催化劑也沒有超溫的危險。</p><p>　　氣冷甲醇反應(yīng)器R-52002是一個長的立式殼管式熱交換器。從壓縮工序送來的合成氣，通過氣體分布器經(jīng)反應(yīng)器管子從反應(yīng)器的底部流至反應(yīng)器的頂部。在該反應(yīng)器的殼側(cè)裝填甲醇合成催化劑，底部下管板和多孔錐形筐之間裝填滿惰性小球，這些小球承載著催化劑。從反應(yīng)器 R-52001 A/B排出的經(jīng)過初步反應(yīng)的氣

66、體從反應(yīng)器的頂部進(jìn)入殼側(cè)的催化劑床層，并在溫度持續(xù)降低的條件下完成最后的甲醇合成反應(yīng)，最終反應(yīng)后的氣體從底部出來。在這里，殼側(cè)反應(yīng)氣與管程的合成氣逆流換熱，反應(yīng)生成的熱量則用于預(yù)熱管內(nèi)的合成氣體。</p><p>　　該工藝中，調(diào)溫空冷器AE-52002和調(diào)溫水冷器E-52001，循環(huán)壓縮機(jī)組的出口到氣冷反應(yīng)器R-52002之間，合成氣管線到中間換熱器E-52004之間均設(shè)有調(diào)節(jié)近路，即副線，通過這些換熱設(shè)備的副

67、線，則可以調(diào)節(jié)水冷反應(yīng)器入口以及氣冷反應(yīng)器管、殼入口和出口的氣體溫度，從而可以使兩段法串聯(lián)合成工藝操作溫度達(dá)到最佳的反應(yīng)溫度曲線要求。</p><p>　　因此，兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝較好解決了CO、CO2和H2生成甲醇反應(yīng)中的熱力學(xué)及動力學(xué)的矛盾，生產(chǎn)中兩臺水冷反應(yīng)器只裝載了1/3的催化劑，但反應(yīng)溫度較高，為260℃，所以反應(yīng)速率很快，可以承擔(dān)總反應(yīng)總量50％以上的反應(yīng)負(fù)荷，余下的合成氣在在氣冷反應(yīng)器中進(jìn)行，該

68、反應(yīng)器中裝載了2/3的催化劑量，反應(yīng)溫度較低，為210－230℃，而且反應(yīng)溫度逐漸下降，因而更有利于反應(yīng)平衡向生成甲醇的反應(yīng)移動，使反應(yīng)氣體的單程轉(zhuǎn)化率提高了一倍，也使循環(huán)比下降了一半以上，能耗降低了一半，在提高裝置生產(chǎn)強(qiáng)度的同時，大幅降低了生產(chǎn)成本。</p><p>　　對于超過百萬噸以上產(chǎn)能的單系列甲醇工藝來說，傳統(tǒng)的甲醇合成工藝設(shè)計已經(jīng)無法實現(xiàn)，首先是合成反應(yīng)器設(shè)備過大，塔徑一般都要超過4.2米以上，在設(shè)計

69、、制造和運輸?shù)确矫娑际掷щy，因此大型的單系列甲醇裝置必須考慮反應(yīng)器相組合的聯(lián)合型甲醇生產(chǎn)工藝，設(shè)備可以采用國內(nèi)外最近開發(fā)的大型甲醇合成設(shè)備，通過合理的組合，達(dá)到提高產(chǎn)能，節(jié)約投資，增大收益的目的。</p><p>　　通過等溫型的管殼式反應(yīng)器串聯(lián)冷管式的氣冷反應(yīng)器相組合，形成兩段串聯(lián)聯(lián)合甲醇生產(chǎn)工藝，可以有效的提高氣體的單程轉(zhuǎn)化率、大幅增加裝置的生產(chǎn)能力，有效降低能耗，具有優(yōu)越的綜合經(jīng)濟(jì)效益。而且該工藝流程簡單

70、，熱能利用效率較高，投資少，具有很廣的發(fā)展前景。其與傳統(tǒng)工藝對比情況見表5－1。</p><p>　　表5－1、 采用傳統(tǒng)工藝和兩聯(lián)回路工藝的甲醇裝置比較</p><p>　　2.3 兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝的物料數(shù)據(jù)</p><p>　　Lurgi（魯奇公司）近幾年較好開發(fā)了組合型甲醇生產(chǎn)工藝，并設(shè)計了年產(chǎn)200萬噸的單系列裝置，在中東地區(qū)Lurgi（魯奇公司）的兩

71、段法串聯(lián)甲醇裝置已經(jīng)建成投產(chǎn)，運行情況良好；2006年，又在我國的內(nèi)蒙地區(qū)設(shè)計建造了年產(chǎn)180萬噸的單系列甲醇裝置，目前正在建設(shè)，預(yù)計2009年既可以投產(chǎn)，采用的也是Lurgi組合型甲醇工藝技術(shù)。</p><p>　　根據(jù)有關(guān)信息資料，Lurgi（魯奇公司）設(shè)計的單系列年產(chǎn)180萬噸的甲醇裝置工藝物料數(shù)據(jù)見表2－2。</p><p>　　表2－2 180萬噸/a兩段法串聯(lián)合成工藝物料數(shù)據(jù)表

72、（1）</p><p>　　備注：1) 標(biāo)準(zhǔn)狀況是指 T=273.15 K 和 p=1.01325巴</p><p>　　2) 除非另有說明，壓力是表壓。</p><p>　　表2－2 180萬噸/a兩段法串聯(lián)合成工藝物料數(shù)據(jù)表（2）</p><p>　　備注：1) 標(biāo)準(zhǔn)狀況是指 T=273.15 K 和 p=1.01325巴</p&g

73、t;<p>　　2) 除非另有說明，壓力是表壓。</p><p>　　第三章 甲醇合成設(shè)備</p><p>　　3.1 甲醇合成設(shè)備概述</p><p>　　甲醇合成塔內(nèi)件的形式繁多，內(nèi)件的核心是催化劑筐，他的設(shè)計好壞直接影響常量和消耗定額，一個好的反應(yīng)器設(shè)計應(yīng)具備以下的條件：</p><p>　?。?）工藝性能優(yōu)良，能保證催

74、化劑在升溫、還原過程中操作正常、還原充分，盡可能的提高催化劑的活性，合成率高，噸醇原料氣耗少，產(chǎn)品質(zhì)量好，雜質(zhì)少，系統(tǒng)能達(dá)到最大的生產(chǎn)強(qiáng)度。</p><p>　?。?）能有效的移出反應(yīng)熱，合理的控制催化劑床層的溫度分布，使其逼近最佳操作溫度曲線，提高甲醇凈值和催化劑的使用壽命。</p><p>　?。?）能保證氣體均勻的通過催化劑層，阻力小，氣體的處理量大，甲醇常量高。</p>

75、<p>　?。?）充分利用高壓空間，盡可能的多裝催化劑，提高設(shè)備容積利用系數(shù)，單位生產(chǎn)能力設(shè)備投資費用低。</p><p>　?。?）操作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，能適應(yīng)各種操作條件的變化。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)可靠，裝卸催化劑方便，制造、安裝和維修容易等。</p><p>　　（7）妥善處理各個內(nèi)件的連接和保溫，避免產(chǎn)生熱應(yīng)力，使內(nèi)件在塔內(nèi)

76、能自由的漲縮等。</p><p>　?。?）塔壓降小，壓縮機(jī)和循環(huán)機(jī)電耗低。</p><p>　　（9）反應(yīng)熱回收好，噸醇總能耗低。</p><p>　?。?0）反應(yīng)器內(nèi)氣流和溫度均勻，不易造成觸媒過熱失活、粉碎。</p><p>　　根據(jù)合成塔內(nèi)件設(shè)計結(jié)構(gòu)的不同和移熱形式不同，甲醇合成反應(yīng)器又不同的類型，目前國內(nèi)外大型的甲醇裝置采用ICI和

77、Lurgi公司技術(shù)的約占70％以上，此外還有l(wèi)inde（林德）公司開發(fā)的螺旋管反應(yīng)器、TEC公司的MRF-Z反應(yīng)器、三菱的SPC反應(yīng)器、TOPSOE和CASALE公司的段間換熱的徑向流動反應(yīng)器等。我國的大型甲醇合成反應(yīng)器主要有林達(dá)公司的JW均溫型反應(yīng)器，南京國昌開發(fā)的GC型冷激式軸徑向甲醇合成反應(yīng)器，華東理工大學(xué)開發(fā)的仿魯奇管殼式甲醇合成塔等，各家依據(jù)不同的開發(fā)和設(shè)計思路形成了不同的工藝流程。</p><p>　

78、　3.2大型甲醇塔的可選形式及工藝特點</p><p>　　在兩段法串聯(lián)甲醇合成工藝中，第一聯(lián)反應(yīng)要求采用較高的操作溫度，提高反應(yīng)率，以使合成氣快速進(jìn)行反應(yīng)?？紤]銅基催化劑對高溫敏感的特點，必須保證第一聯(lián)反應(yīng)器內(nèi)床層溫度控制在催化劑耐熱范圍內(nèi)的較高的溫度水平， 并盡可能的保持穩(wěn)定，不能在操作條件發(fā)生變化時引起催化劑床層溫度的較大波動，否則容易造成催化劑的損壞?？紤]該工藝的這些特點，選用國外Lurgi（魯奇）公司的

79、管殼式甲醇反應(yīng)器，或者華東理工大學(xué)開發(fā)的管殼式等溫型甲醇反應(yīng)器以及杭州林達(dá)化工技術(shù)有限公司自行開發(fā)的JW均溫型低壓甲醇合成塔技術(shù)都可以較好的滿足工藝需求。</p><p>　　兩段法串聯(lián)合成工藝的第二聯(lián)反應(yīng)要求催化劑的裝填量必須要大，以利于氣體盡可能的反應(yīng)完全，同時操作要使床層溫度逼近最佳反應(yīng)溫度曲線，氣體從進(jìn)入催化劑床層到出口要分布成逐漸下降的趨勢，從而使反應(yīng)器內(nèi)甲醇含量不斷增加的反應(yīng)氣體平衡更進(jìn)一步的向生成甲

80、醇的方向移動，以提高單程轉(zhuǎn)化率，增加裝置的產(chǎn)能。從該工藝的這一點考慮，選用逆流換熱的管殼式反應(yīng)器較好。</p><p>　　目前在文獻(xiàn)中論述大甲醇的文章雖然較多，但至今已經(jīng)投產(chǎn)的單系列百萬噸甲醇裝置不多見，可選的塔型及其工藝特點論述如下：</p><p>　　3.2.1 Lurgi（魯奇）公司的管殼式甲醇反應(yīng)器</p><p>　　Lurgi 塔是近年來國內(nèi)外認(rèn)為的

81、一種先進(jìn)塔型，其主要性能特點是：該塔反應(yīng)時觸媒層溫差小。合成反應(yīng)幾乎是在等溫條件下進(jìn)行，反應(yīng)器有效的除去反應(yīng)生成的熱量，可允許較高CO 含量氣體，采用低循環(huán)氣流限制了最高反應(yīng)溫度，使反應(yīng)等溫進(jìn)行，可將甲醇合成副產(chǎn)品降到極低?？梢钥闯鯨urgi 公司正是根據(jù)甲醇合成反應(yīng)熱大和現(xiàn)有銅基觸媒耐熱性差的特點而采用列管式反應(yīng)器。該設(shè)備管內(nèi)裝觸媒，管間用循環(huán)沸水，用很大的換熱面積來移去反應(yīng)熱，達(dá)到接近等溫反應(yīng)的目的，故其出塔氣中甲醇含量和空時產(chǎn)率均

82、比ICI冷激塔高，觸媒使用壽命也較長。生產(chǎn)中Lurgi 等溫塔床層溫差約為30℃，適合于銅</p><p>　　基催化劑，其催化劑裝量雖只占反應(yīng)器總體積的30%，但空時產(chǎn)率高。但該類反應(yīng)器也存在著不足，主要有以下幾點：</p><p>　?。?）催化劑裝在數(shù)千根管內(nèi)，觸媒裝填量只占反應(yīng)器總體積的30%；</p><p>　?。?）由于管內(nèi)外傳熱溫差小，所需傳熱面大，

83、比冷面高達(dá)125m2/m3；</p><p>　?。?）列管反應(yīng)器的殼體和管板、反應(yīng)管之間用焊接結(jié)構(gòu)，為免受熱應(yīng)力損失，對塔體設(shè)計制造、材料的要求均較高；</p><p>　?。?）該類塔用副產(chǎn)蒸汽直接從催化劑層移熱，由于受副產(chǎn)蒸汽壓力的限制，在催化劑使用后期難以提高使用溫度。</p><p>　?。?）投資大。據(jù)報導(dǎo)陜西榆林年產(chǎn)3萬噸甲醇裝置，實際總投資為9600

84、萬元。</p><p>　　Lurgi管殼式反應(yīng)器已經(jīng)在不少甲醇裝置使用，但在大型甲醇裝置中因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大、運輸困難而使用不多。為此Lurgi公司開發(fā)了用于百萬噸聯(lián)以上甲醇裝置的聯(lián)合反應(yīng)器，即用管殼式反應(yīng)器和冷管式反應(yīng)器串聯(lián)組合，以此增加裝置的生產(chǎn)規(guī)模。合成氣溫度125℃，先進(jìn)冷管式反應(yīng)器管內(nèi)，與管外催化劑逆流加熱到230－250℃，然后進(jìn)入管殼式反應(yīng)器在240－250℃的溫度下反應(yīng)，出塔氣溫260℃，然后

85、進(jìn)入冷管反應(yīng)器殼側(cè)進(jìn)行反應(yīng)，一般操作壓力9.14MPa，循環(huán)比較單聯(lián)反應(yīng)器降低一半，以避免合成系統(tǒng)阻力過大，節(jié)約能耗。</p><p>　　根據(jù)Lurgi公司聯(lián)合反應(yīng)器的這一原理，國內(nèi)四川建峰年產(chǎn)60萬噸的甲醇合成塔，經(jīng)過專家評審決定采用華東理工大學(xué)開發(fā)的絕熱管殼反應(yīng)器來代替Lurgi（魯奇）公司的管殼式反應(yīng)器，用林達(dá)公司開發(fā)的均溫型冷管甲醇合成反應(yīng)器來代替Lurgi的冷管型反應(yīng)器，這一組合方案，大大降低了項目建

86、設(shè)的投資費用。</p><p>　　3.2.2 三菱公司的超轉(zhuǎn)化率塔（SPC）</p><p>　　這是近年來引起人們注意的甲醇合成塔。由日本三菱氣體化學(xué)公司研制。該塔為雙套管式。日產(chǎn)520 噸的甲醇反應(yīng)器，內(nèi)徑2.4 米，內(nèi)有長15米的雙套管462根，外管為Ф85mm×5mm，內(nèi)管為Ф19mm×1.5mm，換熱面積2123m2，總重180 噸，內(nèi)外套管間裝催化劑28

87、m3，操作壓力11MPa，進(jìn)塔氣先預(yù)熱到150℃，入塔后分布到各雙套管的內(nèi)管中，吸收管外套管間的反應(yīng)熱，預(yù)熱至反應(yīng)溫度240℃后進(jìn)入套管間的催化劑層反應(yīng)，熱點溫度250℃左右，反應(yīng)熱同時被內(nèi)管中冷氣和外管外殼程間的沸騰水移走，出觸媒層溫度為213℃左右，在11.2MPa，空速11000Nm3/h下。出塔氣中甲醇含量5.5%，甲醇產(chǎn)量520 噸/日。三菱公司認(rèn)為SPC有著比Lurgi 等溫反應(yīng)器低的循環(huán)比和比Lurgi反應(yīng)器更高的單程轉(zhuǎn)化

88、率，SPC雙套管內(nèi)徑75mm比Lurgi列管反應(yīng)器Ф24 大得多，管數(shù)少得多，故裝卸觸媒容易，SPC外管受壓壁厚，比列管式機(jī)械強(qiáng)度好，內(nèi)管、撓管和隔板為不受壓部件,作用在這些部分的觸媒層壓降最多為2-3kg。</p><p>　　3.2.3 ICI公司冷激塔-冷管式</p><p>　　英國ICI 公司冷激型甲醇塔，為國外甲醇裝置使用最多的塔型。該塔內(nèi)設(shè)四層催化劑，各層間有噴頭噴入冷激氣以

89、降低溫度，在壓力為8.4MPa 和12000h-1空速下，當(dāng)出塔氣甲醇濃度為4%時，一、二兩段升溫約50℃。我國四川維尼綸廠引進(jìn)一套能力為95kt/a 甲醇的ICI冷激塔，反應(yīng)器內(nèi)徑3.9 米，總高9.8米，四層催化劑裝填總高度3.36米，催化劑裝量45m3，在設(shè)計壓力為5Mpa、空速6222 h-1，入塔氣量280000 Nm3/h下，設(shè)計能力為12.5t/h甲醇?？諘r產(chǎn)率0.28t/ m3·h。 ICI 冷激塔結(jié)構(gòu)簡單、用

90、材省且要求不高、并易于大型化。但由于冷激塔靠用冷原料氣噴入各段觸媒之間以降低反應(yīng)氣溫度。因此在降溫的同時稀釋了反應(yīng)氣中的甲醇含量，影響了觸媒利用率。為了防止觸媒過熱，采用較大的空速，出塔氣中甲醇含量不到4%，ICI近年來提出冷管式甲醇合成塔。該塔內(nèi)觸媒層中設(shè)有逆流冷管膽，原料氣通過催化劑層中的冷管被預(yù)熱，使部分反應(yīng)熱移出。ICI認(rèn)為冷管式合成塔投資低，操作簡便，設(shè)計彈性大，因為沒有冷氣噴入，效率高，能耗低，可以成為高效率的世界一流工廠。

91、</p><p>　　3.2.4 杭州林達(dá)的JW均溫型甲醇反應(yīng)器</p><p>　　該公司研究開發(fā)的新型冷管型均溫型甲醇塔（JW），其主要技術(shù)是在全部觸媒床層中采用可自由伸縮活動裝配的冷管束，用管內(nèi)冷氣及時吸收管外反應(yīng)熱，管內(nèi)冷氣與觸媒層中反應(yīng)氣有并流換熱和逆流間接換熱，該公司宣稱，該反應(yīng)器通過計算機(jī)優(yōu)化設(shè)計冷管結(jié)構(gòu)和參數(shù)，達(dá)到觸媒層溫差小于Lurgi 等溫塔，而結(jié)構(gòu)比Lurgi 塔和S

92、PC 塔更簡單可靠，在國內(nèi)有近200多家廠使用，該公司介紹其特點如下：</p><p>　?。?）工藝操作十分穩(wěn)定，生產(chǎn)中操作平面溫差在10℃以內(nèi)，軸向溫差在15~20℃左右，全床層溫差小于Lurgi 等溫塔。</p><p>　?。?）空速低，出塔甲醇含量高。一臺3D22 機(jī)滿量供氣，氣量約12760m3/h，一臺512 循環(huán)機(jī)，在20MPa下入塔氣量65000 m3/h，CO7.3%，

93、CO22.18%的條件下，出塔氣中CO1.0%，甲醇產(chǎn)量128－145噸/日。</p><p>　?。?）氣耗低。油制氣在20MPa 下合成甲醇，合成系統(tǒng)不放空，每噸甲醇（100%）油耗0.861噸。</p><p>　　（4）副產(chǎn)蒸汽。每噸甲醇同時副產(chǎn)0.6MPa 蒸汽0.6 噸多，首開我國中高壓甲醇合成塔副產(chǎn)蒸汽之先例。</p><p>　　3.2.5 其他大型

94、甲醇合成反應(yīng)器</p><p>　?。?）Tops@e甲醇合成反應(yīng)器：2500t/d產(chǎn)量的甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)徑3米，工藝設(shè)計上三個絕熱塔串聯(lián)反應(yīng)，兩塔之間用加熱水移走反應(yīng)熱，第一塔進(jìn)口溫度為182℃，末塔出口271℃，裝填催化劑136m3，運行壓力7.83MPa，三塔均采用徑向流動形式以減少系統(tǒng)阻力。</p><p>　　（2）TEC公司的MRF反應(yīng)器：TEC提出百萬噸聯(lián)可選用單臺MRF反應(yīng)

95、器，5000t/d的裝置甲醇反應(yīng)器設(shè)備直徑為5米，反應(yīng)器管長達(dá)22.4米，催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度較低，僅為0.407t/ m3.h。</p><p>　　3.3 Lurgi聯(lián)合反應(yīng)器設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p>　　在Lurgi公司的兩段法串聯(lián)組合型甲醇合成工藝中，本裝置設(shè)計選用兩臺甲醇水冷反應(yīng)器串聯(lián)一臺氣冷反應(yīng)器。進(jìn)口合成氣被平均分配給兩臺水冷反應(yīng)器R-52001 A/B，每套反應(yīng)器的總體結(jié)構(gòu)

96、與立式殼管式熱交換器非常相似。反應(yīng)器列管中裝填甲醇催化劑，反應(yīng)氣從其頂部進(jìn)入一直順流到底部，在反應(yīng)器半圓形底部裝填一層惰性氧化鋁瓷球，這些瓷球是承載催化劑的載體。在殼層，反應(yīng)管被中壓鍋爐水全部覆蓋，這些沸水可將反應(yīng)熱帶走，中壓鍋爐水由汽包供入。</p><p>　　從汽包D-52001底部流出的鍋爐水，會通過液體分配器進(jìn)入反應(yīng)器的殼程，與管程內(nèi)催化床換熱后通過熱虹吸作用，上升至頂部出口進(jìn)入汽包。從反應(yīng)器殼程排出的

97、蒸汽-水混合物，在蒸汽包D-52001中分離。然后，汽包D-52001會通過汽包壓力控制器排放出壓力飽和的中壓蒸汽至中壓蒸汽管網(wǎng)（壓力為：3.5MPa，243.7℃）；而其中的水則再次流回反應(yīng)器殼程。汽包連排的污水通過冷卻器降溫后送污水膨脹槽，最終送污水處理界區(qū)。</p><p>　　汽包補(bǔ)給水由界區(qū)外的鍋爐給水泵加壓至6.3MPa送來，在汽包液位控制器的控制下經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器E-52002換熱后供入。水冷反應(yīng)器

98、溫度控制系統(tǒng)的原理是：正常生產(chǎn)中，裝在水冷反應(yīng)器管程里的催化床因合成反應(yīng)不斷放熱，這些熱量會不斷傳給水冷 反應(yīng)器殼程的水中，致使殼程的熱水沸騰；而水冷塔殼程又和汽包相連，水冷塔產(chǎn)生的蒸汽就會上升到汽包中；根據(jù)溫度的需要，利用汽包蒸汽排出口處的壓力控制器，控制著汽包、水冷反應(yīng)器殼程中水蒸氣飽和溫度狀態(tài)下所對應(yīng)的壓力，并因此控制著水冷反應(yīng)器殼程中水的溫度，使水冷反應(yīng)器殼程內(nèi)水溫相對恒定，從而控制反應(yīng)溫度。</p><

99、p>　　為了在啟動過程中將反應(yīng)器預(yù)熱至工作溫度，或為了在短暫停車過程中保持反應(yīng)器的溫度，系統(tǒng)中安裝有一套啟動系統(tǒng)。該啟動系統(tǒng)包括供反應(yīng)器R-52001 A/B使用的4臺啟動噴射器（J-52001 A/B和J-52001 C/D），為了加熱反應(yīng)器，系統(tǒng)會通過噴射器J-52001 A-D 將中壓蒸汽供入反應(yīng)器，并將水壓入，使水開始在反應(yīng)器外殼和循環(huán)管線內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。可通過噴射器手動調(diào)節(jié)蒸汽流流量。</p><p>

100、;　　氣冷反應(yīng)器（R-52002）是一臺立式殼管式熱交換器，在設(shè)備底部裝有浮頭，可以滿足反應(yīng)器產(chǎn)生的熱膨脹。在反應(yīng)器底部，裝有惰性氧化鋁瓷球，這層瓷球承載著催化劑。合成氣壓縮機(jī)輸送出的合成氣及循環(huán)氣，一起通過分配器經(jīng)反應(yīng)器列管從反應(yīng)器的底部流至反應(yīng)器的頂部。在該反應(yīng)器的殼層裝填甲醇合成催化劑，從反應(yīng)器 R-52001 A/B供入的合成氣，會從上至下流經(jīng)反應(yīng)器殼內(nèi)的催化劑層，并在溫度持續(xù)降低的條件下完成最后的甲醇合成反應(yīng)，反應(yīng)生成的熱量則

101、用于預(yù)熱列管內(nèi)的氣體。</p><p>　　其聯(lián)合反應(yīng)設(shè)備中的管殼式反應(yīng)器基本設(shè)計數(shù)據(jù)見表3－1，示意圖見圖3－1；冷管式反應(yīng)器基本設(shè)計數(shù)據(jù)見表3－2；示意圖見圖3－2。</p><p>　　表3－1 Lurgi公司管殼式水冷甲醇反應(yīng)器數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖3－1 Lurgi公司管殼式水冷甲醇反應(yīng)器示意圖</p><p>　　表3－

102、2 Lurgi公司冷管式氣冷甲醇反應(yīng)器數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖3－2 Lurgi公司冷管式氣冷甲醇反應(yīng)器示意圖</p><p>　　第四章 甲醇合成催化劑</p><p><b>　　4.1 概述</b></p><p>　　甲醇合成工藝的發(fā)展離不開催化劑創(chuàng)新的支持，在超大型甲醇裝置上，沒有與之相適應(yīng)的新技術(shù)催

103、化劑的支持，大型甲醇工藝無法獲得良好的投資收益。Lurgi公司開發(fā)的兩臺水冷反應(yīng)器串聯(lián)一臺氣冷反應(yīng)器的組合式聯(lián)合反應(yīng)器技術(shù)，為考慮降低塔壓降，不得不大幅降低循環(huán)比，這就必須要求催化劑具有很高的催化活性來支持，同時Lurgi公司在工藝上選擇了兩聯(lián)反應(yīng)器中都裝填同一類型催化劑，這就要求所用催化劑的操作溫度區(qū)間要寬，一般必須在220－280℃以上。為此Lurgi公司在該工藝上選用了德國南方公司專用的C79-7GL催化劑技術(shù)，德國南方公司稱C7

104、9-7GL是使Lurgi公司兩段法串聯(lián)組合工藝取得成功的關(guān)鍵。以下對該催化劑做以簡要說明。</p><p>　　4.2 C79-7GL催化劑說明</p><p>　　4.2.1 催化劑規(guī)格</p><p>　　催化劑類型：C 79-7GL (南方化學(xué)公司),</p><p>　　顆粒尺寸：∮6 x 4 mm</p><p&

105、gt;<b>　　裝入的催化劑量：</b></p><p>　　1）反應(yīng)器 R-52001 A/B 2 x 41.13 m3 (兩個反應(yīng)器)</p><p>　　2）反應(yīng)器R-52002 97.8 m3</p><p>　　使用壽命：設(shè)計能力為夠3年生產(chǎn)</p><p>　　物理性能

106、： 基礎(chǔ)： 氧化鋅/氧化鋁的銅助催化劑</p><p>　　形態(tài)： 6*4 mm 片狀</p><p>　　平均擠壓強(qiáng)度：170 N (+/- 30)</p><p>　　裝運密度： 1050 g/l (+/- 100)</p><p>　　空隙量： 0.3 cm3/g (+/- 0.05)<