【正文】 只有其中的一部分經(jīng)過加壓循環(huán)再回到甲醇的合成塔出口處，而繼續(xù)進行合成的反應，另外的一部分氣體在分離出甲醇之后作為合成氨的原料氣，進行去原料氣的精制工序。這就要求聯(lián)醇中所使用的催化劑具有很高的CO轉化率。這兩個工藝條件其中任意一個發(fā)生了變化，都會影響到甲醇及合成氨的生產(chǎn)操作，因此在聯(lián)醇生產(chǎn)之中，要適當?shù)难a充調(diào)節(jié)一些措施，以此保證聯(lián)醇生產(chǎn)的一致進行。例如設備上或者管道中的鐵、鎳所產(chǎn)生的羰基鐵Fe（CO）5和羰基鎳Ni(CO)4，還有溶解性的鎳、鐵的化合物，還要防止堿性氧化物和堿金屬跟隨氣體而帶入到催化劑床層上[18]。由于入塔氣體與出塔氣體對溫度有著不同的標準要求，這就決定了要在塔內(nèi)設置換熱器，這樣既保證了進入到催化劑床層的氣體溫度的提高，又保證了出塔氣體的溫度的降低[19]。所以說，在聯(lián)醇生產(chǎn)中，既要有在生產(chǎn)合成氨時候調(diào)節(jié)氫氮比的方法，又要有控制方法來調(diào)節(jié)f值[20]。甲醇的生產(chǎn)波動性難以避免的可能會對合成氨和整個的系統(tǒng)的生產(chǎn)造成一定的影響。當此熱量平衡方程式兩邊是相等的情況下，那么合成塔內(nèi)的溫度是穩(wěn)定不變的，如果其中的任何一項發(fā)生了改變，等號兩邊就不再保持平衡關系，必須要相應的改變操作條件，以此來建立新的平衡關系[21]。合成塔中的溫度比較穩(wěn)定的情況下，那么在這個溫度下氣體的流動而帶走的熱量和甲醇合成的反應熱達到了平衡。 在通常情況下，采用C207銅基催化劑的時候，在還原后的初期時段反應溫度大概維持在260℃，而到最后時段溫度可以升高到300℃，在溫度超過300℃之后，此催化劑就完全失活了。由于插在催化劑床層里的冷管仍繼續(xù)帶走熱量，所以到了催化床層的一定高度后，溫度便不再上升了，一般把沿著合成塔軸線方向的溫度的一個最高點稱為熱點，本設計中出現(xiàn)的最佳的溫度都是以此點的溫度為代表的。這樣的反應過程中，放出的熱量多，催化劑床層在沿著軸線比較短的距離內(nèi)就達到了熱點的溫度；當催化劑的活性降低，CO濃度也很低的情況下，熱點就會沿著該合成塔的軸線方向下移[24]。通常情況下，進入到上層的氣體溫度應該不能夠低于250℃。如果按照低溫度點控制，那么高溫度點會超溫，會縮短催化劑的使用時間；若以高溫度點為依據(jù)，則會造成低溫度點的反應較差。這時候就要考慮甲醇尾氣中含有的一氧化碳可能對銅洗產(chǎn)生的影響和單位時間里經(jīng)濟效益，來決定是否需要更換催化劑。而且超高的反應壓力在設備的制造、工藝管理和操作上都會造成困難，既增加了建設投資，又增加了生產(chǎn)能耗。（2） 聯(lián)醇生產(chǎn)與合成氨工藝的配合。 進塔氣體組分控制 在聯(lián)醇生產(chǎn)中，控制好進塔氣體的成分，首先指的是合成氣中氫與一氧化碳的分子比（摩爾比），根據(jù)甲醇合成的化學反應方程式看H2:CO=2:1，但是實際生產(chǎn)過程中以2:1的比例組成的合成氣在合成甲醇時的轉化率非常低。入塔氣體中要求CO2含量不得小于百分之一，至少為百分之二，最好在3%5%之間。進塔氣體里甲醇的含量過高，會影響到合成反應的一氧化碳的轉化率與甲醇的凈含量，還會導致副產(chǎn)物增加，催化床的溫度降低。在聯(lián)醇生產(chǎn)中，醇后氣中存在甲醇對后續(xù)的銅洗等一些精制工序都是不利的，所以通常會在甲醇分離器后面設置有高壓的軟水洗滌塔，通過洗滌來回收得到大概60%的稀甲醇溶液之后，再進行后續(xù)的銅洗等精制工藝過程。氯化物和硫化物對銅基催化劑有積累性的、永久性的毒化作用，在聯(lián)醇生產(chǎn)中一定要采取嚴格的措施，來防止氯化物和硫化物進入到合成塔內(nèi)?？账偈峭Ａ魰r間的倒數(shù) 式中 t—停留時間，s； v—空間速度，m3/（m3以化學平衡的角度看，停留的時間越長，甲醇合成反應就越接近平衡，即一氧化碳的單程轉化率就越高，但并不是以正比例形式增加的，而是轉化率的增長比停留時間的增長小很多。h）的時候，催化劑的時空產(chǎn)量與空速基本上是成正比的，當空速不斷增大時，時空產(chǎn)量是緩慢的隨之增長的。在催化劑還原的初期，催化劑活性很高，較短時間里可以有很大的空速，但是在催化劑的使用中、后期，幾乎是全部依靠的新鮮氣體中的大量一氧化碳來彌補反應熱少、轉化率低、來維持熱量的平衡。 決定空間速度的條件：（1）合成塔的熱平衡主要依靠氣體的流動和反應熱來實現(xiàn)的。 一氧化碳與氫的比例控制 從化學反應方程式上看，甲醇合成時氫和一氧化碳的分子比是2∶1，但是，反應的氣體會受到催化劑的表面吸附作用以及別的一些因素的影響，所以為了提高反應的速度，就要求實際反應的氣體中氫氣的含量要高于理論的量。一般情況下，醇氨比保持在4050%，甲醇合成塔之后的CO含量大概為20%，這時水洗氣中的CO是810%左右。 系統(tǒng)中的惰性氣體一部分來自于原料氣帶入的甲烷、氮氣、氬氣等，另一部分來自于甲醇合成時產(chǎn)生的副產(chǎn)品，其主要為甲烷和其他不凝性的有機化合物。 聯(lián)醇生產(chǎn)中催化劑的選擇 在聯(lián)醇生產(chǎn)中一般選擇銅基催化劑。 聯(lián)醇生產(chǎn)的催化劑還原又是設計甲醇合成塔時的一個特別的要求。在催化劑還原的時候，大多數(shù)的氧化銅被還原成了銅單質，銅的熱導性還是很好的，但是經(jīng)過還原后的金屬銅與氧化鋁、氧化鋅所形成了固熔體，其熱導性能非常差。銅基催化劑的強度非常低，不可以堆放的太高，亦不能在實際操作中產(chǎn)生太大的催化床的壓差，也不能有過于高的空速。 甲醇生產(chǎn)對環(huán)境的污染 對水源的污染（1） 聯(lián)醇生產(chǎn)中循環(huán)機的油水分離器會排放油水，各個送泵填料會有漏液，這些都會污染水資源。（3） 粗甲醇的貯槽里會釋放出溶于甲醇的小量CO、CO2以及別的有機物。中間的貯槽到粗醇的貯槽，106Pa降到常壓，每噸的粗甲醇還會大約釋放出12?的貯罐氣，其主要組成為COCO、HCHNAr、CH3OH、H2O。而吸氨塔中的水會將這部分氨與再生氣中的甲醇一起吸收掉，兩者的混合濃度可達到12%。它的吸收率遠遠高于管道噴水法，但是其成本很高。其噴水量可以根據(jù)醇后氣中的稀甲醇濃度與甲醇數(shù)量共同決定。 軟水經(jīng)過水泵后增壓，在噴射吸收器的噴嘴里形成細小的霧滴，再與醇后氣相混合，在湍流的狀態(tài)下甲醇被水吸收掉，然后進入到稀醇液的分離器內(nèi)，氣相的一部分送入到銅洗的工序，另一部分送入到循環(huán)機從而回到甲醇的合成系統(tǒng)。（1） 生產(chǎn)銅基甲醇催化劑 以廢的銅基催化劑作為原料，經(jīng)過預處理后，用硝酸萃取、壓濾，制成比較純凈的銅鹽溶液，再經(jīng)過一些絡合處理、壓濾、干燥、焙燒、再壓片成型，制成WC型的聯(lián)醇催化劑。第五章 聯(lián)醇生產(chǎn)中的設計與計算 物料衡算⑴ 物料衡算示意圖⑵ 收集相關數(shù)據(jù)①所得的甲醇產(chǎn)品的純度：%②甲醇產(chǎn)品的收率：90% % CO的總消耗量占新鮮氣中CO量的2%③新鮮氣中各組分的比例（質量分數(shù)） CO:20% CO2:25% H2:45% N2:10%④CO的轉化率：80%⑤循環(huán)氣中的各組分的比例（質量分數(shù)） CO:% CO2:% H2:% N2:% CH4:%⑥反應器的出口處N2 、CHCO、CH3OH以外，其他組分的質量分數(shù)： 各組分質量分數(shù)CO2H2（CH3）2OC4H9OHC8H18H2O%%%%%%⑶ 聯(lián)醇反應中的方程式：主反應：CO+2H2→CH3OH副反應: 2CO+3H2→（CH3）2O+H2O CO+3H2→CH4+H2O 4CO+8H2→C4H9OH+3H2O CO2+ H2→CO +H2O CO+17H2→C8H18+8H2O⑷ 選擇計算的標準 以每小時生產(chǎn)的甲醇質量（kg）作為計算的基準； 年生產(chǎn)的甲醇質量：4000噸； 年工作天數(shù)：330天；⑸ 計算內(nèi)容①每小時內(nèi)生產(chǎn)的粗甲醇的質量： 每小時內(nèi)生產(chǎn)的純甲醇的質量： ②所需要的新鮮的CO的量： 所需要的新鮮的CO2的量： 所需要的新鮮的H2的量： 所需要的新鮮的N2的量： ③進入到反應器里的純CO的量： 參與循環(huán)的CO的量: 參與循環(huán)的CO2的量： 參與循環(huán)的H2的量： 參與循環(huán)的N2的量： 參與循環(huán)的CH4的量： ④反應器各進料量及組成：（） 組分 CO CO2 H2 N2 CH4總量質量流量（kg/h） 質量分數(shù)%%%%% 100%⑤反應器的出口料量的組成： 出反應器的CO的量： 出反應器的甲醇的量： 出反應器的N2量為其帶入量： 出反應器的CH4量為其帶入量： 除了NCO、CHCH3OH以外的其他物質出反應器的總量： 出反應器的CO2的量： 出反應器的H2的量： 出反應器的（CH3）2O的量： 出反應器的H2O的量： 出反應器的C4H9OH的量： 出反應器的C8H18 的量：⑹ 總結并列出物料衡算的表格 物料衡算表輸入輸出組分質量流量質量分數(shù)組分質量流量質量分數(shù)CO%CO%CO2%CO2%H2%H2%N2%N2%CH4%CH4%CH3OH%（CH3）2O%C4H9OH%C8H18%H2O%總量100%總量100% 熱量衡算⑴ 收集相關數(shù)據(jù)①計算的范圍：甲醇反應器②各主、副反應在溫度為298K時的反應熱效應： 主反應：CO+2H2→CH3OH+ 副反應：2CO+3H2→（CH3）2O+H2O+ CO+3H2→CH4+H2O+ 4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+ CO2+ H2→CO + 8CO+17H2→C8H18+8H2O+ 所以，△Hm（CH3OH）= △Hm（（CH3）2O）= △Hm（C4H9OH）= △Hm（C8H18）= △Hm（CH4）=③計算的任務：反應的混合氣體的出口溫度，T出④計算的基準：1h；298K；氣態(tài)⑤全塔的熱損失為：5%⑥數(shù)據(jù)的選?。ú楸恚?各物質的比熱容物質比熱容kg/（kmol 其中，精餾段理論塔板數(shù)為9塊，提餾段為5塊，在第10塊為進料板。⑷降液管底隙高度 取液體經(jīng)過降液管底部的流速為， 精餾段：取 則 提餾段：取 所以，降液管的底部高度設計是合理的，深度。 工藝計算匯總表項目符號單位計算數(shù)據(jù)精餾段提留段平均壓強PmkPa平均溫度tm℃平均分子量氣相Mg/mol液相平 均密 度氣相ρKg/ m3液相平 均流 量氣相Vsm3/s液相Lsm3/s104平均黏度μmPas工藝計算匯總表（續(xù)）項目符號單位計算數(shù)據(jù)實際塔板數(shù)N塊2313板間距HTm塔的有效高度Zm塔徑Dm空塔氣速um/s堰長lwm堰高hwm板上清液層高度hLm干板阻力hcmHg液體表面張力阻力mHg總阻力mHg有效傳質面積m2塔橫截面積m2降液區(qū)面積m2篩孔面積m2孔徑mm55孔間距tmm1515工藝計算匯總表（續(xù)）項目符號單位計算數(shù)據(jù)篩孔氣速m/s液體在降液管中停留時間s降液管內(nèi)的清液層高度m降液管寬度m安定區(qū)寬度m開孔率%%邊緣區(qū)寬度m霧沫夾帶kg（液）/kg（氣） 參考文獻[1] 張子鋒，[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008: 2125.[2] [M].北京：化學工業(yè)出版社，2011:3541.[3] [J].石油化工應用，2008，27（6）:45.[4] [M].北京：化學工業(yè)出版社，2011:2230.[5] 李峰，[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008：4046.[6] [M].北京：化學工業(yè)出版社，2008:3348.[7] [M].北京：化學工業(yè)出版社，2010:5066.[8] 李天文，[J].現(xiàn)代化工，1999,19（9）:45.[9] [D].華東理工大學，2012.[10] [J].天然氣化工，2014,39（1）：45.[11] 樊建明，諸林，[J].西南石油學院學報，2005,27（3）:6063.[12] [J].化肥工業(yè)，2005,32（3）:1012.[13] [J