【正文】 家焦爐氣制甲醇裝置上 ]14[ 。相比之下 ， 液相合成由于使用了比熱容高、導熱系數(shù)大的長鏈烷烴化合物作反應介質 ， 可使甲醇合成在等溫條件下進行。此外 ， 由于壓力低 ， 動力消耗降低很多 ， 工藝設備制造容易。 ， 經(jīng)預熱加壓 ， 于 5 Mpa、 220 ℃ 下 ， 從上到下進入 Lurgi反應器 ，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應 ， 出口溫度為 250 ℃ 左右 ， 甲醇 7%左右 ， 因此 ， 原料氣必須循環(huán) ， 合成工序配置原則為圖 21。 從甲醇分離器出來的循環(huán)氣在加壓前需排放一部分弛放氣 ， 以保持整個循環(huán)回路惰性氣體的恒定。根據(jù)內件的催化劑筐和換熱器的結構形式不同 ， 甲醇內件 分 為若干類型。冷管的結構有逆流式、并流式和 U 型管式。代表塔型有 Lurgi 公司的合成塔和三菱公司套管超級合成塔 ， 該塔是 在列管內再增加一小管 ， 小管內走進塔的冷氣 ]20[ 。管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫?， 也就是進塔氣 225℃ ， 管外的沸騰水卻是 248℃ ， 不是將反應熱移走而是水給反應氣加熱。 13 綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗 ， （大型裝置不宜選用激冷式和冷管式） ， 設計選用固定管板列管合成塔。 表 甲醇生產(chǎn)消耗和生成物量及組成 消耗 方式 單位 消耗物料量 生成物料量 合計 CO H2 CO2 N2 CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 消耗 量 生成 量 （ 31）式 kmol/h Nm3/h （ 32）式 kmol/h Nm3 （ 33）式 kmol Nm3 （ 34）式 kmol Nm3 （ 35）式 kmol () Nm3 () 氣體溶解 Nm3 擴散損失 Nm3 () 合計 Nm3 消耗組成 %(v) 100 生成物 量 kg 生成組成 %(wt) 100 (7)為避免惰性氣體的積累 ， 必須將部分循環(huán)氣從反應系統(tǒng)排出作為弛放氣 ， 以使反應系統(tǒng)中惰性氣體含量保持在一定濃度范圍。 表 甲醇合成塔出塔氣流量及組成 （單位： Nm3/h ） 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O C4H9OH (CH3)2O 合計 入塔 消耗 生成 出塔 組成(V)% 100 (11)根據(jù)上述結果，可得甲醇合成塔物料平衡數(shù)據(jù)如下表 表 甲醇合成塔物料平衡數(shù)據(jù)表 組成 進料 出料 Kg/h % Kmol/h % Kg/h % Kmol/h % CO CO2 H2 N2 19 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計 100 100 100 100 (12)粗甲醇在中間儲槽減壓放出的馳放氣量與組成如下表 表 甲醇儲罐氣流量及組成 組成 CO CO2 H2 CH4 Ar CH3OH N2 合計 流量Nm3/h 0 組成(V)% 100 （ 13）由上述計算可得，甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品的流量、組成見表 。 26 第 4章 甲醇合成塔的設計計 算 已知條件 （ 1）氣體工作壓力 管程：合成氣及合成觸媒 殼程：鍋爐給水及蒸汽 （ 2） 工作溫度 殼程介質溫度為 250℃ 左右 ， 管程介質溫度為 220℃ 左右。 管間距的確定，要考慮管板強度和管子與管板的固定方式 。由于本設備的工作溫度為 255℃，對于管板與換熱管的拉脫強度和密封性要求較高， 因此反應管與管板采用強度焊加貼脹的連接方式，既滿足溫度要求，也滿足強度及密封性要求，也避免設備在工作中出現(xiàn)振動、間隙腐蝕等影響反應管與管板焊接接頭強度及密封性的情況。 反應管與管板的連接結構設計 反應管與管板的焊接接頭的強度和密封性是設計的關鍵點之一。由公式 nLdA ???? （ 42） 得 )( LdAn ??? =（ 9） =2809（根） 其中因要安排拉桿需要減少 12 根 ， 所以實際管數(shù)為 2797 根。 查 資料 得 ]25[ ， 粗甲醇中的物理常數(shù)如下表所示： 表 粗甲醇中液體組分氣化熱和液體熱容 組 分 ( CH3 )2O C4H9OH H2O CH3OH 氣化熱 KJ/kg 液體比熱容 KJ/(kg.℃ ) (1）氣體冷凝放熱 Q2= GHr （ 312） 式中： G——冷凝液體流量 ， kg /h Hr——組分的汽化熱 ， KJ/kg 表 出塔氣在水冷器中冷凝放熱量 組分 ( CH3 )2O C4H9OH H2O CH3OH 合計 冷凝量 kg /h 汽化熱 KJ/kg 放熱量 KJ/h （ 2）水冷器入口氣體顯熱的確定 水冷器入口氣體的顯熱 Q1=合成塔出口氣體的顯熱 ， 即 （ 3）水冷器出口氣體顯熱的確定 24 Q3=∑（ GCm） T （ 313） 式中： G——水冷器出口各氣體組分摩爾流量 ， kmol /h Cm——出口氣體各組分熱容 ， kJ/（ ） T ——出口氣體溫度 ， ℃ 根據(jù)表 中 各組分的流量及熱容 ， 計算出口顯熱 并列于下表 表 水冷器出口各組分氣體顯熱 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 合計 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 熱量 kJ/（ ） 水冷器出口氣體 溫度為 40℃ ， 所以 出口氣體顯熱 Q3==（ 4）出水冷器的粗甲醇液體熱量的確定 Q4=∑（ GCm） T （ 314） 式中： G——水冷器出口各液體組分流量 ， kg /h Cm ——液體各組分熱容 ， kJ/(kg.℃ ) T ——出口液體溫度 ， ℃ 表 水冷器出口液體熱量 組分 ( CH3 )2O C4H9OH H2O CH3OH 合計 液體比熱容 KJ/(kg.℃ ) 流量 kg /h 熱量 KJ/(h.℃ ) 因水冷器出口液體 溫度為 40℃ ， 所以 出口液體帶走熱量為 Q4=40=于是 ， 水冷器冷卻水帶走熱量 : 由水冷器熱平衡方程可得 Q5 = Q1+Q2－ Q3－ Q4 即 Q5 =+－ － =綜上， 則水冷器熱平衡如下表所示 25 表 水冷器熱平衡表 帶入熱量 KJ/h 帶出熱量 KJ/h 氣體顯熱 水冷器放熱 合計 氣體顯熱 液體帶熱 冷卻水帶熱 合計 （ 5）冷卻水用量的確定 入口冷卻水溫度 20℃ ， 出口冷卻水溫度 35℃ ， 平均比熱容 為 (kg.℃ )， 則用量 q= /（（ 35－ 20） ） =。 所以有：出塔G G 醇后% 1 3 7 8 ? =% G 醇后 = G 出塔 (G 醇 ＋ G 副 ＋ G 擴 )+GCH4 = G 出塔 （ ++） + = G 出塔 Nm3/h 所以： G 出塔 ＝ G 循環(huán)氣 = G 出塔 (G 醇 ＋ G 副 ＋ G 擴 )+GCH4G 馳放氣 =（ ++） + =表 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計 流量 Nm3/h 組成 %(V) 100 (9)甲醇合成塔入塔氣量的計算 根據(jù) G 入塔 = G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣 所以 G 入塔 =+ = Nm3/h 18 由表 及表 得到表 。 （ 5） 由《化工設計習題集》附錄查表 ]22[ ， 壓力為 ， 溫度為 40℃ 時 ， 各組分在甲醇中的溶解度如表 所示 表 氣 體在甲醇中的溶解量 組分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解量 Nm3/t 甲醇 Nm3/h 0 0 （ 6）據(jù)測定： 40℃ 時液態(tài)甲醇中釋放的 CO、 CO H2 等混合氣中每 m3 含 g 甲醇 ，假定溶解氣全部釋放 ， 則甲醇擴散損失為： (++++)? =即 ， 。這種塔型結構簡單 ， 造價低 ， 不需特種合金鋼 ， 轉化率高 ，適合于大型或超大型裝置 ， 但反應熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。隨著合成壓力增高 ， 塔徑加大 ， 管板的厚度也增加。這樣可較大地提高傳熱系數(shù) ， 更好地移走反應熱 ， 縮小傳熱面積 ， 多裝催化劑 ， 同時可副產(chǎn) ～ 的中壓蒸汽 ， 是大型化較理想的塔型。但碳的轉化率低 ， 出塔的甲醇濃度低 ， 循環(huán)量大 ， 能耗高 ， 又不能副產(chǎn)蒸汽 ， 12 現(xiàn)已經(jīng)基本被淘汰。 甲醇合成塔主要由外筒、內件和電加熱器三部分組成 ]20[ 。分離出的粗甲醇進入甲醇膨脹槽 ， 被減壓至 后送至精餾裝置。 甲醇的工藝流程 ， 為使反應達到較高的轉化率 ， 應迅速移走反應熱。 低壓法 ( Mpa)：是 20 世紀 60 年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術 ， 低壓法基于高活性的銅基催化劑 ， 其活性明顯高于鋅鉻催化劑 ， 反應溫度低 (240270℃ )。 （ 3）引進膜分離技術的反應技術 通常的甲醇合成工藝中 ， 未反應氣體需循環(huán)返回反應器 ， 而 KPT 則提出將未反應氣體送往膜分離器 ， 并將氣體分為富含氫氣的氣體 ， 前者作燃料用 ， 后者返回反應器。 1995 年 12 月 ， 由化工部第八設計院和上?；ぴO計院聯(lián)合設計的 200kt/a 甲醇生產(chǎn)裝置在上海太平洋化工公司順利投產(chǎn) ， 標志著我國甲醇生產(chǎn)技術向大型化和國產(chǎn)化邁出了新的一步。 甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展 甲醇是醇類中最簡單的一元醇。 而煤作為制備甲醇合成氣的傳統(tǒng)原料 ， 由于環(huán)保和氣體凈化等方面問題 ， 成本相對較高 ， 但對