【正文】 體）為原料，經(jīng)造氣、凈化（脫硫）變換，除二氧化碳，配制成一定配比的合成氣。研究證實(shí)，以上五個(gè)過(guò)程中a、e（擴(kuò)散）進(jìn)行得最快，b（吸附）、d（解析）進(jìn)行的速度較快，而過(guò)程c（表面反應(yīng)）分子在催化劑活性界面的反應(yīng)速度最慢，因此，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程取決于表面反應(yīng)的進(jìn)行速率。（2）、甲醇合成的副反應(yīng) 其平衡常數(shù)隨著溫度的上升而很快減小，因此，甲醇合成不能在高溫下進(jìn)行。甲醇合成是是典型的氣—固相催化反應(yīng)過(guò)程。制備工藝合理，使該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度均達(dá)到國(guó)外同類(lèi)催化劑的先進(jìn)水平，并且價(jià)格較低。 銅基催化劑的主要化學(xué)成分是CuO/ ZnO/ Al2O3或CuO/ ZnO/ C r2O3，其活性組分是Cu和ZnO，同時(shí)還要添加一些助催化劑，促進(jìn)催化劑活性。這些催化劑雖然在某些方面彌補(bǔ)了銅鋅鋁、銅鋅鉻催化劑的不足，但因其活性不理想或?qū)状嫉倪x擇性差等自身缺點(diǎn)，還只停留在研究階段而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的應(yīng)用。在大型煤制甲醇的裝置中，固定床的優(yōu)點(diǎn)是投資低，可是它有很多不足：（1）對(duì)原料煤的黏結(jié)性有一定有一定要求：（2）氣化強(qiáng)度低：（3）環(huán)境污染負(fù)荷大，治理較麻煩。一般工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)溫度取決于催化劑的活性溫度，不同催化劑其反應(yīng)溫度不同。設(shè)采用的是低壓法（）合成甲醇。 當(dāng)空速增大時(shí)，將使出口氣體中醇含量降低，即醇凈值降低，催化劑床層中既定部位的醇含量與平衡醇濃度增大，反應(yīng)速度也相應(yīng)增大。惰性氣體的存在引起CO、COH2分壓的下降。而且在其他條件一定的情況下，可使甲醇合成的瞬間速度最大。所以CO2是活性中心的保護(hù)劑，不能缺少。此外，由于壓力低，動(dòng)力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易。合成塔水冷器甲醇分離塔循環(huán)器甲醇的合成是可逆放熱反應(yīng)，為使反應(yīng)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)迅速移走反應(yīng)熱，本設(shè)計(jì)采用Lurgi管殼式反應(yīng)器，管程走反應(yīng)氣，殼程走4MPa的沸騰水粗甲醇　　　　　　　馳放氣 圖11　合成合序配置原則甲醇合成的工藝流程（圖①）這個(gè)流程是德國(guó)Lurgi公司開(kāi)發(fā)的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應(yīng)器，催化劑裝在管內(nèi)，反應(yīng)熱由管間沸騰水放走，并副產(chǎn)高壓蒸汽， MPa (以1：5的比例混合) 循環(huán)，混合氣體在進(jìn)反應(yīng)器前先與反應(yīng)后氣體換熱，升溫到220 ℃左右，然后進(jìn)入管殼式反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)熱傳給殼程中的水，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽包，出塔氣溫度約為 250 ℃，含甲醇7%左右，經(jīng)過(guò)換熱冷卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復(fù)合型。由于逆流式與合成反應(yīng)的放熱不相適應(yīng)，即床層出口處溫差最大，但這時(shí)反應(yīng)放熱最小，而在床層上部反應(yīng)最快、放熱最多，但溫差卻又最小，為克服這種不足，冷管改為并流或U形冷管。進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，即反應(yīng)熱通過(guò)列管傳給殼程沸騰水，而同時(shí)又通過(guò)列管中心的冷氣管傳給進(jìn)塔的冷氣。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼，因而是造價(jià)非常高的一種。綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設(shè)計(jì)選用固定管板列管合成塔。從甲醇分離器（V7002）出來(lái)的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個(gè)循環(huán)回路惰性氣體恒定。（4）合成塔殼體直徑的確定合成塔內(nèi)管子分布采用正三角形排列，管間距a=40mm，殼體直徑： Di=a（b1）+2L式中：a = 40 b = = = L = 125mm所以 Di=40（）+2125= 圓整后取為4300 mm（5）合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用13MNiMoNbR鋼，計(jì)算壁后的公式為：S=PcDi/（2[σ] tФPc）式中：Pc—— ； Di=4300mm；Ф= [σ]t =190Mpa（取殼體溫度為50℃）S=4300（2190）=取C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=73mm（6）合成塔封頭的確定 上下封頭均采用半球形封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。（3）管子的排列方式，管間距的確定 設(shè)計(jì)采用正三角形排列，取管間距為a=32mm 。（10）開(kāi)空補(bǔ)強(qiáng) 換熱器封頭和殼體上的接管都需要補(bǔ)強(qiáng)，在開(kāi)空外面焊接上一塊與容器壁材料和厚度都相同的，即20mm厚的20R鋼板。壓縮機(jī)由二缸三段十三級(jí)葉輪組成，壓縮機(jī)缸體為垂直部分結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部與氣體接觸處均為不銹鋼。75%負(fù)荷下的甲醇產(chǎn)量( t/h)接近裝置滿負(fù)荷設(shè)計(jì)甲醇量( t/h)。75%負(fù)荷時(shí)，使用XCN98型催化劑，當(dāng)入塔氣中CO2組分體積分?jǐn)?shù)高達(dá)5%時(shí)，生產(chǎn)運(yùn)行情況仍良好，收率和物耗都較低，催化劑仍能保持較高的活性，產(chǎn)品質(zhì)量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。8參考文獻(xiàn)［1］房鼎業(yè), 姚佩芳, 朱炳晨. 甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展. 第1版. 華東化工學(xué)院出版社, 1990.［2］王靜康主編. 化工設(shè)計(jì). 第一版. 化學(xué)工業(yè)出版社，1995.1998，（3）:15～18.［4］李大尚. GSP技術(shù)是煤制合成氣(或H2)工藝的最佳選擇[J]. 煤化工, 2005，（3）:1～6.［8］李瓊玖, 唐嗣榮, 顧子樵, 周述志, 趙沛華. 近代甲醇合成工藝與合成塔技術(shù)(下) [J]. 化肥設(shè)計(jì), 2004, 42(1):3～8.［9］李瓊玖, 唐嗣榮, 顧子樵, 周述志, 趙沛華. 近代甲醇合成工藝與合成塔技術(shù)(上) [J].化肥設(shè)計(jì), 2003, 41(6):5～10.［11］唐志斌, 王小虎, 付超, 于新玲. , 第5期, 第23卷.［13］宋維端, 房鼎業(yè). , 1991.［18］宋維端, . 第1版. 化學(xué)工業(yè)出版社, 1991.［22］刁玉瑋, 王立業(yè)編著. 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ). 第5版. 大連理工大學(xué)出版社, 2003. 甲醇合成工藝流程圖圖53 低壓法甲醇合成的工藝流程1－加熱爐；2－轉(zhuǎn)化爐；3－廢熱鍋爐；4－加熱器5－脫硫器；6，12，17，21，24－水冷器；7－氣液分離器；8－合成氣壓縮機(jī)；9－循環(huán)氣壓縮機(jī)；10－甲醇合成塔；11，15－熱交換器；13－甲醇分離器；14－粗甲醇中間槽；16－脫輕組分塔；18－分離塔；19，22－再沸塔；20－甲醇精餾塔；23－CO2吸收塔甲醇合成塔簡(jiǎn)圖 1—進(jìn)氣口；2—分布器；3—小封頭；4—小法蘭；5—測(cè)溫口；6—引氣管；7—大法蘭；8—上環(huán)管；9—上行管；10—下行管；11—外筒；12—下環(huán)管；13—支承板；14—卸料口；15—錐形帽；16—出氣口；17—觸媒；18—大封頭；19—隔板；20—填料函。設(shè)計(jì)中的機(jī)械設(shè)備經(jīng)復(fù)核，符合標(biāo)準(zhǔn)。合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫C型催化劑為14℃，而XCN98型則為30℃。軸端密封采用德國(guó)西太平洋公司研制的干氣密封，嚴(yán)格防止其氣體外漏。 筒體內(nèi)徑(mm)1000列管數(shù)目690壁厚(mm)28 管長(zhǎng)6000封頭（橢球型）半徑(mm)1000 尺寸(mm)Ф25厚度(mm)28拉桿尺寸(mm)Ф25折流板 間距(mm)1500數(shù)目5數(shù)目4高度(mm)750表36 水冷器設(shè)計(jì)匯總設(shè)計(jì)中選用的循環(huán)氣壓縮機(jī)為離心壓縮機(jī)，離心壓縮機(jī)具有以下的特點(diǎn)：流量大而均勻，體積小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，容易調(diào)節(jié)，維護(hù)方便。材料選用20 R鋼。（7）管子拉脫力的計(jì)算 a 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力qp=pf/（doL）式中：f=（）do2=402（）322= P=L=100mmδ表33項(xiàng)目管子殼體材質(zhì)ａ/（1/℃）E/MPa尺寸管子數(shù)管間距/mm管殼壁溫差/℃管子與管壁連接方式脹接長(zhǎng)度00Cr18Ni5Mo3Si2106106Ф32900083384010開(kāi)槽脹接L=10013MNiMoNbR106106Ф25430073 qp=（32100）=b 溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米脹接周邊上的拉脫力qt qt=σt（d02di2）/（4d0L ）式中：σt=a E（ttts）/（1+At/As）At=（do2di2）n=（322272）8338=As=