【文章內容簡介】 的物料平衡而定 ,以維持系統的穩(wěn)定生產。 CO2 的存在對于甲醇合成是有益的 ,一般維持在 26%即可 ,新鮮氣中 CO2含量還可略高些。新鮮氣的組成 ,一般受上游流程的制約 ,但也要盡量滿足本系統的要求。按化學計量要求 (H2CO2)與 CO+CO2 的摩爾比一般為 。 惰性氣體的含量也能影響反應速率 ,含量太高 ,降低反應速率 ,生產單位產量的動力消耗也大 。維持低惰性氣含量 ,則放空量加大 ,多損 失有效氣體。一般來說 ,惰性氣體含量要根據具體情況來定 ,而且這也是調節(jié)工況的手段之一。 催化劑顆粒尺寸 由動力學研究可知 ,催化劑顆粒大小對甲醇合成的宏觀速率有顯著的影響。催化劑顆粒小 ,內表面利用率大 ,從而宏觀反應速率大 ,可減少催化劑用量 。粒度減小 ,會使床層壓力降增大 ,從而增加動力消耗。因此催化劑的最佳顆粒尺寸尚需視氣流和床層的特性即有關的具體情況而定。較合理的情況是 ,反應器上部裝小顆粒 ,下部則裝大顆粒催化劑。 空速 對于甲醇合成過程 ,若采用較低空速 ,則反應速率變化較大 ,反應過程中氣體混合物 的組成與平衡組成較接近 ,反應速率較低 ,催化劑的生產強度較低 ,但單位甲醇產品所需循環(huán)氣量小 ,氣體循環(huán)的動力消耗小 ,預熱未反應氣體到催化劑進口溫度所需換熱面積較小 ,且離開反應器氣體的溫度較高 ,熱能利用價值高。若采用較高空速 ,則反應速率變化較小 ,催化劑的生產強度提高 ,但增大了預熱所需傳熱面積 ,熱能利用率降低 ,增大了循環(huán)氣體通過設備的壓力降及動力消耗 ,并且由于氣體中反應產物的濃度降低 ,增加了分離反應產物的費用。還應注意 ,空速增大到一定程度后 ,催化劑床層溫度不能維持。因此 ,必須綜合多方面因素來考慮最佳空速的問題。 反 應器結構 甲醇合成塔內件的型式繁多 ,內件的核心為催化劑筐 ,他的設計好壞直接影響合成塔的產量和消耗定額。一個好的催化劑筐設計應滿足以下要求 : 能保證催化劑在升溫、還原過程中操作正常、還原充分 ,盡可能地提高催化劑的活性 ,達到最大的生產強度。 能有效地移去反應熱 ,合理地控制催化劑層的溫度分布 ,使其逼近最佳操作溫度線 ,提高甲醇凈值和催化劑的使用壽命。 能保證氣體均勻地通過催化劑層 ,阻力小 ,氣體處理量大 ,甲醇產量高。 充分利用高壓空間 ,盡可能多裝催化劑 ,提高容積利用系數。 操作穩(wěn)定、調節(jié)方便 ,能適應各種操 作條件的變化。 結構簡單 ,運轉可靠 ,裝卸催化劑方便 ,制造、安裝和維修容易等。 妥善處理各個內件的連接與保溫 ,避免產生熱應力 ,使內件在塔內能自由脹縮。 如上所述 ,合成塔內件型式很多 ,有各自的特點和適用場合 ,因此不能用簡單的方法肯定一種塔型或全部否定一種塔型。傳統的高壓法甲醇合成多用連續(xù)換熱的三套管并流式和單管并流式 ,中低壓法流程則多用多層冷激式合成塔和管式合成塔以及兩者的改進型合成塔。無論在何種壓力下操作 ,為減少阻力面應用徑向合成塔或軸、徑向復合式合成塔。 設計依據 生產規(guī)模 : 10 萬噸 /年 年工作時間 :330 天 (7920 小時 ) 產品純度 :大于 99%(質量分數 ) 甲醇衡算數據 :見下表 表 2 甲醇衡算數據表 組分 組成 合成塔出 口氣中 甲醇含量 % 新鮮氣 (mol) 馳放氣 (mol) 粗甲醇 kg/100kg 溶解氣 NM3/t CO2 CH4 N2 H2 CH3OH CH32O C4H9OH H2O 工藝流程說明 工藝流程可簡略的表示為下圖 : 圖 1 甲醇合成工藝流程示意圖 本工藝采用低壓法 ,新鮮氣與由壓縮機產生的循環(huán)壓縮氣混合 ,形成入塔氣 ,其溫度為 40℃ ,壓力為 10MPa。在進入合成塔前 ,入塔氣與出塔氣進 行熱交換 ,溫度升到 150℃ ,壓力仍為 ,經銅系催化劑催化反應后 ,溫度變?yōu)?220℃ ,壓力變?yōu)?。出塔氣與入塔氣熱交換后 ,進入冷卻冷凝器 ,此過程大部分甲醇冷凝 ,溫度降至 25℃。少量未冷凝的甲醇與其它氣體一起進入循環(huán)壓縮機 ,然后再與新鮮氣混合。在進入壓縮機前 ,有一排氣口 ,將少部分冷凝后的氣體排放 ,以減少惰性氣體在體系中的累積。冷凝后的甲醇進入閃蒸罐 ,得到粗甲醇和閃蒸氣。閃蒸氣排空 ,粗甲醇進入精餾系統精制。 工藝流程設計 物料衡算 以 1 噸粗甲醇為基礎 ,對整個系統作總的物料衡算 ,物料衡算圖如 圖 2 所示。 圖 2 總物料衡算圖 CO2 CH4 N2 H2 CO CH3OH CH32O C4H9OH H2O sum 質量 /kg/h 0 0 摩爾 流量 /Kmol/h 0 0 摩爾 分率 0 0 1 由甲醇衡算數據表 ,可計算出第 7 流股中各組分質量 ,摩爾流量 ,摩爾分率 表 3 第 7 流股各組分構成情況 以 CO2 為例 : m 10= n x ∑ 表 4 第 8流股各組成構 成情況 CO2 CH4 N2 H2 CO CH3OH CH32O C4H9OH H2O sum 體積 /NM3 0 摩爾流量 /Kmol/h 0 摩爾分率 0 新鮮氣、馳放氣摩爾流量 設新鮮氣摩爾 流量為 F,CO 的摩爾含量為 x。馳放氣摩爾流量為 Q,其中甲烷含量為 y。根據原子平衡 ,可得以下方程 : C 原子 :F ++Q +y …… 1 O 原子 :F ++Q …… 2 N 原子 : +Q …… 3 H 原子 :F +Q +4y …… 4 由方