【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 破壞作用。為防止反應(yīng)器被腐蝕，保護(hù)反應(yīng)器機(jī)械強(qiáng)度，一般采用耐腐蝕的特種不銹鋼（如 1Cr18Ni18Ti)加工制造。 、合成工藝 、高壓法合成甲醇的工藝流程 從甲醇分離器出來(lái)的液體甲醇減壓至 ～ 后送入粗甲醇中間槽。由甲醇分 離器出來(lái)的氣體，壓力降至 30MPa 左右，送循環(huán)壓縮機(jī)以補(bǔ)充壓力損失，使氣體循環(huán)使用。 為避免惰性氣體（ N Ar 及 CH4）在反應(yīng)系統(tǒng)中積累，在甲醇分離器后設(shè)有放空管，以維持循環(huán)氣中惰性氣體含量在 15%～ 20%左右。 原料氣分兩路進(jìn)入合成塔。一路經(jīng)主線(xiàn)（主閥）由塔頂進(jìn)入，并沿塔壁與內(nèi)件之間的環(huán)隙流至塔底，再經(jīng)塔內(nèi)下部的熱交換器預(yù)熱后，進(jìn)入分氣盒；另一路經(jīng)過(guò)副線(xiàn)（副閥）從塔底進(jìn)入，不經(jīng)熱交換器而直接進(jìn)入分氣盒。在實(shí)際生產(chǎn)中可用副閥來(lái)調(diào)節(jié)催化層的溫度，使 H2和 CO 能在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)合成甲醇。 、 中壓法合成甲醇的工藝流程 天然氣經(jīng)加熱爐（ 1）加熱后，進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐（ 2）發(fā)生部分氧化反應(yīng)生成合成氣，合成氣經(jīng)廢熱鍋爐（ 3）和加熱器（ 4）換熱后，進(jìn)入脫硫器（ 5），脫硫后的合成氣經(jīng)水冷卻和汽液分離器（ 7），分離除去冷凝水后進(jìn)入合成氣三段離心式壓縮機(jī)（ 8），壓縮至稍低于 5MPa。從壓縮機(jī)第三段出來(lái)的氣體不經(jīng)冷卻，與分離器出來(lái)的循環(huán)氣混合后，在循環(huán)壓縮機(jī)（ 9）中壓縮到稍高于 5MPa 的壓力，進(jìn)入合成塔（ 10）。循環(huán)壓縮機(jī)為單段離心式壓縮機(jī)，它與合成氣壓縮機(jī)一樣都采用氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。 合成塔頂尾氣經(jīng)轉(zhuǎn)化后含 CO2量稍高，在 壓縮機(jī)的二段后，將氣體送入 CO2吸收塔（ 23），用 K2CO3溶液吸收部分 CO2，使合成氣中 CO2保持在適宜值。吸收了 CO2的 K2CO3溶液用蒸汽直接再生，然后循環(huán)使用。 合成塔中填充 CuOZnOAl2O3催化劑，于 5MPa 壓力下操作。由于強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，必須迅速移出熱量，流程中采用在催化劑層中直接加入冷原料的冷激法，保持溫度在 240～ 270℃ 之間。經(jīng)合成反應(yīng)后，氣體中含甲醇 %～ 4%（體積），化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 送入加熱器（ 11）以預(yù)熱合成氣，塔（ 10）釜部物料在水冷器（ 12）中冷卻后進(jìn)入分離器（ 13）。粗甲醇送中間槽 （ 14），未反應(yīng)的氣體返回循環(huán)壓縮機(jī)（ 9）。為防止惰性氣體的積累，把一部分循環(huán)氣放空。 粗甲醇中甲醇含量約 80%，其余大部分是水。此外，還含有二甲醚及可溶性氣體，稱(chēng)為輕餾分。水、酯、醛、酮、高級(jí)醇稱(chēng)為重餾分。以上混合物送往脫輕組分塔（ 16），塔頂引出輕餾分，塔底物送甲醇精餾塔（ 20），塔頂引出產(chǎn)品精甲醇，塔底為水，接近塔釜的某一塔板處引出含異丁醇等組分的雜醇油。產(chǎn)品精甲醇的純度可達(dá) %（質(zhì)量）。 、德國(guó) Lurgi 低壓合成甲醇的工藝流程 德國(guó) Lurgi 公司于 1971 年開(kāi)發(fā)了以天然氣為原料的低 壓法工藝。該方法采用管殼式反應(yīng)器，在銅基催化劑及在 200～ 300℃ 、 ～ 下合成甲醇。是目前工業(yè)上廣泛采用的一種甲醇生產(chǎn)方法 。 天然氣經(jīng)脫硫后送入蒸汽轉(zhuǎn)化爐。天然氣在銅基催化劑作用下，轉(zhuǎn)化為含CO、 CO H2 和惰性氣體的合成氣，轉(zhuǎn)化后的合成氣與未轉(zhuǎn)化的進(jìn)料氣一起進(jìn)入純氧自熱式轉(zhuǎn)化爐中，在約 和 960℃ 下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，得到甲醇合成氣?？倸馓急燃s 。合成氣經(jīng)冷卻后，進(jìn)入合成氣 /循環(huán)氣透平壓縮機(jī)，壓縮至～ ，進(jìn)入管殼式合成氣反應(yīng)器。反應(yīng)器內(nèi)裝有銅基催化劑。合 成氣在銅基催化劑的作用下，反應(yīng)生成甲醇。合成甲醇的反應(yīng)熱用來(lái)產(chǎn)生高壓蒸汽，并作為透平壓縮機(jī)的動(dòng)力。反應(yīng)器出口的粗甲醇?xì)怏w經(jīng)換熱、冷卻、使粗甲醇冷凝分離。冷凝的粗甲醇送入精制塔精制。 Lurgi 公司的低壓法合成甲醇工藝的優(yōu)點(diǎn)是：（ 1）采用列管式等溫反應(yīng)器，管內(nèi)填充催化劑，水在管間沸騰，反應(yīng)熱以高壓蒸汽的形式被帶走，用于驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)。由于填充催化劑的管外被沸騰水所包圍，因此催化劑溫度分布均勻。反應(yīng)器在低負(fù)荷或短時(shí)間局部超負(fù)荷時(shí)也能安全操作，催化劑不至于發(fā)生過(guò)熱反應(yīng)；（ 2）催化劑熱穩(wěn)定性高，溫度在 200℃ 以上時(shí) ，催化劑活性和選擇性并沒(méi)因此而降低；（ 3）列管式反應(yīng)器在經(jīng)濟(jì)上有較大的優(yōu)勢(shì)，即反應(yīng)熱在反應(yīng)溫度下被導(dǎo)出，可產(chǎn)生 ～ （ 35～ 55atm）的蒸汽。 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3 章 甲醇生產(chǎn)的物料衡算 、所需觸媒容積的物料衡算 、所需觸媒容積的物料衡算 1222( 2 )W V W Vggkk? ? ? 式中： 2g—— 粗甲醇的量， kg/h WV —— 空間速度， 40000 1h? V —— 觸媒容積， 3 3m 1k —— 合成塔出口甲醇容積百分?jǐn)?shù)， 3% 2k —— 合成塔人口甲醇容積百分?jǐn)?shù)， % 設(shè)甲醇合成部分的生產(chǎn)能力為每年 5 萬(wàn)噸甲醇，每年為 330 個(gè)工作日時(shí)，其生產(chǎn)能力 為 : 5000 *100 0 * 24 ? kg/h 考慮到副反應(yīng)，引入分?jǐn)?shù) ，便可由方程式1222( 2 )W V W Vggkk? ? ?確定 V . 2212(1 2 ) * 1 .0 6()V Wg kkk??? 2 63 13 .1 3 19 7 /32 kg hg ?? （式中 32 為甲醇的分子式） 340000 17 85 /22 .4V kg hm?? ∴所需觸媒容積 319 7 *1 .0 6 85 * 0. 03V m?? 合成塔的數(shù)目： ~ 23 ? 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 、粗甲醇合成循環(huán)的物料衡算計(jì)算 參考《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》假定粗甲醇的組成： 粗甲醇組成： 甲醇 二甲醚 異丁醇 水 Wt% 90 將粗甲醇中各組分含量分別與不同單位列表于下表 粗甲醇中各組分含量 31 成分 Wt% Kg/h Kmol/h N m3/h V% 分子式 甲醇 90 32 二甲醚 46 異丁醇 74 水 18 總計(jì) 100 100 — 解：甲醇每小時(shí)產(chǎn)量 90%=每小時(shí)產(chǎn)甲醇的物質(zhì)的體積 5681 .82 6 /32 km ol h? 每小時(shí)產(chǎn)純甲 醇的體積 = N m3/h 每小時(shí)產(chǎn)甲醇的體積分?jǐn)?shù) % 1% ?? 設(shè)新鮮氣組成為： CO2 CO H2 CH4 N2 % % % % % 設(shè)水冷器循環(huán)組成： CO2 CO H2 CH4 N2 % % % % % 解：水冷器循環(huán)氣組成： CO2 % 查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 1 m3氣體 /噸甲醇 CO %查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 2 m3氣體 /噸甲醇 H2 %查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 3 m3氣體 /噸甲醇 CH4 %查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 1 m3氣體 /噸甲醇 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 N2 %查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 2 m3氣體 /噸甲醇 粗甲醇中溶解的氣體各組分含量 32 組分 N m3/t V% Kg/t Wt% Kg/h 二氧化碳 一氧化碳 11 氫氣 甲烷 6 15 氮?dú)? 總計(jì) 40 100 100 解： 1每噸粗甲醇中溶解 CO2量為： 100%=% 每噸粗甲醇中溶解 CO2的質(zhì)量： m 3/t22 .4 / N m 3kmol 44=（粗） 每噸 粗甲醇中溶解 CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 100%=% 每小時(shí)溶解 CO2的體積 N m3/t 50000330 124 = N m3/h 每小時(shí)溶解 CO2的質(zhì)量 50000330 124 =每小時(shí)溶解 CO2的物質(zhì)的量 2每噸粗甲醇中溶解 CO 的體積為 100%=11% 每噸粗甲醇中溶解 CO 的質(zhì)量 （粗） 每噸粗甲醇中溶解 CO 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 100%=% 每小時(shí)溶解 CO 的體積 N m3/t 50000330 124 = N m3/h 每小時(shí)溶解 CO 的質(zhì)量 （粗） 50000330 124 = 每小時(shí)溶解 CO 的物質(zhì)的量 1噸粗甲醇中各組分含量 甲醇質(zhì)量含量 1000 90%1t =900kg/t 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 甲醇體積含量 900 32=630 N m3/t 二甲醚質(zhì)量含量 1000kg 1t= 二甲醚體積含量 46= N m3/t 異丁醇質(zhì)量含量 1000kg1t %= 異丁醇體積含量 74= N m3/t 水的質(zhì)量含量 1000 1t= 水的體積含量 18= N m3/t 每噸甲醇中各組分的量 33 組分 Wt% Kg/t(粗 ) N m3/t V% 分子式 甲醇 90 900 630 32 二甲醚 46 異丁醇 10 74 水 18 總計(jì) 100 1000 100 — 查閱《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》（修訂版）甲醇合成系統(tǒng)的工藝物料平衡基本關(guān)系式 合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)方程式： 主反應(yīng)： CO+2H2=CH3OH +（ 1） 副反應(yīng)： 2CO+4H2=CH3OCH+H2O + kj/mol （ 2） CO=3H2=CH4+H2O + kj/mol （ 3） 4CO+8H2=C4H9OH + kj/mol （ 4） CO2+H2=CO+H2O kj/mol （ 5） 由新鮮氣帶入的 CO2量等于放空時(shí)消耗的 CO2量，溶解在液態(tài)甲醇中的 CO2量及按方程（ 5）參加反應(yīng)時(shí)所消耗的 CO2量之和。 CO2平衡式 FFVK = VKV + PK + uK （ 6） 新鮮氣中的 CH4量與按照反應(yīng)（ 3）生成 CH4量之和等于循環(huán)氣中的 CH4量與產(chǎn)品的 CH4量之和。 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 CH4平衡式 FFVm+M= KKVm+mP （ 7） 在合成塔中生成二甲醚、甲烷、異丁醇和二氧化碳還原時(shí)生成的水，進(jìn)入產(chǎn)品中，共有：水的平衡式 W=A+M+3I+ uK （ 8） 隨新鮮氣帶來(lái)的氮，進(jìn)入產(chǎn)品中的氮和循環(huán)氣中的氮，共有 N2的平衡式 FFVn= KKVn+ PN （ 9） 新鮮氣中所含的 CO 和按反應(yīng)（ 5）由 CO2生成的 CO，分別處于循環(huán)