應(yīng)用化工技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)-甲醇合成技術(shù)的研究進(jìn)展(編輯修改稿)
2024-12-29 16:29 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)器逐漸在國(guó)內(nèi)外的一些中型甲醇裝置上得到推廣。 ICI 冷激型反應(yīng)器 ICI 冷激型甲醇合成塔是針對(duì)使用 511型銅基催化劑的時(shí)空產(chǎn)率低、催化劑用量大、床層控溫困難、催化劑易失活等缺陷而開(kāi)發(fā)的一種絕熱型軸向流動(dòng)的低壓合成反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由 塔體、噴頭、菱形分布器等組成。合成氣預(yù)熱到230～ 250℃進(jìn)入反應(yīng)器，段間用菱形分布器將冷激氣噴入床層中間降溫。根據(jù)規(guī)模大小，反應(yīng)器一般有 3～ 6個(gè)床層，典型的是 4個(gè)，上面 3個(gè)為分開(kāi)的軸向流床。最下方為軸 徑向流床，在 5MPa、 230～ 270℃條件下合成甲醇。 與高壓反應(yīng)器相比，該類(lèi)反應(yīng)器的特點(diǎn) 是 ： ①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔內(nèi)未設(shè)置電加熱器或換熱器，催化劑利用效率較高 ； 由于采用菱形分布器，保證了反應(yīng)氣體和冷激氣體的均勻混合，使同一床層溫差控制變得容易；②適用于大型化甲醇裝置，易于安裝維修；③高活性、高選擇性催化劑選擇余地 大，可使用國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的多種型號(hào)催化劑，如美國(guó) UCIC792和 G106 催化劑， ICI 生產(chǎn)的 ICI51 51513 催化劑，西南化工 研究院開(kāi)發(fā)的 C302 和蘭化院生產(chǎn)的 NC系列催化劑等。 該類(lèi)反應(yīng)器的缺點(diǎn)是 ： ①床層溫度隨其高度的變化而不同，床層溫度波動(dòng)較大，致使不同高度的催化劑活性不 同，催化劑的整體活性不能有效發(fā)揮，其時(shí)空產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)較低；溫度控制不好時(shí)，易導(dǎo)致催化劑局部過(guò)熱而影響催化劑的使用壽命；②反應(yīng)器結(jié)構(gòu)松散，出口的甲醇濃度低，導(dǎo)致大部分原料氣不能參與合成反應(yīng)，必須保持 10 倍左右的循環(huán)氣 量，壓縮功能耗高 (約占總能耗的24% )，同時(shí)相同產(chǎn)能的反應(yīng)器體積比 Lurgi 反應(yīng)器大，其一次性投資也比 Lurgi的多； ③能源利用不合理，不能回收反應(yīng)熱，產(chǎn)品綜合能耗較高； ④催化劑時(shí)空產(chǎn)率不高，用量大。 Lurgi管殼型甲醇合成塔 德國(guó) Lurgi公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的管殼式甲醇合成反應(yīng)器是一種軸向流動(dòng)的低壓反 6 應(yīng)器。該反應(yīng)器采用管殼式結(jié)構(gòu)，操作條件是 :壓力 5. 2～ 7MPa，溫度 230～ 255℃。反應(yīng)器內(nèi)部類(lèi)似列管式換熱器，列管內(nèi)裝催化劑，管外為沸騰水，反應(yīng)熱很快被沸水移走。 2 種氣體分別呈軸向流動(dòng) 。合成塔殼程的鍋爐水是自然循環(huán)的，通過(guò)控制沸騰水的蒸汽壓力，可以保持恒定的反應(yīng)溫度。這種合成塔溫度幾乎是恒定的，從而有效地抑制了副反應(yīng)，延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命。該塔使用高含量銅基催化劑時(shí)，可達(dá)到較高的單程轉(zhuǎn)化率，其最大生產(chǎn)能力為 1500 t/d。根據(jù)國(guó)內(nèi)應(yīng)用的情況來(lái)看，大部分催化劑均可使用，對(duì)生產(chǎn)影響不大。 （ 1） 與 ICI 反應(yīng)器相比，該反應(yīng)器的 優(yōu)點(diǎn)是 ： ①熱 量利用合理，可副產(chǎn)大量低壓蒸汽，每噸甲醇最大可產(chǎn) 4 MPa 蒸汽， 可用于驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)，也可用于天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化，滿(mǎn)足甲醇裝置的蒸汽需求，裝置投產(chǎn)后不需外供蒸汽；②合成反應(yīng)幾乎是在等溫條件下進(jìn)行，反應(yīng)器除去有效的熱量，可允許較高的CO 氣體，采用低循環(huán)氣流限制了最高反應(yīng)溫度，使反應(yīng)等溫進(jìn)行，副反應(yīng)少，粗甲醇雜質(zhì)少，用雙塔精餾技術(shù)精制即可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；③催化劑床層溫度容易控制，不同床層的溫差較小，操作平穩(wěn)；④出口甲醇濃度較高 (甲醇含量約 7% )，總的循環(huán)氣量比 ICI 幾乎少 1/2；⑤同產(chǎn)能下，催化劑用量較少。 （ 2） 該反應(yīng)器的缺點(diǎn)是 ： ①其殼體和管板、反應(yīng)管之間采用焊接結(jié)構(gòu)，為消 除熱應(yīng)力，對(duì)塔體的制造、材料要求均比較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，維護(hù)成本高；②因采用列管式，列管占用了反應(yīng)器大量的空間，使得催化劑的裝填量?jī)H占反應(yīng)器的 30%；③由于管內(nèi)外傳熱溫差較小，所需傳熱面積大，比冷面達(dá) 125 m2/m3；④該反應(yīng)器用副產(chǎn)蒸汽直接從催化劑床層移熱，由于受蒸汽壓力限制，在催化劑后期難以提高使用溫度；⑤限于列管長(zhǎng)度，擴(kuò)大生產(chǎn)時(shí)，只能增加列管數(shù)量，擴(kuò)大反應(yīng)器的尺寸，生產(chǎn)操作彈性較小。一般認(rèn)為該反應(yīng)器不能適用于大型甲醇裝置， Lurgi 公司經(jīng)過(guò)改進(jìn)，將合成壓力提高到 7～ 10MPa，第 1套 2020 t/d的甲醇裝置在馬來(lái)西亞建成。 2020 年以前，采用該反應(yīng)器建成的甲醇裝置多達(dá)21套，產(chǎn)能在 1000~2500 t/d。即將在伊朗建成的甲醇裝置采用 2 套反應(yīng)器串聯(lián)，將裝置產(chǎn)能提高到 5000 t/d。該反應(yīng)器可適用于石油和天然氣原料，國(guó)內(nèi)也有用于煤原料的甲醇廠，國(guó)內(nèi)一些大型設(shè)計(jì)院可以模仿設(shè)計(jì)該類(lèi)反應(yīng)器。國(guó)內(nèi)山東齊魯?shù)诙蕪S、河南安陽(yáng)甲醇廠 (原料煤 )、四川維尼綸廠、陜西榆林及河南濮陽(yáng)三化 (原料為天然氣 )的天然氣甲醇裝置均采用該類(lèi)反應(yīng)器。國(guó)內(nèi)已完全能模仿設(shè)計(jì)，產(chǎn)能可以達(dá)到 30 萬(wàn) t/a，生產(chǎn)應(yīng)用效果也不錯(cuò)。 （ 1） 生產(chǎn)規(guī)模大型化 7 發(fā)展的趨勢(shì)之一是單系列、大型化。德國(guó) Lurgi 公司管殼式甲醇合成反應(yīng)器單反應(yīng)器生產(chǎn)能力可達(dá) 1000～ 1500t/d，英國(guó) ICI多段冷激式甲醇合成反應(yīng)器，單反應(yīng)器生產(chǎn)能力可達(dá) 2500t/d。據(jù)報(bào)道， Lurgi 公司新開(kāi)發(fā)的甲醇裝置生產(chǎn)能力可達(dá) 150 萬(wàn)噸 /年。 （ 2） 合成催化劑 高效甲醇合成催化劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段。 第一階段 為鋅 鉻催化劑，鋅 鉻催化劑活性溫度高，約為 350～ 420℃，由于受化學(xué)平衡的影響，需在高壓（ 30～ 32MPa）下操作，且粗甲醇 產(chǎn)品質(zhì)量較差。 第二階段 為銅 鋁催化劑，從 20 世紀(jì) 60年代后期使用至今。其活性溫度低，約 220～ 280℃，可在較低壓力下操作。 （ 3） 節(jié)能降耗 節(jié)能降耗是世界甲醇裝置一直追求并將繼續(xù)追求的目標(biāo)，各國(guó)圍繞節(jié)能、降低生產(chǎn)成本作了大量工作。由于現(xiàn)有甲醇反應(yīng)器的性能基本發(fā)揮到極致，要實(shí)現(xiàn)新的節(jié)能降耗目標(biāo)，還須另辟蹊徑，開(kāi)發(fā)出更節(jié)能、效率更高、熱效益利用更合理的甲醇反應(yīng)器，如漿態(tài)床反應(yīng)器、超臨界反應(yīng)器、甲烷直接轉(zhuǎn)化、生物反應(yīng)器等。 絕熱管殼式反應(yīng)器 絕熱 管殼式甲醇反 應(yīng)器由華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)成功，該反應(yīng)器由絕熱段與管殼段組成。催化劑填充在管殼段，反應(yīng)熱傳給管外的沸水，以蒸汽的形式回收熱量，通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)催化
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