【導讀】*************學院畢業(yè)（論文）1. 題目煤氣化制甲醇的研究。專業(yè)應(yīng)用化工技術(shù)

　　

【正文】 產(chǎn)物氣中 H2： kgkgkgkgkgkg 7 3 6 2 7 9 5 3 5 ????? 產(chǎn)物氣中 H2O: kgkgkgkg 0 6 78 9 8 0 4 ??? 產(chǎn)物氣中 CH4： kgkgkg ?? 表 31 反應(yīng)器的物料平衡表 輸入 輸出 物料名稱 質(zhì)量（ kg） 物料名稱 質(zhì)量（ kg） CO CO 某 學院畢業(yè)（論文） 24 CO2 CO2 H2 H2 O2 O2 N2 N2 H2O H2O CH4 CH3OH C4H9OH CH3OCH3 CH4 總計 總計 某 學院畢業(yè)（論文） 25 第四章 結(jié)論 碳 — 化學是以含有一個碳原子的物質(zhì)（如 CO、 CO CH CH3OH、 HCHO）為原料合成化工產(chǎn)品或液體燃料的有機化工生產(chǎn)過程。 碳 —— 化學時一個很大的領(lǐng)域，其產(chǎn)品包括由合成氣合成燃料、甲醇及系列產(chǎn)品，合成低碳醇、醋酸及系列產(chǎn)品，合成低碳烯烴、燃料添加劑等方面。碳 —— 化學是在20 世紀 70 年代兩次石油危機中得到迅速發(fā)展的其目的在于尋求化工原料“多樣化”和能源資源“非石油化”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。近年來，隨著能源結(jié)構(gòu)的多元化發(fā)展趨勢以及碳 —— 化學系列生產(chǎn)技術(shù)的突破，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。 低壓法合成甲醇的影響因素 溫度對 CH3OH 合成的影響 在甲 醇合成過程中，溫度對反應(yīng)混和物的平衡和速率都有很大的影響。對化學反應(yīng)來說，溫度會使分子運動加快，分子間的有效碰撞增多，從而增加了分子有效結(jié)合的機會，使甲醇合成反應(yīng)的速度加快，但是由于 CO 和 H2 生成 CH3OH 的反應(yīng)，和CO2 和 H2 合成 CH3OH 的反應(yīng)，均為可逆放熱反應(yīng)。對于可逆放熱反應(yīng)來說，溫度降低固然使反應(yīng)速率增大，但平衡常數(shù)的數(shù)值將會下降。因此，選擇合適的操作溫度對 CH3OH 的合成至關(guān)重要。 一般 ZnCr 催化劑的活性溫度為 350420℃。銅基催化劑的活性溫度為200290℃。對每種催化劑在活性 溫度范圍內(nèi)都有適當?shù)牟僮鳒囟葏^(qū)間，如 ZnCr 催化劑的 370380℃左右，銅基催化劑為 250270℃左右。 為了防止催化劑老化，在催化劑使用初期，反應(yīng)溫度維持較低的數(shù)值，隨著使用時間增長，逐步提高反應(yīng)溫度，例如：冷管型 CH3OH 合成塔，銅基催化劑的使用可控制在 230240℃，熱點溫度為 260℃左右，后期可控制床層溫度 270280℃，熱點溫度為 290℃左右。 另外，甲醇合成反應(yīng)溫度越高，則副反應(yīng)越多，生成的粗 CH3OH 中的有機雜質(zhì)組分的含量增多，給后期 CH3OH 的精餾加工帶來困難。 壓力對 CH3OH 合成的影響 某 學院畢業(yè)（論文） 26 壓力是 CH3OH 合成反應(yīng)過程的重要工藝參數(shù)之一，由于 CH3OH 合成反應(yīng)是分子數(shù)減小，因此增加壓力對平衡有利。 不同類型的催化劑對合成壓力有不同的要求。如 ZnCr 催化劑由于其活性溫度較高 (350420℃ )，要實現(xiàn) CH3OH 合成必須在 25 MPa 以上，因此， ZnCr 催化劑的操作壓力一般要求為 2535MPa；而銅基催化劑由于其活性溫度為 230290℃，甲醇合成壓力也要求較低，采用銅基催化劑可在 5 MPa 的低壓下操作，但是低壓操作也存在一些問題，當生產(chǎn)規(guī)模更大時，低壓流程的 設(shè)備與管道顯得龐大，而且對熱能的回收不利，因此發(fā)展了壓力為 10MPa 左右的甲醇合成中壓法。 空速對甲醇合成的影響 在甲醇生產(chǎn)中，氣體通過合成塔僅能得到 3%6%的 CH3OH，新鮮氣的甲醇合成率較低，因此新鮮氣必須循環(huán)使用。此時，合成塔空速常有循環(huán)機動力，合成系統(tǒng)阻力等因素決定。 如果采用較低的空速，反應(yīng)過程中氣體混和物的組成與平衡組成較接近，催化劑的生產(chǎn)強度較低，但是單位 CH3OH 產(chǎn)品所需循環(huán)氣量較小，氣體循環(huán)的動力消耗較低，預熱未反應(yīng)氣體到催化劑進口溫度所需換熱面積較小，并且由于氣體 中反應(yīng)產(chǎn)物的濃度降低，增大了分離反應(yīng)產(chǎn)物的費用。 如果采用較高的空速，催化劑的生產(chǎn)強度雖可以提高，但增大了預熱所需要的傳熱面積，出塔氣熱能利用價值降低，增大了循環(huán)氣體的動力消耗，并且由于氣體中反應(yīng)產(chǎn)物的濃度降低，增大了分離反應(yīng)產(chǎn)物的費用。另外，空速增大到一定程度之后，催化劑溫度將不能維持，在甲醇合成生產(chǎn)中，空速一般控制在 1000030000h1 之間。 氫碳比的控制對甲醇合成的影響 CH3OH 由 CO、 CO2 與 H2 反應(yīng)生成，反應(yīng)式如下： CO+2H2=CH3OH CO2+3H2=CH3OH+H2O 從反應(yīng)式可以看出， H2 與 CO 合成甲醇的物質(zhì)量比為 2： 1，與 CO2 合成 CH3OH的物質(zhì)量比為 3，當 CO 與 CO2 都有時，對原料氣中氫碳比 (f)用以下表達方法表示： f=(H2CO2/CO+CO2)= 不同原料采用不同工藝所制得原料，其組成往往偏離上述 f 值。例如，用天然氣 (主要成分甲烷 )為原料采用蒸氣轉(zhuǎn)化法所得粗原料氣中 H2 過多，這就要在轉(zhuǎn)化前 某 學院畢業(yè)（論文） 27 或轉(zhuǎn)化后加入 CO2 調(diào)節(jié)合理的氫碳比。而用重油或煤為原料所制的粗原料氣氫碳比太低，需要設(shè)置變換工序使過量的 CO 變換為 H2 和 CO2，再將過量 CO2 除去。 生產(chǎn)中合理的氫碳比應(yīng)比化學計量比略高些，按化學計量比值， f 值或 M 值為，實際上控制略高于 ，即通常保持確定的 H2 含量。在 CH3OH 合成中，原料氣中的氫碳比略高于 2，而在合成塔中， H2 與 CO， CO2 使按化學計量比例生成甲醇的，所以 CH3OH 合成回路中循環(huán)氣體的 H2 含量高得多。 例如：在 Lurgi(魯奇 )合成流程中，甲醇合成塔入氣口 CO 占 %， CO2 %，H2 %；在 JopsΦ e(托普索 )合成流程中，合成循環(huán)氣中含 CO5%， CO2 5%， H2 90%。過量的 H2 對減少羰基的生成與高級醇的生成，以及延長催化劑的壽命起著有益的作用。 惰性氣體含量對 CH3OH 合成的影響 甲醇原料氣的主要組分是： CO、 CO H2，其中含少量 CH4，或 N2 及其它氣體組分。 CH4 或 N2 在合成反應(yīng)器內(nèi)不參與 CH3OH 的合成反應(yīng)，但會在合成系統(tǒng)中逐漸積累而增多。這些不參與 CH3OH 合成反應(yīng)的氣體稱為惰性氣體。循環(huán)氣中的惰性氣體的增多會降低 CO、 CO H2 的有效分壓，對 CH3OH 的合成不利，而且增加了壓縮機的動力消耗。但在系統(tǒng)中又不能排放過多 ，會引起有效氣體的損失。 一般控制原則：在催化劑使用初期活性較好，或者是合成塔的負荷較輕，操作壓力較低時，可將循環(huán)氣中的惰性氣體含量控制在 20%25%左右，反之控制在 15%20%左右?？刂蒲h(huán)氣中惰性氣體含量的主要方法是排放粗甲醇分離器后的氣體。排放氣體計量公式如下： V放空≈ (V新鮮 I 新鮮 /I 放空 ) 式中： V放空 —— 放空氣體的體積， m3/h V新鮮 —— 新鮮氣的體積， m3/h I 放空 —— 放空氣中惰性氣體含量， % I 新鮮 —— 新鮮氣中惰性氣體含量， % 甲醇合成催化劑以及催化劑對甲醇合成的 影響 在大量工作的基礎(chǔ)上，人們逐步認識到，在各種不同的催化劑中，只有含氧化鋅或氧化銅的催化劑才具有實際意義。但是純氧化鋅或氧化銅的催化劑的活性相當?shù)停?某 學院畢業(yè)（論文） 28 只有和其它金屬氧化物共同構(gòu)成某些多組分催化劑，則具有較高活性和較長的壽命。值得一提的是，所有甲醇合成催化劑都放棄了鐵元素，因為它們都是生成甲烷的活性催化劑。 某 學院畢業(yè)（論文） 29 第五章 結(jié)束語 臘月寒冬，瑞雪紛飛。初春的綠城不久便會艷陽朝天，花滿枝頭。在這個美好的季節(jié)里，心中涌現(xiàn)的不是想象已久的歡欣，卻是難以言喻的失落。是的，隨著論文的終結(jié)，意味著我生 命中最純美的學生時代即將結(jié)束，盡管百般不舍，這一天終究會在熙熙攘攘的喧囂中決絕的來臨。三年的大學生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學的知識應(yīng)用到實際工作中去。 十年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學習上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。感恩之情難以用語言量度，謹以最樸實的話語致以最崇 高的敬意。 回首三年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。感謝 老師三 年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護。 學友情深，情同兄妹。三年的風風雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。 在我的十幾年求學歷程里，離不開父母的鼓勵和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學習條件，我才能順利完成完成學業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。 某 學院畢業(yè)（論文） 30 致謝 本設(shè)計在張 老師的悉心指導和嚴格要求下業(yè)已完成，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計和調(diào)試，無不凝聚著 張老師的心血和汗水，在三年的學習和生活期間， 也始終感受著導師的精心指導和無私的關(guān)懷，我受益匪淺。在此向張 老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 最后感謝兩年來幫助和教育過我的李老師、楊老師、李老師、趙老師??通過在學校的學習我受益匪淺，謹此一并表達我對你們教育之恩的感激之情 。 某 學院畢業(yè)（論文） 31 參考文獻 [1] 劉洪勤，范維海，趙得友等 .煤炭氣化技術(shù)與煤炭氣化鍋爐［ J］ .能源技術(shù)， 2020， (3）： 1617 [2] 李師侖 .加快煤炭氣化、液化的科研工作［ J］ .煤炭科學技術(shù)， 1982， (8):56 [3] 朱本啟，裴學國，豐中田等 [J] .煤化工， 2020， (2):810,1920 [4] 閻承信。煤制城市煤氣 [J] .煤化工， 1981，（ 2）： 35 [5] 李光蒂，煤炭地下氣化：起了大早 趕了晚集 [N].中國化工報， 20200814（ 10） [6] 李建鎖，王憲貴，王曉琴 .焦爐煤氣制甲醇技術(shù) [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2020 [7] 金嘉璐，俞珠峰，網(wǎng)永剛 .新型煤化工技術(shù) [M].安徽：中國礦業(yè)大學出版社，