【正文】 管法蘭的選用 由于管程介質(zhì)為易燃易爆的中度危害氣體，且管程和殼程的操作壓力均較高，為保證介質(zhì)不泄漏，管程和殼程的管法蘭均選用凹凸面長頸對焊法蘭。壓緊面采用槽型壓緊面，這種密封面適用于易燃、易爆、有毒的介質(zhì)以及有較高壓力的場合。管子的間距應(yīng)不小于 倍的管子外徑，通過查表 ]28[ ， 取管間距 a=40mm。通過 查表]28[ ， 傳熱管選用規(guī)格為 Ф32 ， 長度為 9000mm 的不銹鋼管 ， 材質(zhì)為 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼。 殼、管壁溫差按 30℃ 計算。 21 又有 ∑Q1=∑（ G1Cm1Tm1） （ 37） 式中： G1——入塔氣各組分流量 ， m3/h； Cm1 ——入塔各組分的比熱容 ， kJ/（ ）； Tm1——入塔氣體溫度 ， k； ∑Q2=∑（ G2Cm2Tm2） （ 38） 式中： G2——出塔氣各組分流量 m3/h； Cm2 ——出塔各組分的熱容 ， kJ/（ ）； Tm2—— 出塔氣體溫度 ， k； 又 ∑Qr= Qr1 +Qr2 +Qr3+ Qr4+ Qr5 （ 39） 式中： Qr Qr2 、 Qr Qr ——分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷的生成熱 ，kJ/h； Qr5——二氧化碳逆變反應(yīng)的反應(yīng)熱 ， kJ/h Qr=Gr△ Hr （ 310） 式中： Gr——各組分生成量 ， kmol/h； △ Hr ——生成反應(yīng)的熱量變化 ， kJ/mol 查手冊 ]21[ ， 通過計算可以得到 ， 225℃ 時各入塔氣氣體的熱容 ， 根據(jù)表 所得 的入塔氣各氣體組分量 ， 算得甲醇合成塔入塔熱量如下 表： 表 甲醇合成塔入塔熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 合計 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 入塔熱量 kJ/（ ） 根據(jù)計算條件 ， 入塔溫度為 225℃ ， 所以總熱量 ∑Q1== 在甲醇合成塔中 ， CO、 CO H2 按 反應(yīng) (1) (2)(3) (4) (5) 生成甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷 ， 二氧化碳還原成一氧化碳和水 ， 產(chǎn)生的熱量如下表 : 22 表 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 氣體 CH3OH ( CH3 )2O C4H9OH CH4 CO 合計 生成熱 kJ/mol － 流量 kmol /h 反應(yīng)熱 kJ/h － 即反應(yīng)熱 ∑Qr = 塔 氣體總熱量計算 查手冊 ]24[ ， 通過計算得甲醇合成塔出口狀態(tài)下各組分的熱容 ， 根據(jù)表 中出塔氣的各組分量 ， 算得甲醇合成塔出塔熱量如下表 表 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 氣體 CH4 ( CH3 )2O C4H9OH H2O 合計 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 根據(jù)計算條件 ， 出塔氣體溫度為 255℃ 即 所以 ∑Q2== kJ/h 全 塔 熱 損 失 為 4% ，即 ∑Q3=(∑Q1+∑Qr)4%= （ + ） 4%= 由公式 (36)可得 Q=∑Q1 + ∑Qr － ∑ Q2 － ∑Q3= kJ/h 由上述計算，可得全塔熱 量衡算如下表所示 23 表 全塔熱平衡表 氣體 氣體顯熱 反應(yīng)熱 損失熱 蒸汽吸收熱 合計 入 塔氣體 kJ/h 出塔氣體 kJ/h 甲醇水冷器的熱量計 算 Q1+Q2=Q3+Q4+Q5 （ 311） 式中： Q1——入換熱器氣體顯熱 ， KJ/h； Q2——氣體冷凝放熱 ， KJ/h； Q3——出水冷器氣體顯熱 ， KJ/h； Q4——粗甲醇液體顯熱 ， KJ/h； Q5——冷卻水吸熱 ， KJ/h。 表 甲醇分離器出口氣體和液體組成、流量 （ 單位： Nm3/h） 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計 損失 出氣 組成(V)% 100 出液 組成mol% 100 重量kg 組成(wt)% 100 （ 14） 匯總物料平衡各過程 ， 得平衡匯總表 如下 20 表 甲醇生產(chǎn)物料平衡匯總表 組分 新鮮氣 入塔氣 循環(huán)氣 出塔氣 儲罐氣 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% CO CO2 H2 0 0 N2 Ar CH4 CH3OH C4H9OH 微 (CH3)2O H2O 微 / 合計 100 100 100 100 100 熱量衡算 合成塔的熱平衡計算 已知條件：（ 1）合成塔入塔氣溫度為 225℃ ， 出塔氣溫度為 255℃ ， 殼層走 4MPa 的沸水。又知醇后氣中含醇 %。設(shè)新鮮氣量為 G 新鮮氣 ， 馳放氣為新鮮氣的 9% ]23[ ，馳放氣組成與循環(huán)氣相同。 （ 4）忽略原料氣帶入的水份 ， 根據(jù) （ 32）（ 33）（ 34）得反應(yīng)（ 35）生成的水的量為： ?=即在 CO 逆變換中生成的 H2O 為 ， 即 。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線 ， 反應(yīng)熱利用率高 ， 雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高 ， 但是由于這種塔在國內(nèi)外使用較多 ， 具有豐富的管理和維修經(jīng)驗 ， 技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計的是年產(chǎn) 22 萬噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為 700噸左右） ， 塔的塔徑和管板的厚度不會很大 ， 費用也不會很高 ， 所以本設(shè)計采用了固定管板 式 列管合成塔。各床層是絕熱反應(yīng) ， 在各床出口將熱量移走。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼 ， 因而是造價非常高的一種。這種塔型是造價最高的一種 ， 也是裝卸催化劑較難的一種。進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱 ， 即反應(yīng)熱通過列管傳給殼程沸騰水 ， 而同時又通過列管中心的冷氣管傳給進(jìn)塔的冷氣。 （ 3）水管式合成塔 將床層內(nèi)的傳熱管由管內(nèi)走冷氣改為走沸騰水。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。該塔結(jié)構(gòu)簡單 ， 也 適于大型化。 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。從操作結(jié)構(gòu) ， 材料及維修等方面考慮 ， 甲醇合成反應(yīng)器應(yīng)具有以下要求： （ 1）催化劑床層溫度易于控制 ， 調(diào)節(jié)靈活 ， 能有效移走反應(yīng)熱 ， 并能以較高位能回收反應(yīng)熱； （ 2）反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理 ， 能保證氣體均勻通過催化劑床層 ， 阻力小 ， 氣體處理量大 ，合成轉(zhuǎn)化率高 ， 催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大； （ 3）結(jié)構(gòu)緊湊 ， 盡可能多填裝催化劑 ， 提高高壓空間利用率；高壓容器及內(nèi)件間無滲漏；催化劑裝 卸 方便；制造安裝及維修容易。弛放氣減壓后送去燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽頂部排出的膨脹氣送去燃料氣系統(tǒng)。 11 甲醇合成塔出來的合成氣（ 255℃ ， ） ， 經(jīng)入塔氣預(yù)熱器、鍋爐水冷凝器、甲醇水冷器 ， 進(jìn)入甲醇分離器 ， 粗甲醇在此被分離。 粗甲醇 馳放氣 圖 21 合成工序配置原則 新鮮氣 10 包 圖 22 Lurgi 低壓法甲醇合成工藝流程 這個流程是德國 Lurgi 公司開發(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)中壓蒸汽 ]19[ 。 甲醇合成反應(yīng)的主要原理 合成工段： 5MPa 下 使用 銅基催化劑 ，以 H2 、 CO 等氣體為原料， 在催化 作用下發(fā)生下列 一 些 反應(yīng) ]18[ 主反應(yīng) ： CO+2H2?CH3OH+ KJ/mol (21) 副反應(yīng) ： 2CO+4H2?(CH3)2O+H2O+ KJ/mol (22) 9 合 成 塔 水 冷 器 甲 醇 分 離 器 循 環(huán) 器 CO+3H2?CH4+H2O+ KJ/mol (23) 4CO+8H2?C4H9OH+3H2O+ KJ/mol (24) CO2+H2?CO+ KJ/mol (25) 除（ 25）外 ， 副反應(yīng)的發(fā)生 ， 都增大了 CO 的消耗量 ， 降低了產(chǎn)率 ， 故應(yīng)盡量減少 該副反應(yīng)。 中壓法 ( Mpa)：隨著甲醇工業(yè)的大型化 ， 如采用低壓法勢必導(dǎo)致工藝管道和設(shè)備較大 ， 因此在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高合成壓力 ， 即發(fā)展成為中壓法。高壓法由于原料和動力消耗大 ， 反應(yīng)溫度高 ， 生成粗甲醇中有機(jī)雜質(zhì)含量高 ， 而且投資大 ， 其發(fā)展長期以來處于停頓狀態(tài)。 根據(jù)以上所介紹的甲醇物化性質(zhì)、主要用途、發(fā)展前景等，我們可以看出其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要地位，在國民經(jīng)濟(jì)中的重要意義。傳統(tǒng)甲醇合成反應(yīng)器有 ICI 的冷激型反應(yīng)器、 Lungi 的管殼式反應(yīng)器、 Topsdpe 的徑向流動反應(yīng)器等 近期出現(xiàn)的新合成甲醇反應(yīng)器有日本東洋工程 (TEC)的 MRF—Z 反應(yīng)器等 ， 而反應(yīng)技術(shù)方面則出現(xiàn)了 Lurgi推出的水冷一氣冷相結(jié)合的新流程。 甲醇生產(chǎn)相關(guān)技 術(shù)的展望