【正文】 新鮮氣和弛放氣氣量的確定CO 的各項消耗總和 = 新鮮氣中 CO 的量，即++++－+++%G+%G=+%G同理 原料氣中其他各氣體的量=該氣體的各項消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表：表 66 新鮮氣組成組分 單位 CO CO2 H2 N2 Ar CH4氣量 m3/h +%G+%G+%G+%G+%G+%G新鮮氣 m3/h +新鮮氣中惰性氣體（N 2 + Ar）百分比保持在 %，反應(yīng)過程中惰性氣體的量保持不變， （N 2 + Ar）=+%G，則 +=（+%G）/%解得 G=，即弛放氣的量為 ，由 G 可得到新鮮氣的量北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）40 m3/h由弛放氣的組成可得出下表表 67 弛放氣組成氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 % % % % % % %氣量 m3/h 表 68 新鮮氣組成氣體 CH4 H2 CO CO2 N2 Ar組成 % % % % % %氣量 m3/h 循環(huán)氣氣量的計算G1 =G 3+G4+G5+G6－G 7－G 8式中：G 1 為出塔氣氣量 ； G 3 新鮮氣氣量 ； G 4 循環(huán)氣氣量 ；G5 主反應(yīng)生成氣量； G 6 副反應(yīng)生成氣量；G7 主反應(yīng)消耗氣。則反應(yīng)（7）中二氧化碳生成了 kmol/h，即 m3/h 的水和一氧化碳。由于甲醇入塔氣中水含量很少，忽略入塔氣帶入的水。塔板的結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費用低。由于汽液接觸狀態(tài)良好，以及汽從水平方向沖出，霧沫夾帶量小，因此塔板效率高。由于浮閥的開啟高度可隨汽速的大小自動進行調(diào)節(jié)，因此操作彈性大，在較高的汽速變化范圍內(nèi)板效率變化較小。在這樣的條件下，在塔板上的液和上升的氣相進行充分接觸，換熱效果較好，因此產(chǎn)品質(zhì)量更高。 浮閥塔設(shè)計，提高產(chǎn)品質(zhì)量當沒有蒸汽上升時，浮閥落在塔板上，這時浮閥的開度僅有 。在一般精餾工藝中，常壓塔一般都設(shè)置單獨的蒸汽再沸器，而魯奇工藝中，常壓塔再沸器的熱源利用加壓塔塔頂?shù)募状颊羝麨槲ㄒ粺嵩矗粌H降低了水蒸氣的用量，而且減少了加壓塔塔頂甲醇蒸汽在冷凝過程中的循環(huán)水的量。常壓精餾塔塔底排出的含少量甲醇的廢水由回收塔給料泵（P－53005）加壓后送往廢水處理。常壓塔再沸器熱源為加壓精餾塔塔頂甲醇蒸汽。加壓精餾塔塔底排出液進入常壓精餾塔（T－53003） 。預塔底排出液（90℃）由加壓塔給料泵（P－53001A/B）加壓后送往加壓精餾塔(T53002)精餾。預塔塔頂氣經(jīng)預塔冷凝器（AE－53001）冷卻至 63℃后部分冷凝，冷凝液流入預塔回流槽，由預塔回流泵加壓后作預精餾塔回流液，粗甲醇中的溶解氣（CO CH 4 等）以及低沸點雜質(zhì)（二甲醚、甲酸甲酯）等不凝氣經(jīng)水冷卻器進一步冷凝回收甲醇后排出。第 5 章 甲醇精餾工藝第 節(jié) 魯奇年產(chǎn) 168 萬噸甲醇精餾工藝流程出甲醇閃蒸槽（D－53001）的粗甲醇與 35%的 NaOH 溶液混合，然后進入預精餾塔（T－53001）中部。 如果根據(jù)兩段法串級組合甲醇合成工藝的特點，在水冷反應(yīng)器和管殼式氣冷反應(yīng)器選用不同型號的催化劑，以滿足組合型工藝的這些特點，那么就可以較好的解決對催化劑的性能問題。在 Lurgi 的組合型兩段串聯(lián)工藝中，兩個等溫水冷反應(yīng)器催化劑裝填量小，但卻要求承擔近一半的合成反應(yīng)負荷，因此需要第一級的床層反應(yīng)溫度平穩(wěn)，床層溫差小，操作溫度控制的可以稍高些，以使這一階段的甲醇合成反應(yīng)快速進行，以高的反應(yīng)速度來實現(xiàn)反應(yīng)負荷的提高，這種特性就要求催化劑要有高的耐熱性；而第二級為管殼式氣冷反應(yīng)器，殼程裝填催化劑，這樣可以有效增加催化劑的裝填量，但經(jīng)過第一級反應(yīng)后的氣體中甲醇濃度顯著增加，繼續(xù)在第二級床層中反應(yīng)，甲醇濃度將更大，最后氣體中的甲醇濃度已成為制約氣體轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵，此時根據(jù)化學平衡和最佳溫度的原理，為進一步提高最終反應(yīng)氣中的甲醇含量以增加產(chǎn)量，從而實現(xiàn)高的單程轉(zhuǎn)化率，不得不采用逐漸降低催化劑床層溫度的方法，這些特性就要求催化劑要有比較好的低溫活性和寬的活性溫度范圍，能夠適應(yīng)床層較大的溫差，同時還要滿足在高的甲醇含量濃度情況下，具有非常好的選擇性，避免副反應(yīng)的增加，使粗甲醇的品質(zhì)符合要求。在合成甲醇的生產(chǎn)中，工藝指標和操作條件都是由所用催化劑的性質(zhì)決定的。5）水冷凝液：必須禁止液態(tài)水進入甲醇合成催化劑中，因為它將加速銅的結(jié)晶，并過早地導致催化劑失去活性。催化劑中氯化物含量超過 500ppm wt，將會使其徹底失去活性。氯元素應(yīng)當徹底排除在系統(tǒng)之外。3）氯：任何形式的氯，如 ClHCl 或者 RCl，將會使甲醇合成催化劑嚴重北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）30中毒。2）鐵：如果鐵元素以羰基鐵的形式附帶在甲醇合成催化劑中，將會促使費托反應(yīng)的生產(chǎn)，從而增加了副產(chǎn)物。對催化劑有毒的物質(zhì)有以下幾種：1）硫：和其它銅基催化劑一樣，硫會導致 C797GL 催化劑失活。反應(yīng)器中合成氣體的溫度不應(yīng)低于 200℃，也不能高于 310℃。5）溫度調(diào)節(jié)：在滿足甲醇生產(chǎn)要求的情況下，催化劑溫度應(yīng)盡可能保持在較低的數(shù)值。經(jīng)壓縮機提壓后合成氣體中的 SN值可達到 3 以上。然而，合成氣體中組分的化學計量比值將會極大地影響到反應(yīng)的選擇性：一般應(yīng)控制 SN = (H2– CO2) / (CO + CO2)≥2 的狀態(tài)下。同時，高溫條件下操作對催化劑的使用壽命不利。 催化劑的使用甲醇反應(yīng)器中的反應(yīng)速率由操作壓力、催化劑溫度、合成氣成分和循環(huán)比來共同作用的，各工藝參數(shù)的影響可以簡單歸納如下： 1）壓力：高壓有利于甲醇的生成；合成圈中壓力每增加 1%，則甲醇產(chǎn)量可增加 1～ %。此時，催化劑的還原可被認為完成。2 小時后，緩慢增加反應(yīng)器進口處載氣中 H2（或 H2+CO）的濃度。7）繼續(xù)進行上述第 5 步，直到反應(yīng)器出口溫度達到 230℃，并且檢測不到H2（或 H2+CO）消耗為止。應(yīng)當對所生成的水進行測量，以此作為判斷催化劑還原程度的一個指標。如果還原反應(yīng)未發(fā)生，也就是反應(yīng)器出口處的 H2（或 H2+CO）濃度等于反應(yīng)器出口處的濃度，則以 10℃/h 的速率升溫，直到檢測到的反應(yīng)器進出口 H2（或 H2+CO）濃度產(chǎn)生差別為止；保持此溫度直到進出口 H2（或H2+CO）濃度近似相等（實際上：H2 出口=H2 進口） 、進出口濃度緩慢變化或不再變化為止。4）用循環(huán)氮氣以 25～50℃/h 的速率，將催化劑床層加熱至大約 180 ℃；循環(huán)的氮氣與催化劑之間的最大溫差應(yīng)＜150℃。2）用氮氣將合成系統(tǒng)升壓至大約 5～8 bar。此外，在還原過程中所得到的水量大約會比理論值高 3%，這是因為在制造過程中催化劑中會殘留一部分水分，這部分水分在催化劑受熱時會釋放出來。5) 在還原期間將生成大量的水和熱量。因為這些 CO2會牢固地吸附在催化劑的表面上，極大地減緩還原速率。2) 在還原開始前，應(yīng)確保載氣中的氧含量低于 mol% (200 ppmv 更好)。在開始還原前須確認的內(nèi)容：1) 銅基催化劑的還原是一個高放熱反應(yīng)，在還原期間應(yīng)當小心地對催化劑床層的溫度進行控制，溫度任何情況下都不能超過 230176。表 4－2 C797GL 催化劑操作數(shù)據(jù)表工藝液流相態(tài) 新鮮氣組分反應(yīng)器 R52022A/B 進口合成氣反應(yīng)器R52022 出口反應(yīng)氣分離器出口粗甲醇液體CO2 mol % CO mol % H2 mol % CH4 mol % N2 mol % H2O mol % 甲醇 mol % 氬氣 mol % 溫度 176。第 節(jié) C797GL 催化劑說明 催化劑規(guī)格催化劑類型：C 797GL (南方化學公司),顆粒尺寸：∮6 x 4 mm裝入的催化劑量： 1）反應(yīng)器 R52022 A/B 2 x m 3 (兩個反應(yīng)器)2）反應(yīng)器 R52022 m3使用壽命：設(shè)計能力為夠 2 年生產(chǎn)物理性能： 基礎(chǔ)： 氧化鋅/氧化鋁的銅助催化劑 形態(tài)： 6*4 mm 片狀 平均擠壓強度：170 N (+/ 30) 裝運密度： 1050 g/l (+/ 100) 空隙量： cm3/g (+/ )北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）27 BET 表面積： 100 m2/g (+/ 20) 粉末量： wt% (+/ ) 燃燒損失： 11%(+/ 2%) 600176。為此 Lurgi 公司在該工藝上選用了德國南方公司專用的 C797GL 催化劑技術(shù)，德國南方公司稱 C797GL 是使 Lurgi 公司兩段法串聯(lián)組合工藝取得成功的關(guān)鍵。 36 備注 1) H = horizontal / V = vertical2) 設(shè) 計 管 內(nèi) 和 殼 側(cè) 的 壓 差 = 1500 kPa3) 殼 側(cè) 裝 填 的 惰 性 球 規(guī) 格 3/8北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）25圖 Lurgi 公司冷管式氣冷甲醇反應(yīng)器示意圖北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）26第 4 章 甲醇合成催化劑第 節(jié) 概述 甲醇合成工藝的發(fā)展離不開催化劑創(chuàng)新的支持，在超大型甲醇裝置上，沒有與之相適應(yīng)的新技術(shù)催化劑的支持，大型甲醇工藝無法獲得良好的投資收益。C21 設(shè)備腐蝕余量 mm (Heads only)22 內(nèi)襯 23 外襯 24 保溫 絕 熱 保 溫25 設(shè)計采用標準 ASME VI Div. 2北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）2426 殼側(cè)材質(zhì) alloyed . (1 1/4 Cr)27 封頭材質(zhì) alloyed . (1 1/4 Cr)28 列管 SS29 列管數(shù)量 162030 列管長度 mm 870031 列管外徑 mm 32 列管內(nèi)經(jīng) mm 33 催化劑裝填量 m179。C 19 負荷 20 H2 組分分壓 MPa(a) 265 176。 C 26514 運行壓力 MPa(a) 15 阻力 norm. / max. kPa 330 450 100 13016 設(shè)計溫度 176。C圖 Lurgi 公司管殼式水冷甲醇反應(yīng)器示意圖北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）23表 Lurgi 公司冷管式氣冷甲醇反應(yīng)器數(shù)據(jù)表01 位號 R5202202 冷型 氣冷03 名稱 氣 冷 甲 醇 反 應(yīng) 器04 必須數(shù)量 105 安裝方向 V06 內(nèi)經(jīng) mm 405007 長度 TLTL mm 970008 容積 m179。4) 入 口 氣 體 分 布 器 在 頂 部 封 頭 內(nèi)5) 催 化 劑 裝 填 總 量 m179。 34 催 化 劑 型 號 魯 奇 專 供35 惰 性 球 裝 填 量 m179。C 265176。C 265 28017 設(shè) 計 壓 力 MPa(g) 18 金 屬 材 質(zhì) 最 小 設(shè) 計 溫 度 176。 4109 殼 側(cè) 管 內(nèi)10 介 質(zhì) 鍋 爐 水 +蒸 汽 合 成 氣北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）2111 腐 蝕 性 組 分 無 無12 酸 性 氣 體 n. a. n. a.13 運 行 溫 度 176。 Lurgi 聯(lián)合反應(yīng)器設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在 Lurgi 公司的兩段法串聯(lián)組合型甲醇合成工藝中，其聯(lián)合反應(yīng)設(shè)備中的管殼式反應(yīng)器基本設(shè)計數(shù)據(jù)見表 ，示意圖見圖 ；冷管式反應(yīng)器基本設(shè)計數(shù)據(jù)見表 ；示意圖見圖 。 其他大型甲醇合成反應(yīng)器（1）Topse 甲醇合成反應(yīng)器：2500t/d 產(chǎn)量的甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)經(jīng) 3 米，工藝設(shè)計上三個絕熱塔串聯(lián)反應(yīng)，兩塔之間用加熱水移走反應(yīng)熱，第一塔進口溫度為 182℃，末塔出口 271℃，裝填催化劑 136m3，運行壓力 ，三塔均采用徑向流動形式以減少系統(tǒng)阻力。（4）副產(chǎn)蒸汽。北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設(shè)計（論文）20（3）氣耗低。（2）空速低，出塔甲醇含量高。ICI 認為冷管式合成塔投資低，操作簡便，設(shè)計彈性大，因為沒有冷氣噴入，效率高，能耗低，可以成為高效率的世界一流工廠。為了防止觸媒過熱，采用較大的空速，出塔氣中甲醇含量不到 4%，ICI 近年來提出冷管式甲醇合成塔。但由于冷激塔靠用冷原料氣噴入各段觸媒之間以降低反應(yīng)氣溫度。h。我國四川維尼綸廠引進一套能力為 95kt/a 甲醇的 ICI 冷激塔，反應(yīng)器內(nèi)徑 米，總高 米，四層催化劑裝填總高度 米，催化劑裝量 45m3，在設(shè)計壓力為5Mpa、空速 6222 h1，入塔氣量 280000 Nm3/h 下，設(shè)計能力為 。 ICI 公司冷激塔冷管式英國 ICI 公司冷激型甲醇塔，為國外甲醇裝置使用最多的塔型。出塔氣中甲醇含量 %，甲醇產(chǎn)量 520 噸/日。該塔為雙套管式。 三菱公司的超轉(zhuǎn)化率塔（SPC）這是近年來引起人們注意的甲醇合成塔。合成氣溫度