【正文】 氣體 NH3 CH4 H2S COS 組成 % % % % 氣量 m3/h 水煤氣的確定 由 GSP 氣化工藝（原料煤為銅川煤）的氣化指標(biāo)可以知道水煤氣組成為： H2 % ； CO % ； CO2 % ； N2 % ； Ar % ； NH3 %； CH4 %；H2S %； COS % 。 表 416 變換氣組成 氣體 H2 CO CO2 N2 Ar 組成 % % % % % 氣量 m3/h 氣體 NH3 CH4 H2S COS 組成 % % % % 氣量 m3/h 水解氣和預(yù)變換氣組成的確定 在變換爐中 CO 的轉(zhuǎn)化率為 %，已知預(yù)變換氣中 CO 的百分率和變換氣中 CO的含量，設(shè)預(yù)變換氣為 a，則可得式： %（ %） = 解得 a= m3/h，即預(yù)變換氣氣量為 。 變換氣體積百分含量為： H2 %； CO %； CO2 % ； N2 %； Ar %； NH3 %； CH4 %； H2S %； COS %。 表 414 分離器出口氣體組成 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣 m3/h 量 kmol/h 變換凈化工段 調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣的確定 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣在脫硫脫碳過程中， N2 + Ar 量基本保持不變，則可以算得調(diào)節(jié) CO濃度后的變換氣為：（ +） /%=調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣的百分比為 ： H2 % ； CO %； CO2 %； N2 %； Ar %； CH4 %； NH3 %； H2S %； COS % 。 出塔氣中 CO=入塔氣中 CO－反應(yīng)消耗的 CO+反應(yīng)中生成的 CO = － － － － － － － % += m3/h 同理得其他氣體氣量。 kmol/h G2= G3+G4 =。 表 49 弛放氣組成 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣量 m3/h 表 410 新鮮氣組成 (合成氣 ) 氣體 CH4 H2 CO CO2 N2 Ar 組成 % % % % % % 氣量 m3/h 循環(huán)氣量的確定 循環(huán)氣氣量的確定 G1 =G 3+G4+G5+G6－ G7－ G8 式中： G1 為出塔氣氣量 ； G 3 新鮮氣氣量 ； G4 循環(huán)氣氣量 ； G5 主反應(yīng)生成氣量； G6 副反應(yīng)生成氣量； G7 主反應(yīng)消耗氣量； G8 副反應(yīng)消耗氣量； 循環(huán)氣氣量計(jì)算匯總見下表。 新鮮氣和弛放氣氣量的確定 CO 的各項(xiàng)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(xiàng)消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如表 48。 粗甲醇中的溶解氣體量 粗甲醇中氣體溶解量查表 5MPa、 40℃ 。由反應(yīng)（ 3）、（ 4）、（ 5）、（ 6）得出反應(yīng)（ 2）、（ 7）生成的水分為： n =n7n4n33 n58 n6 =－ － － 3－ 8 = kmol 由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過 5%，所以計(jì)算中忽略反應(yīng)（ 2）。 表 42 粗甲醇組成 組分 百分比 產(chǎn)量 甲醇 % 二甲醚 % kmol/h 即 m3/h 高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)） % 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 續(xù)表 42 組分 百分比 產(chǎn)量 高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)） % 水 % 粗甲醇 100% 注：設(shè)計(jì)中的體積都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 圖 41 合成物料流程圖 合成工段 合成塔中發(fā)生的反應(yīng) 主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH （ 1） CO2+3H2=CH3OH +H2O （ 2） 副反應(yīng) 2CO+4H2=（ CH3O） 2+H2O （ 3） CO+3H2=CH4+H2O （ 4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （ 5） 8CO+17H2=C18H18+8H2O （ 6） CO2+H2=CO+H2O （ 7） 粗甲醇的合成 出塔氣入塔氣粗甲醇出分離器氣體循環(huán)氣弛放氣新鮮氣東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)得低壓時(shí)，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會(huì)產(chǎn)生 m3（標(biāo)態(tài)）的甲烷，即設(shè)計(jì)中每小時(shí)甲烷產(chǎn)量為 V 甲烷 =V0 M= =， 。則入預(yù)精餾塔的粗甲醇中甲醇量 為 。 ），℃ ≤ 高錳酸鉀試驗(yàn)， min ≥ 50 30 20 水溶性試驗(yàn) 澄清 — 水分含量， % ≤ — 酸度（以 HCOOH 計(jì)）， % ≤ 或堿度（以 NH3計(jì)）， % ≤ 羰基化合物含量（以 CH2O 計(jì)）， % ≤ 蒸發(fā)殘?jiān)浚?% ≤ 物料衡算 精餾工段 精餾工段 通過三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度 可達(dá)到 %，符合精甲醇國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國(guó)家《 GB338— 92》標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見表 41。具體數(shù)據(jù)為入塔壓力，出塔壓力 MPa，副產(chǎn)蒸汽壓力 MPa，入塔溫度 225℃，出塔 溫度 455℃。 甲醇裝卸棧臺(tái)共設(shè)有 12 臺(tái)火車鶴管和 6臺(tái)汽車鶴管，根據(jù)精甲醇泵（ P9101A,B）的能力，至少有三臺(tái)槽車同時(shí)裝料。精甲醇貯槽為兩臺(tái)10000m3的固定頂貯罐，貯存量按 15 天產(chǎn)量計(jì)。 由常壓精餾塔（ T8003）底部排出的精餾殘液經(jīng)廢水冷卻器（ E8009）冷卻至 40℃后，由廢水泵（ P8007A， B）送到生化處理裝置。 為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進(jìn)料泵（ P8002A， B）后東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來(lái)調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的 PH 值。常壓精餾塔（ T8003）頂部排出精甲醇?xì)猓?， 67℃），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器（ E8008）冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔（ T8003），另一部分打到精甲醇計(jì)量槽（ V8007A，B）內(nèi)貯存。加壓精餾塔（ T8002）塔底釜液（ ， 125℃）進(jìn)入常壓精餾塔（ T8003），進(jìn)一步精餾。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 蒸汽弛放氣新鮮氣圖 31 合成工藝流程 甲醇精餾工藝流程 來(lái)自甲醇合成裝置的粗甲醇（ 40℃， ），通過預(yù)塔進(jìn)料泵（ P8002A,B），經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至 65℃，進(jìn)入預(yù)精餾塔（ T8001），預(yù)塔再沸器（ E8004）用 的低壓蒸汽加熱，低沸點(diǎn)的雜質(zhì)如二甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料；回收的甲醇液通過預(yù)塔回流泵（ P8003A,B）作為該塔回流液。 合格的鍋爐給水來(lái)自變換裝置；循環(huán)冷卻水來(lái)自界區(qū)外部。 從甲醇分離器（ V7002）出來(lái)的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個(gè)循環(huán)回路惰性 氣體恒定。分離出的粗甲醇進(jìn)入甲醇膨脹槽（ V7003），被減壓至 。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔 內(nèi)反應(yīng)趨于恒定，且反應(yīng)溫度也可通過副產(chǎn)蒸汽的壓力來(lái)調(diào)節(jié)。 甲醇合成塔（ R7001）為列管式等溫反應(yīng)器，管內(nèi)裝有 XNC98 型 甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。 再生產(chǎn)操作初期，催化劑活性較高，循環(huán)氣中惰性氣體含量可控制在20%30%，在生產(chǎn)操作后期，催化劑活性降低，循環(huán)氣中惰性氣體含量一般控制在15%25%。當(dāng)轉(zhuǎn)化率過高而使合成塔出口溫度過高時(shí)，提高惰氣含量可以解決溫度過高的問題。排放量過少則影響合成反應(yīng)進(jìn)行。合成系統(tǒng)中惰性氣體含量，取決于進(jìn)入合成系統(tǒng)中新鮮氣中惰性氣 體的多少和從合成系統(tǒng)排放的氣量的多少。 （ 5） 惰性氣體（ CH N Ar）的影響 合成 系統(tǒng)中惰性氣體含量的高低，影響到合成氣中有效氣體成分的高低?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個(gè)相對(duì)較小的范圍內(nèi)變化。 國(guó)產(chǎn)銅基催化劑，一般要求 氣體空速在 8000～20200h1之間。那么若空速增大，單位體積氣體產(chǎn)生的反應(yīng)熱隨醇凈值的下降而減少。但實(shí)際生產(chǎn)中也不能太大，否則會(huì)帶來(lái)一系列的問題：（ 1）提高空速，意味著循環(huán)氣量的增加，整個(gè)系統(tǒng)阻力增加，使得壓縮機(jī)循環(huán)功耗增加。當(dāng)空速增大時(shí)，將使出口氣體中醇含量降低，即醇凈值降低，催化劑床層中既定部位的醇含量與 平衡濃度增大，反應(yīng)速度也相應(yīng)增大。由于單位時(shí)間通過的氣量小，總的產(chǎn)量仍然是低的。甲醇合成所選用的空速的大小，既涉及合成反應(yīng)的醇凈值、合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度、循環(huán)氣量的大小和系統(tǒng)壓力降的大小，又涉及到反應(yīng)熱的綜合利用。 （ 4）空速 空速的大小意味著氣體與催化劑接觸時(shí)間的長(zhǎng)短，在數(shù)值上，空速與接觸時(shí)間互為 倒數(shù)。因此，對(duì)于鋅 鉻催化劑上甲醇合成反應(yīng)，原料氣中二氧化碳低東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 于 5％為宜。 二氧化 碳在原料氣中的最佳含量，應(yīng)根據(jù)甲醇合成所用的催化劑與甲醇合成操作溫度作相應(yīng)調(diào)整。 甲醇 合成 原料氣中應(yīng)保持一定量的二氧化碳，一定量二氧化碳的存在能促進(jìn)銅基催化劑上甲醇合成的反應(yīng)速率，適量二氧化碳可使催化劑呈現(xiàn)高活性，此外，在二氧化碳存在下，甲醇合成的熱效應(yīng)比無(wú)二氧化碳時(shí)熱效應(yīng)要小，催化床溫度易于控制，這對(duì)防止生產(chǎn)過程中催化劑超溫及延長(zhǎng)催化劑壽命是有利的。本設(shè)計(jì)采用的是低壓法（入塔壓強(qiáng)為 ）合成甲醇 。較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，這些副反應(yīng)的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，使床層溫度提高，副反應(yīng)加速，如果不及時(shí)控制，會(huì)造成溫度猛升而損壞催化劑。甲醇合成反應(yīng)時(shí)分子數(shù)變少，因此增加壓力對(duì)反應(yīng)有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度也提高，操作壓力的選用與催化劑的活性有關(guān)。設(shè)計(jì)中采用的甲醇合成催化劑為國(guó)產(chǎn)的銅系XCN98，由它的性質(zhì)可知：適合使用的溫度范圍為 200～ 290℃ 。例如副產(chǎn)蒸汽型等溫甲醇合成塔采用國(guó)產(chǎn)銅系催化劑，使用前期，可控制床層零點(diǎn)溫度 230～240℃ ，熱點(diǎn)溫度 260℃ 左右；后期，可控制床層零點(diǎn)溫度 260～ 270℃ ，熱點(diǎn)溫度 290℃ 。操作溫度的控制同樣是一個(gè)操作費(fèi)用的控制問題，在設(shè)計(jì)中，