【正文】 ）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機（ C7001）壓縮至 后，經(jīng)過入塔氣預熱器（ E7001）加熱到 225℃ ，進入甲醇合成塔（ R7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應： CO + 2H2 = CH3OH + Q CO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q 甲醇合 成塔（ R7001）為列管式等溫反應器，管內(nèi)裝有 XNC98 型 甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個相對較小的范圍內(nèi)變化。甲醇合成過程中，首先甲醇合成塔內(nèi)的氣體空速必須滿足催化劑的使用要求，國產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在 8000～ 20200h1 之間。所以二氧化碳的含量應該盡可能低一些，一般不超過 5%。二氧化碳的存在可以降低反應系統(tǒng)的熱 效應，這對維持床層溫度也是有利的。合成塔中氫氣過量，對減少副反應是有利的。 （ 3）氣體組成 : 對于甲醇合成原料氣，即合成工序的新鮮氣，應維持 f= （ H2CO2 ）/(CO+CO2)=～ ,并保持一定的 CO2。近年來普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度范圍在 200～ 300℃ ，有較高的活性，對于規(guī)模小于 30 萬噸 /a的工廠，操作壓力一般可降為 5Mpa 左右；對于超大型的甲醇裝置，為了減少設備太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 10 尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至 10Mpa 左右。早期的高壓法合成甲醇工藝 采用的是鋅基催化劑，由于活性差，需要在高溫高壓下操作，其操作壓力為 25～ 35Mpa，操作溫度 350～ 420℃ 。甲醇合成反應時分子數(shù)變少，因此增加壓力對反應有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的 生產(chǎn)強度也提高。設計中采用的甲醇合成催化劑為國產(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產(chǎn)銅系催化劑，使用前期，可控制床層零點溫度 230～240℃ ，熱點溫度 260℃ 左右；后期，可控制床層零點溫度 260～ 270℃ ，熱點溫度290℃ 。操作溫度的控制同樣是一個操作費用的控制問題，在設計中，需要延長催化劑的使用壽命，防止催化劑的迅速老化和活性衰減速度加快。 綜上所述，催化劑的活性、選擇性和使用壽命等主要技術經(jīng)濟指標均優(yōu)于進口催化劑及國產(chǎn) C 型催 化劑，所以本設計選用四川天一科技股份有限公司研制的XNC98 型催化劑。 50%負荷下， C 型催化劑 CO2 加入量最高不超過 670kg/h，而 XCN98 型催化劑則最高可達 900kg/h。 75%負荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結蠟 ,粗甲醇質(zhì)量符合設計要求。隨著可調(diào)溫區(qū)的增加， 催化劑的使用壽命也相應延長。 (3)適用溫區(qū)寬 ,使用壽命長。 (2)低溫活性好，日產(chǎn)量高。 外 觀： 有色金屬光澤的圓柱體 堆積密度： ～ 外型尺寸： 5(～ 5)mm 徑向抗壓強度： ≥200N/cm 催化劑活性和壽命： 在該催化劑質(zhì)量檢驗規(guī)定的活性檢測條件下，其活性為： 230℃ 時：催化劑的時空收率 ≥ kg/() 250℃ 時：催化劑的時空收率 ≥ kg/() 在正常情況下，使用壽命為 2 年以上。常用操作溫度 200～ 290℃ ,操作壓力 ～ MPa。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 8 XNC98 甲醇合成催化劑簡介 XNC98 型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制和開發(fā)的新產(chǎn)品。 表 21 國內(nèi)外常用銅基催化劑特性對比 催化劑型號 組分 /％ 操作條件 CuO ZnO Al2O3 壓力 /MPa 溫度 /℃ 英國 ICI 513 60 30 10 ～ 190～ 270 德國 LG104 51 32 4 210～ 240 丹麥 LMK 40 10 220～ 270 中國 C302 系列 51 32 4 ～ 210～ 280 中國 XCN98 52 20 8 ～ 200～ 290 從表的對比可以看出，國產(chǎn)催化劑的銅含量已提 50%以上。通過操作條件的對比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節(jié)省投資費用和操作費用，降低成本。耐熱性較差，對硫、氯及其化合物敏感，易中毒。 催化劑的選用 甲醇合成催化劑 經(jīng)過長時間的研究開發(fā)和工業(yè)實踐，廣泛使用的合成甲醇催化劑主要有兩大系列：一種是以氧化銅為主體的銅基催化劑，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 7 綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設計選用固定管板列管合成塔。典型塔型有 Casale 的四床臥式內(nèi)換熱合成塔和中國成達公司的四床內(nèi)換熱式合成塔。各床層是絕熱反應，在各床出口將熱量移走。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床(四床 )內(nèi)換熱式合成塔。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。管板處的催化劑屬于絕熱段 。這種塔型 是造價最高的一種，也是裝卸催化劑較難的一種。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長、設備直徑、管板制造所限。進一步強化傳熱，即反應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塔的冷氣。 （ 4）固定管板列管合 成塔 這種合成塔就是一臺列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程 )是沸騰水，將反應熱用于副產(chǎn) ～ 的中壓蒸汽。 （ 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。這種塔型碳轉化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn) 的低壓蒸汽。由于逆流式與合成反應的放熱不相適應，即床層出口處溫差最大，但這時反應放熱最小 ，而在床層上部反應最快、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 形冷太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 6 管。 （ 2）冷管式合成塔 這種合成塔源于氨合成塔，在催化劑內(nèi)設置足夠換熱面積的冷氣管，用進塔冷管來移走反應熱。該塔結構簡單，也適于大型化。 按換熱器的形式分為 列管式、螺旋板式、波紋板式等多種形式。 按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復合型。內(nèi)件事由催化劑筐和換熱器兩部分組成。從操作結構，材料及維修等方面考慮，甲醇合成反應器應具有以下要求： （ 1）催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移走反應熱，并能以較高位能回收反應熱； （ 2）反應器內(nèi)部結構合理 ，能保證氣體均勻通過催化劑床層，阻力小，氣體處理量大，合成轉化率高，催化劑生產(chǎn)強度大； （ 3）結構緊湊，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；催化劑裝御方便；制造安裝及維修容易。 甲醇合成 合成氣凈化 煤制合成氣 甲醇精餾 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 5 比較以上三者的優(yōu)缺點，以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇低壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝，用 CO 和 H2 在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應式為： CO+ H2→C 4H9OH。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應的動力消耗略有增加。此外，由于壓力低，動力消耗降低很多，工藝設備制造容易。 低壓法： ( Mpa)是 20 世紀 60 年代后期發(fā)展起 來的甲醇合成技術，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應溫度低 (240270℃ )。 高壓法： ()是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應溫度360400℃ ，壓力 。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。 工作制度： 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 4 合成車間日工作小時為 24 小時，每日 3 班輪流替換，每班 8 小時連續(xù)生產(chǎn)，共4 個班。整個設計應貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術進步，降低工程造價，節(jié)能環(huán)保等思想，設計生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。 設計的指導思想 以設計任務書為 基礎，適應我國 甲醇 工業(yè)發(fā)展的需要。 （ 2）合成工段的工藝參數(shù) 參閱某化學工程公司的甲醇合成廠的工藝參數(shù)資料。 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 3 設計的依據(jù) 太原理工大學化學化工學院 2020屆課程設計選題 《年產(chǎn) 15 萬噸甲醇合成工段工藝初步設計》任務書。 通過設計可以鞏固、深化和擴大所學基本知識，培養(yǎng)分析解決問題的能力；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學術思想和工作作風。隨著石油和天然氣價格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢。甲醇作為石油的補充已成為現(xiàn)實， 發(fā)展甲醇工業(yè)對我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。 此外，甲醇汽油可直接利用現(xiàn)在所有中石油和中石化的輸配系統(tǒng)進行快速推廣，推廣渠道會相對便捷一些，推廣成本也非常小。 由于甲醇在我國已經(jīng)有一定規(guī)模的生產(chǎn)，另外甲醇的投資成本低，無論甲醇汽油生產(chǎn)技術還是甲醇車輛生產(chǎn)技術都已經(jīng)非常成熟了。我國現(xiàn)在提出了四個石油替代路徑：天然氣替代、電動力替代、生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然氣、甲醇、二甲醚、合成油等。與此同時，推廣甲醇汽油，一方面可以釋放我國每年 2020 多萬噸的甲醇產(chǎn)能，改變我國甲醇產(chǎn)能嚴重過剩的局面，提高甲醇生產(chǎn)企業(yè)的開工率。所以專家認為，必須開拓甲醇作為車用燃料的用途， 即發(fā)展甲醇汽車才能使甲醇取得較好的經(jīng)濟效益。煤基甲醇是資源消耗型產(chǎn)品，是低附加值產(chǎn)品，而依靠大量出口來消化過剩的產(chǎn)能是不合理的。據(jù)報導， 2020～ 2020 年我國甲醇產(chǎn)能年均增長率為 %， 2020 年我國共有甲醇生產(chǎn)企業(yè) 177 家，總規(guī)模已突破每年 1600 萬噸，2020 年總產(chǎn)能達到每年 3000 萬噸。我國甲醇生產(chǎn)以煤為主要原料，產(chǎn)業(yè)結構不盡合理，裝置規(guī)模偏小，企業(yè)數(shù)目過多，原料路線和工藝技術五花八門。 近年來，我國甲醇市場非常紅火，甲醇價格持續(xù)上漲，甲醇生產(chǎn)裝置開工率不斷提高，各地甲醇新建項目陸續(xù)開工。但是我們?nèi)绻€是沿用落后技術，把煤直接燃燒用于發(fā)電和其它工業(yè)目的，不斷擴大低效、高污染應用技術中 煤的用量，則同樣是難以為繼的，同時對環(huán)境的污染將是難以估量的。目前，人類己經(jīng)面臨著石油及天然氣這一寶貴的化石能源在不斷的枯竭，根據(jù)我國提出的經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，需要合理有效地利用資源。 utilizing the tabulation constant temperature synthetic tower at a low pressure. Besides, the project controls the discharge of three wastes strictly, make full use of waste heat, reduce energy intensity, ensure that personnel safety and health. Keywords: methanol、 synthesis、 process design 目 錄 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 V 化工設計課程設計任務書 .............................................. I 摘 要 .............................................................. II Abstract .......................................................... III 目 錄 .............................................................. IV 第一章 總論 ......................................................... 1 甲醇工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................. 1 甲醇的發(fā)展前景 .............................................. 2 ...................