畢業(yè)設(shè)計(jì)--甲醇合成技術(shù)的研究進(jìn)展-文庫(kù)吧資料
2024-08-19 06:55本頁(yè)面
【正文】 管束要求較高， 需采用雙相鋼材質(zhì)。管內(nèi)裝甲醇催化劑，管外為沸騰水，甲醇反應(yīng)所放出的熱很快被沸騰的水所移走。圖1 Lurgi型軸向低壓甲醇合成工藝流程示意圖（二）合成塔結(jié)構(gòu)Lurgi型軸向低壓甲醇合成塔結(jié)構(gòu)見圖2。三、Lurgi型軸向低壓甲醇合成技術(shù)（一）工藝流程工藝流程如圖1所示。該反應(yīng)器有助于提高產(chǎn)品收率和原料轉(zhuǎn)化率，提高了催化劑使用壽命。反應(yīng)后氣體從主反應(yīng)器出來(lái)后又進(jìn)入副反應(yīng)器的催化層繼續(xù)反應(yīng)。副反應(yīng)器為內(nèi)冷反應(yīng)器，主反應(yīng)器為管殼式反應(yīng)器。為了解決Lurgi反應(yīng)器的壁效應(yīng)問題，將原反應(yīng)器的列管從38根增加到44根，高度不變，改變了床層內(nèi)徑與催化劑顆粒直徑之比，在相同產(chǎn)能時(shí)，反應(yīng)器體積較小，可節(jié)約設(shè)備投資。催化劑填充在管殼段，反應(yīng)熱傳給管外的沸水，以蒸汽的形式回收熱量，通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)催化床的等溫分布。由于現(xiàn)有甲醇反應(yīng)器的性能基本發(fā)揮到極致，要實(shí)現(xiàn)新的節(jié)能降耗目標(biāo)，還須另辟蹊徑，開發(fā)出更節(jié)能、效率更高、熱效益利用更合理的甲醇反應(yīng)器，如漿態(tài)床反應(yīng)器、超臨界反應(yīng)器、甲烷直接轉(zhuǎn)化、生物反應(yīng)器等。其活性溫度低，約220～280℃，可在較低壓力下操作。第一階段 為鋅鉻催化劑，鋅鉻催化劑活性溫度高，約為350～420℃，由于受化學(xué)平衡的影響，需在高壓（30～32MPa）下操作，且粗甲醇產(chǎn)品質(zhì)量較差。據(jù)報(bào)道，Lurgi公司新開發(fā)的甲醇裝置生產(chǎn)能力可達(dá)150萬(wàn)噸/年。3．國(guó)外甲醇反應(yīng)器發(fā)展趨勢(shì)（1）生產(chǎn)規(guī)模大型化發(fā)展的趨勢(shì)之一是單系列、大型化。國(guó)內(nèi)山東齊魯?shù)诙蕪S、河南安陽(yáng)甲醇廠(原料煤)、四川維尼綸廠、陜西榆林及河南濮陽(yáng)三化(原料為天然氣)的天然氣甲醇裝置均采用該類反應(yīng)器。即將在伊朗建成的甲醇裝置采用2套反應(yīng)器串聯(lián)，將裝置產(chǎn)能提高到5000 t/d。一般認(rèn)為該反應(yīng)器不能適用于大型甲醇裝置，Lurgi公司經(jīng)過(guò)改進(jìn)，將合成壓力提高到7～10MPa，第1套2000 t/d的甲醇裝置在馬來(lái)西亞建成。 ?。?）與ICI反應(yīng)器相比，該反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是：①熱量利用合理，可副產(chǎn)大量低壓蒸汽，每噸甲醇最大可產(chǎn)4 MPa蒸汽，也可用于天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化，滿足甲醇裝置的蒸汽需求，裝置投產(chǎn)后不需外供蒸汽；②合成反應(yīng)幾乎是在等溫條件下進(jìn)行，反應(yīng)器除去有效的熱量，可允許較高的CO氣體，采用低循環(huán)氣流限制了最高反應(yīng)溫度，使反應(yīng)等溫進(jìn)行，副反應(yīng)少，粗甲醇雜質(zhì)少，用雙塔精餾技術(shù)精制即可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；③催化劑床層溫度容易控制，不同床層的溫差較小，操作平穩(wěn)；④出口甲醇濃度較高(甲醇含量約7% )，總的循環(huán)氣量比ICI幾乎少1/2；⑤同產(chǎn)能下，催化劑用量較少。該塔使用高含量銅基催化劑時(shí)，可達(dá)到較高的單程轉(zhuǎn)化率，其最大生產(chǎn)能力為1500 t/d。合成塔殼程的鍋爐水是自然循環(huán)的，通過(guò)控制沸騰水的蒸汽壓力，可以保持恒定的反應(yīng)溫度。反應(yīng)器內(nèi)部類似列管式換熱器，列管內(nèi)裝催化劑，管外為沸騰水，反應(yīng)熱很快被沸水移走。2．Lurgi管殼型甲醇合成塔 德國(guó)Lurgi公司開發(fā)設(shè)計(jì)的管殼式甲醇合成反應(yīng)器是一種軸向流動(dòng)的低壓反應(yīng)器。與高壓反應(yīng)器相比，該類反應(yīng)器的特點(diǎn)是：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔內(nèi)未設(shè)置電加熱器或換熱器，催化劑利用效率較高；由于采用菱形分布器，保證了反應(yīng)氣體和冷激氣體的均勻混合，使同一床層溫差控制變得容易；②適用于大型化甲醇裝置，易于安裝維修；③高活性、高選擇性催化劑選擇余地大，可使用國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的多種型號(hào)催化劑，如美國(guó)UCIC792和G106催化劑， ICI生產(chǎn)的ICI5151513催化劑，西南化工研究院開發(fā)的C302和蘭化院生產(chǎn)的NC系列催化劑等。根據(jù)規(guī)模大小，反應(yīng)器一般有3～6個(gè)床層，典型的是4個(gè)，上面3個(gè)為分開的軸向流床。1．ICI冷激型反應(yīng)器ICI冷激型甲醇合成塔是針對(duì)使用511型銅基催化劑的時(shí)空產(chǎn)率低、催化劑用量大、床層控溫困難、催化劑易失活等缺陷而開發(fā)的一種絕熱型軸向流動(dòng)的低壓合成反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由塔體、噴頭、菱形分布器等組成。二 、甲醇合成反應(yīng)器的分析與選擇（一）國(guó)外主要甲醇合成反應(yīng)器國(guó)外應(yīng)用開發(fā)最早、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛的甲醇反應(yīng)器當(dāng)屬ICI和Lurgi的低壓反應(yīng)器。 催化部分氧化工藝是在以活性組分Ni、Rh和Pt等為主的負(fù)載型催化劑存在下，氧氣和天然氣進(jìn)行部分氧化生成CO和H2，該反應(yīng)可在較低溫度750～800℃下達(dá)到90%以上的熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化：2CH4+O2=2CO+4H2這一過(guò)程具有許多優(yōu)點(diǎn)：①放熱反應(yīng)，能耗低；②放熱量小，反應(yīng)溫度低，易控制；③反應(yīng)生成n(H2)/n(CO)=2的合成氣，便于直接合成甲醇；④反應(yīng)速度快，反應(yīng)器體積小。2．催化部分氧化 甲烷催化部分氧化(CPOX)是在非催化部分氧化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種合成氣制造工藝。1．非催化部分氧化 非催化氧化工藝(POX)以CHO2的混和氣為原料在1000～1500℃反應(yīng)，伴有燃燒反應(yīng)進(jìn)行：CH4+1/2O2=CO+2H2OCH4+2O2=CO2+2H2O由于沒有催化劑，需要很高反應(yīng)溫度，因此反應(yīng)器材要求苛刻，需要很復(fù)雜的熱回收裝置來(lái)回收反應(yīng)熱和除塵。甲烷部分氧化法是由甲烷與氧氣進(jìn)行不完全氧化生成合成氣。應(yīng)該指出，此類工藝由于取消了轉(zhuǎn)化爐的火房，故高壓蒸汽供應(yīng)量將不足，需向甲醇裝置供入電能或另行設(shè)置燃?xì)馔钙揭匝a(bǔ)充合成氣壓縮機(jī)所需要的能量。Kellogg公司開發(fā)的KRES工藝是基于GHR工藝相同的原理，但將原料氣分為兩股，分別進(jìn)
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