【正文】 法高壓工藝流程一般指的是使用鋅鉻催化劑,在300—400℃,30MPa高溫高壓下合成甲醇的過程。近幾年來,我國開發(fā)了2527MPa壓力下在銅基催化劑上合成甲醇的技術,出口氣體中甲醇含量4%左右,反應溫度230290℃。因此發(fā)展了壓力為10MPa左右的甲醇合成中壓法。例如ICI公司研究成功了512型銅基催化劑,其化學組成和活性與低壓合成催化劑511型差不多,只是催化劑的晶體結構不相同,制造成本比511型高貴。 （3）低壓法ICl低壓甲醇法為英國ICl公司在1966年研究成功的甲醇生產(chǎn)方法。ICl法所用的合成塔為熱壁多段冷激式,結構簡單,每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器,使冷激氣均勻地進入催化劑層,。80年代,齊魯石化公司第二化肥廠引進了聯(lián)邦德國Lurge公司的低壓甲醇合成裝置。 在ICI低壓甲醇臺成工藝中，由于冷激氣的分層加入，在整個反應床層中的溫度呈現(xiàn)較大范圍波動的特點，觸媒初期，床層溫度210℃～240 C，后期控制在240℃～270 C。170。兩種工藝中催化劑使用效果的比較在低壓法合成甲醇工藝中，臺成塔床層溫度及其分布是影響催化劑使用效果的重要外因之一，溫度過高易使催化劑晶粒粗化，活性降低而過早老化，溫度過低則會使催化劑的活性得不到有效的發(fā)揮。而在Lurgi低壓甲醇合成工藝中，由于合成塔整個催化劑床層溫度平穩(wěn)均勻，并由合成塔殼程的水所產(chǎn)中壓蒸汽來調節(jié)控制，因而具有如下優(yōu)點：(1)便于整爐催化劑催化作用最大限度的發(fā)揮，時空產(chǎn)率高，經(jīng)濟效益好；(2)當催化劑使用到中期和后期時，其活性有所降低，這時可通過提高合成 塔殼程所產(chǎn)中壓蒸汽壓力來適當提高反應床層溫度，從而提高催化劑的活性，延長催化劑使用壽命。在I urgi低壓甲醇合成工藝中，由于反應溫度平穩(wěn)，催化劑的作用得到很好發(fā)揮，原料氣的單程轉化率得以提高，出塔氣甲醇含量一般達到5 ～7 ，而且副反應少，粗甲醇質量較好。通過上述比較得出如下結論：a) Lurgi低壓甲醇合成工藝比ICI低壓甲醇合成工藝動力消耗低，生產(chǎn)成本也較低b) Lurgi低壓甲醇合成工藝比ICI低壓甲醇臺成工藝可更有效地提高產(chǎn)品質量和原料氣的單程轉化率。d) ICI法最大的特點是合成塔結構簡單，材料沒有特殊要求，設備易制造；而Lurgi甲醇臺成塔管材采用雙相不銹鋼，加工較復雜。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。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℃。設計中采用的甲醇合成催化劑為國產(chǎn)的銅系XCN98，由它的性質可知：適合使用的溫度范圍為200～290℃。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。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℃。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，為了減少設備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至10Mpa左右。（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。合成塔中氫氣過量，對減少副反應是有利的。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。所以二氧化碳的含量應該盡可能低一些，一般不超過5%。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8000～20000h1之間。空速的選擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個相對較小的范圍內(nèi)變化。 催化劑甲醇催化劑的制備是衡量合成甲醇工業(yè)技術水 平高低的關鍵技術之一,甲醇工業(yè)的發(fā)展很大程度上取決于催化劑的研制及其性能改進。隨著甲醇工業(yè)的快速發(fā)展,對甲醇合成催化劑的研究開發(fā)提出了更高的要求。甲醇合成催化劑一般可分為鋅鉻催化劑、銅基催化劑、鈀系催化劑和鉬系催化劑。低(中)壓法銅基催化劑的操作溫度為210℃~300℃,壓力為5MPa10 MPa,比傳統(tǒng)的合成工藝溫度低得多,對甲醇反應平衡有利。b)選擇性高,大于99%,其雜質只有微量的甲烷、二甲醚、甲酸甲酯,易得到高純度的精甲醇。目前工業(yè)上甲醇的合成主要使用銅基催化劑。甲醇生產(chǎn)過程中,常會發(fā)生催化劑中毒、高溫燒結等現(xiàn)象,這些非正常現(xiàn)象既縮 短了甲醇合成催化劑的使用壽命,又影響了甲醇的質量。 工藝流程模擬工藝流程模擬如下： 壓縮 ，溫度為40℃，℃，然后合成氣與循環(huán)氣相混合進入混合器，然后再經(jīng)對流段的合成氣和循環(huán)氣經(jīng)過換熱器加熱到230℃。 合成加熱后的合成氣與循環(huán)氣進入合成塔，合成氣進塔溫度為230℃，在此，合成氣進行甲醇合成反應，放出的熱量用于產(chǎn)生蒸汽。出合成塔的高溫氣體熱量用于加熱入塔合成氣，然后經(jīng)水冷至40℃左右，經(jīng)氣液分離器冷凝分離出粗甲醇。弛放氣大部分返回至一段爐作燃料使用。該蒸汽降壓后和轉化工段產(chǎn)生的飽和蒸汽一起過熱，作為合成壓縮機驅動透平的動力，以及汽提塔的汽提蒸汽。塔頂設置兩級冷凝器，預餾塔一級冷凝器將出塔器中大部分甲醇冷凝下來，進入精餾塔。，℃，然后在塔內(nèi)分離成塔頂氣和塔底液，塔頂氣主要是含甲醇的輕餾分，塔底再沸器用合成氣加熱保持塔底液在沸騰狀態(tài)。第三章 物料衡算和熱量衡算 概述化工過程的物料衡算和熱量衡算，都是利用物理與化學的基本定律來計算的。對于任何一個體系或任何一個化工過程，不論是物理加工過程還是化學加工過程，也不論是總過程還是單元過程，都采用質量守恒定律、熱力學第一定律來進行物料和能量的衡算。從而為確定最佳操作條件、設備選型以及設備尺寸的確定、管路設施與公用工程的設計提供依據(jù)。而且，化學工程的開發(fā)與放大都以物料衡算為基礎的。對一般的體系而言，物料分布均可表示為：∑(物料的累積量)=∑(物料進入量)∑(物料流出量)+∑(反應生成量)∑(反應消耗量) 特別地，當系統(tǒng)沒有化學反應時，則可簡化為：∑(物料的累積量)=∑(物料進入量)∑(物料流出量)在穩(wěn)定狀態(tài)下有：∑(物料進入量)=∑(物料流出量)本項目為混合C4處理項目，將全流程分為DMF法丁二烯抽提工段、MTBE合成與正丁烯聯(lián)產(chǎn)工段兩部分。 全段工藝的物料衡算流程圖如下圖圖31 總流程圖（1）甲醇反應器 圖32 甲醇反應器物料流股圖項目進料出料Temperature C230260Pressure barVapor Frac11Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Flow kg/hrCOCO2H2N2CH4CH3OH0H2O0CH3OCH30CH3CH2OH0C2H4O20Mass FracCOCO2H2N2CH4CH3OH0H2O0CH3OCH300CH3CH2OH00C2H4O200Mole Flow kmol/hrCOCO2H2N2CH4CH3OH0H2O0CH3OCH30CH3CH2OH0C2H4O20Mole FracCOCO2H2N2CH4CH3OH0H2O0CH3OCH300CH3CH2OH00C2H4O200表31 甲醇反應器物料流股衡算表分離器的物料衡算圖33 分離器物料流股圖項目進料塔頂出料塔底出料Temperature C 404040Pressure bar Vapor Frac 1Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gcal/hr Mass Flow kg/hr CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH 0 H2O 0 CH3OCH3 0 CH3CH2OH 0 C2H4O2 0Mass Frac CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH 0 H2O 0 CH3OCH3 00 CH3CH2OH 00 C2H4O2 00Mole Flow kmol/hr CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH 0 H2O 0 CH3OCH3 0 CH3CH2OH 0 C2H4O2 0Mole Frac CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH 0 H2O 0 CH3OCH3 00 CH3CH2OH 00 C2H4O2 00表32 分離器物料流股衡算表第一精餾塔的物料衡算圖34 第一精餾塔物料流股圖項目進料塔頂出料塔底出料Temperature C 65Pressure bar 1023Vapor Frac 010Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gcal/hr Mass Flow kg/hr CO 0 CO2 0 H2 0 N2 0 CH4 0 CH3OH H2O