【正文】 是廢熱鍋爐，反應器內(nèi)部類似一般列管式換熱器，列管內(nèi)裝催化劑，管外為沸騰水。反應器殼程的鍋爐水是自然循環(huán)的，這樣可以通過控制沸騰水的蒸汽壓力，可以保持恒定的反應溫度，有效的抑制了副反應，延長了催化劑的使用壽命。該工藝的優(yōu)點是反應溫度溫和、壓力低，副反應少、時空收率高，單程轉化率較高，熱能利用合理，因此循環(huán)氣量減少，這樣降低了循環(huán)回路中管件閥門的費用和循環(huán)壓縮機的能耗；Lurgi合成反應器開車方便，只要將4MPa蒸汽通過合成塔殼程即可加熱列管內(nèi)的催化劑，達到催化劑的活性溫度便可通入合成氣進行甲醇合成。 甲醇合成工藝流程簡介甲醇合成的前期工藝與合成氨相似，首先進行合成氣的生產(chǎn)，合成氣經(jīng)脫硫、變換脫碳后處理后進行甲醇合成。新鮮原料氣首先進入透平壓縮機，將原料氣壓縮至合成壓力，此時溫度約為4050℃。加熱后的原料氣由Lurgi管殼式甲醇合成反應器頂部進入合成塔內(nèi)部列管，管中填充催化劑，合成氣在其中進行反應。Lugi合成器同時是廢熱鍋爐，它的殼程走的是沸騰水，沸騰水從合成塔底部進入，4MPa的蒸汽有頂部側端排出，這樣只要控制合成塔頂部蒸汽的壓力就可以控制合成塔的溫度恒定。換熱后的甲醇進入水冷器與冷卻水進行換熱，換熱后粗甲醇冷凝下來，經(jīng)甲醇分離器到達粗甲醇貯槽。循環(huán)透平壓縮機和原料氣透平壓縮機的驅動力均為合成器產(chǎn)生的4MPa的蒸汽，蒸汽做功后變?yōu)榈蛪赫羝?，被送到精餾工段作為精餾塔塔釜再沸器加熱熱源，這樣就充分利用了熱量。 對于一次氣化和一次冷凝來說，由于液體混合物中所含組分的沸點不同，當其在一定溫度下部分氣化時，因低沸點物易于氣化，故它在氣相中的濃度較液相高，而液相中高沸點物的濃度較氣相高。當對部分氣化所得的蒸汽進行部分冷凝時，因高沸點物易于冷凝，使冷凝液中高沸點物的濃度較氣相高，而未冷凝氣中低沸點物的濃度比冷凝液中要高。如果多次這樣進行下去，將最終在液相中留下基本上是高沸點的組分，在氣相中留下的基本上是低沸點組分。 精餾工藝流程 粗甲醇精餾流程是根據(jù)對產(chǎn)品甲醇不同的質量要求而定的，一般可分為單塔、雙塔以及三塔流程。一般單塔流程已很少用到，本次設計采用雙效法三塔流程，雙塔流程只做簡要介紹。第一塔為預精餾塔，第二塔為主精餾塔，二塔再沸器的熱源均來自循環(huán)氣壓縮機驅動透平排出的低壓蒸汽。塔頂取出的氣體包括不凝性氣體、輕組分、水蒸氣以及甲醇。為了減少塔頂排放氣中甲醇的損失，塔頂冷凝器可做成二級冷凝。含水和高沸點組分的甲醇從該塔中部進入，高級醇從加料板以下側線引出，含微量甲醇的水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇從近塔頂處取出。采用三塔流程的目的是為了更合理地利用熱量，三塔流程與雙塔流程的區(qū)別在于三塔流程采用兩個主精餾塔，第一主精餾塔加壓操作，第二主精餾塔于常壓下操作，利用加壓塔的塔頂蒸汽冷凝熱作為第二主精餾塔再沸器的加熱源。預精餾塔中的操作與雙塔流程相仿，經(jīng)預蒸餾后的甲醇混合液用泵壓送入第一加壓主精餾塔，其再沸器用低壓蒸汽加熱，—，塔頂蒸汽引入第二常壓主精餾塔底再沸器，蒸汽冷凝熱作為第二塔操作熱源。高級醇可由塔側線引出，塔頂引出的殘液含1%—2%的高級醇和甲醇，送廢水生化處理后排放。此次設計，粗甲醇精餾采用雙效法三塔精餾工藝，此流程與普通雙塔流程不同的是第一精餾塔加壓和第二精餾塔常壓均采出產(chǎn)品。這里主要指多效利用熱源蒸汽的潛熱, 如將原雙塔流程的主精餾塔一分為二, 第一塔（塔2）加壓操作（）,第二塔（塔3）為常壓操作, 則塔2由于加壓操作，頂部氣相甲醇的液化溫度約為123℃,遠高于常壓塔塔釜液體主要為水的沸點溫度, 其冷凝潛熱可作為塔再沸器的熱源，不僅節(jié)省了加熱蒸汽，也節(jié)省了冷卻用水，有效的利用了熱能。一般在正常操作條件下, 106 kJ(折蒸汽約1噸左右)。顯然, 三塔雙效法效益顯著, 隨著粗甲醇精餾規(guī)模的增大效益更加明顯。為方便計算，合成溫度為270℃。則，每小時生產(chǎn)粗甲醇：粗甲醇和新鮮原料氣的組成含量及摩爾質量見表21到表23： 表21 粗甲醇組成組 分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O含量（Wt %） 表22 新鮮氣組成組 分 CO CO2 H2 CH4 N2含量（V %） 表23 各物質的摩爾質量組分 CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O摩爾質量（g/mol） 28 44 2 16 28 32 46 74 18根據(jù)粗甲醇各組分及含量，算得各組分的量為：甲醇： 即二甲醚： 異丁醇： 水： 上述計算結果見表24表24 粗甲醇物料表組 分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計 kg/h wt% kmol/h mol% MPa，40℃時各組分在甲醇中的溶解度列于表25表25各物質在甲醇中溶解度組 分 CO CO2 H2 CH4 N2溶解度（Nm3/t粗甲醇） 以一小時為基準則一氧化碳在甲醇中的摩爾溶解量為：同理二氧化碳、氫氣、甲烷、氮氣在甲醇中的摩爾溶解度依次為： 現(xiàn)將其列為表格形式，見表26：表26各物質在甲醇中溶解量組 分 CO CO2 H2 CH4 N2 合計溶解量（） 溶解量（kg/h） 合成工段物料衡算合成甲醇主反應方程式為： 可能的副反應主要有： 上述個反應均為可逆反應。利用惰性氣體在循環(huán)氣中的含量i來建立兩個方程式：nK + mK = i （27）CK + hK + KK = 1—i （28）聯(lián)立上述八個方程，得到兩個輔助變量D、B：上例各式中的符號意義：V——生成一噸粗甲醇的氣體總體積，kmol/h；N——氮量，kmol/h；n——氮氣含量，V%Ku——參加反應的CO2的量，kmol/h；K——CO2量，kmol/h；k——CO2含量，V%；M——甲烷的生成量，kmol/h；m——甲烷含量，V%；H——氫氣量，kmol/h；h——氫氣含量，V%；C——CO的量，kmol/h；c——CO含量，V%；L——甲醇量，kmol/h；A——二甲醚量，kmol/h；I——異丁醇的量，kmol/h；W——生成的水量，kmol/h ；i——循環(huán)氣中氮氣的百分數(shù)，V%；符號腳注表示：P——產(chǎn)物； K——循環(huán)氣； F——新鮮氣；i的經(jīng)驗范圍值為15% ～ 25%，取i = 20%，則 根據(jù)經(jīng)驗，設循環(huán)氣中二氧化碳的含量=%，由此知循環(huán)氣中氮氣含量為：%由（27）式知，mk =i=% =%馳放氣的量: 新鮮氣加入量: kmol/hLurgi工藝新鮮氣與循環(huán)氣之比為1: 5，故循環(huán)氣的量為：5 VF = = ；甲烷的生成量： 進行逆變換反應消耗的CO2的量： kmol/h新鮮原料氣中一氧化碳的量 解得循環(huán)氣中一氧化碳的含量：CK =%由（29）式 CK + + kK = 1i 帶入數(shù)據(jù)知循環(huán)氣中氫氣的含量： = %由于此物料衡算方法選用試差法，故需要核算。因此，試差成功，上述計算有效。由生產(chǎn)經(jīng)驗②知，5MPa、40℃下，年產(chǎn)4萬噸粗甲醇在氣液分離設備中，粗甲醇中各組分的揮發(fā)量依次為：、,異丁醇在該條件下幾乎不揮發(fā)，： + + + 0 = 粗甲醇中各物質揮發(fā)量見表28表28 液相粗甲醇中各組分的揮發(fā)量組 分 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計揮發(fā)量（ kmol/h） 0 計算表明弛放氣與循環(huán)氣的比值不到7%，因此弛放氣中揮發(fā)組分的量可以忽略，故不考慮揮發(fā)相時弛放氣與循環(huán)氣之比近似為：因此考慮揮發(fā)相時弛放氣與循環(huán)氣之比近似為：由此得弛放氣中甲醇的量為同理，、不考慮揮發(fā)量馳放氣中各氣體的摩爾流量為： 馳放氣的總量VK = CO的量：% = CO2的量：% = H2的量： % = CH4的量：% = N2的量： % = 則馳放氣的組成列于表29中:表29 馳放氣流量及組成組 分 CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O