【正文】 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。內(nèi)件事由催化劑筐和換 熱器兩部分組成。按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復(fù)合型。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。該塔結(jié)構(gòu)簡單, 也適于大型化。(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(shè)置足夠換熱面積的冷氣管，用進(jìn)塔冷 管來移走反應(yīng)熱。由于逆流式與合成反 應(yīng)的放熱不相適應(yīng)，即床層出口處溫差最大，但這時反應(yīng)放熱最小，而在床層上部 反應(yīng)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 管。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn) 。(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。(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 ?。進(jìn)一 步強(qiáng)化傳熱，即反應(yīng)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(jìn)塔的冷氣。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長、設(shè)備直徑、管板制 造所限。這種塔型是造價最高的一種， 也是裝卸催化劑較難的一種。荅徑加大，管板的厚度也增加。管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫?，也就是進(jìn)塔氣225176。C,不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)氣加熱。(5) 多床內(nèi)換熱式合成塔這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來。針對甲醇合成的特點釆用四床（或五床)內(nèi)換熱式合成塔。這種塔型結(jié)構(gòu)簡單，造價低，不需特 種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓 蒸汽。合成塔的選用原則一般為：反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進(jìn)行，床層阻力 小，需要消耗的動力低，合成反應(yīng)的反應(yīng)熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得， 裝置投資要底等。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線, 反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國內(nèi)外使用較多，具 有豐富的管理和維修經(jīng)驗，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計的是年產(chǎn)30萬噸的 甲醇合成塔（日產(chǎn)量為1300噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會很大，費(fèi)用也不 會很高，所以本設(shè)計釆用了固定管板列管合成塔。 ,對毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350?400176。耐熱性較差，對硫、氯及其化合物敏感，易中毒。C,壓力為5?15MPa(—般壽命為2?3年)。 隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化 劑己于80年代中期淘汰。制備工藝合理，使 該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度均達(dá)到國外同類催化劑的先進(jìn)水平, 并且價格較低。目前己 在國內(nèi)20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用，運(yùn)行情況良好。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性 高、熱穩(wěn)定性好的特點。C，? MPa。外 觀： 有色金屬光澤的圓柱體 堆積密度： ?： 5x(^?5)mm 徑向抗壓強(qiáng)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：表22XNC98型與C型催化劑的性能對比催化劑型號合成塔進(jìn)末期口溫度初加入量/()甲烷單耗/(tf1)甲純收率%甲純產(chǎn)率/甲純產(chǎn)量(Uf1)C210 224670210XCN98200 230900229通過對比，并結(jié)合生產(chǎn)實際可見，XCN98型催化劑具有以下性能優(yōu)點：（1） 易還原。75%負(fù)荷下的甲醇產(chǎn)量()接近裝置滿負(fù)荷設(shè)計230176。C時： kg/()在正常情況下，使用壽命為2年以上。合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫C型催化劑為14176。隨著可調(diào)溫區(qū)的增加，催化劑的使用壽命也相應(yīng)延長。75%負(fù)荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟，粗甲醇質(zhì)量符合設(shè)計要求。50%負(fù)荷下，C型催化劑CO2加入量最高 不超過670kg/h，而XCN_98型催化劑則最高可達(dá)900kg/ho75%負(fù)荷時,使用XCN98 型催化劑，當(dāng)入塔氣中CO2組分體積分?jǐn)?shù)高達(dá)5%時，生產(chǎn)運(yùn)行情況仍良好，收率 和物耗都較低，催化劑仍能保持較高的活性，產(chǎn)品質(zhì)量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。(1) 操作溫度甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區(qū)決定的。一般而言，在催化劑的使用初期，反 應(yīng)溫度維持較底的數(shù)值，隨著使用時間的增加，逐步提高反應(yīng)溫度。C,熱點溫度260176。C,熱點溫度 290176。設(shè)計采用的甲醇合成塔為列管式等溫反應(yīng)器，管間走的是沸騰水，可以副產(chǎn) 蒸汽，床層內(nèi)溫差很小，接近最佳溫度操作曲線。C。甲醇合成反應(yīng)時分子數(shù)變少， 因此增加壓力對反應(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。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?420176。至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， 如果不及時控制，回造成溫度猛升而損壞催化劑。C,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(shè)備 尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至IOMpa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(yīng)維持f (H2CO2) /(C0+C02)=?，并保持一定的 C02。合成塔中氫氣過量，對減少副反應(yīng)是有 利的。二氧化碳 的存在可以降低反應(yīng)系統(tǒng)的熱效應(yīng)，這對維持床層溫度也是有利的。所以二氧化碳的含量應(yīng)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?ZOOOOh1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。第三章工藝流程來自脫碳裝置的新鮮氣（40176。C,進(jìn)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(yīng)：CO+ 2H2 =CH3OH+ Q CO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q 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。畐浐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)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。C, )，經(jīng)入塔氣預(yù)熱器(E7001), 甲醇水冷器（E7002A, B),進(jìn)入甲醇分離器（V7002),粗甲醇在此被分離。甲醇 分離器（V7002)分離出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓送至甲醇合成塔 (R7001)繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)。弛放氣減壓后去燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽(V7003) 頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統(tǒng)。汽包（V7001)排污，經(jīng)排污膨脹槽(V7006)膨脹減壓后就地排放。表41各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量組分 COCO2 H2 CH4 N2 CH3OH(CH3)2O C4H9OHH2O摩爾質(zhì)量 2844 2 16 28 3246 7418精甲醇中甲醇含量：%表42粗甲醇組成組分甲醇 二甲醚重組分水百分含S% %%%時產(chǎn)精甲醇: 時產(chǎn)粗甲醇:30x104————=330x24% ————————= %合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為:主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH式（I)副反應(yīng) 2CO+4H2= (CH3)2CHH2O式（2) CO+3H2 =CH4^H2O式（3 )4CO+8H2= C4H90H+3H20式（4) CO2+H2 = CO+H2O式（5 ) 合成工段物料衡算(I )根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量為：甲醇=二甲醚==異丁醇== kg/h 即 水= =工業(yè)生產(chǎn)中，,故每小時生成 量為：= m3,即 , 。粗甲醇中氣體溶解量5Mpa、40176。C時，液體甲醇中釋放的CO、C0H2等混合氣中，每立方米含有 ，假設(shè)減壓后液相中除二甲醚外，其他氣體全部釋放出，則甲醇擴(kuò)散損失 為：(+++++)x（）= kg/, (2)合成反應(yīng)中氣體的消耗和生成情況表44合成反應(yīng)中消耗原料情況表消耗方式單位CO消耗物料量 H2 CO2N2等合計消耗反應(yīng)①kmol/hm3/h反應(yīng)②kmol/hm3/h反應(yīng)③kmol/hm3/h