【正文】 方 向 垂 直06 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 經(jīng) mm 400007 長(zhǎng) 度 TLTL mm 765708 容 積 m179。C 250 26514 運(yùn) 行 壓 力 MPa(a) 15 阻 力 / max. bar 16 設(shè) 計(jì) 溫 度 176。C 19 負(fù) 荷 20 H2 組 分 分 壓 MPa(a) 176。C21 設(shè) 備 腐 蝕 余 量 mm 2)22 內(nèi) 襯 23 外 殼 管 板24 保 溫 有 絕 熱 保 溫25 采 用 標(biāo) 準(zhǔn) ASME VIII Div. 226 殼 體 材 質(zhì) aloyed . (1 1/4 Cr)27 封 頭 材 質(zhì) aloyed . (1 1/4 Cr)28 列 管 材 質(zhì) Duplex29 列 管 數(shù) 量 460630 列 管 長(zhǎng) 度 mm 700031 列 管 外 徑 mm 32 列 管 內(nèi) 經(jīng) mm 33 催 化 劑 裝 填 量 5) m179。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2236 備 注 1) H = horizontal / V = vertical2) 單 向 垂 直 安 裝3) 催 化 劑 承 載 體 惰 性 球 規(guī) 格 ： 3/8， 總 裝 填 量 m179。6） 底 部 封 頭 設(shè) 計(jì) 溫 度 300176。 9809 殼側(cè) 管內(nèi)10 介質(zhì) 合 成 氣 冷 卻 氣11 腐蝕組分 無 無12 酸性氣體13 運(yùn)行溫度 176。C 300 27017 設(shè)計(jì)壓力 2) MPa(a) 18 設(shè)備材質(zhì)最小允許溫度 176。C 176。 34 催化劑類型 由 魯 奇 專 供35 惰性球裝填量 m179。Lurgi 公司開發(fā)的兩臺(tái)水冷反應(yīng)器串聯(lián)一臺(tái)氣冷反應(yīng)器的組合式聯(lián)合反應(yīng)器技術(shù)，為考慮降低塔壓降，不得不大幅降低循環(huán)比，這就必須要求催化劑具有很高的催化活性來支持，同時(shí) Lurgi 公司在工藝上選擇了兩級(jí)反應(yīng)器中都裝填同一類型催化劑，這就要求所用催化劑的操作溫度區(qū)間要寬，一般必須在 220－280℃以上。以下對(duì)該催化劑做以簡(jiǎn)要說明。C 操作數(shù)據(jù)該催化劑的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)見表 4－2。C 150 243 209 40 壓力 MPa(a) 摩爾重量 kg/kmol 流速 kmol/h 催化劑還原用惰性氣體氮?dú)庾鳛檩d氣，將定量的氫氣引入到載氣中，使其在合成回路里流經(jīng)催化劑床層，從而對(duì)催化劑進(jìn)行還原。C。北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）283) 在還原期間，必須注意，系統(tǒng)中 CO2的分壓不能超過 1bar；還原過程中會(huì)生成很大量的 CO2（如果用合成氣進(jìn)行還原的話） ，這部分 CO2必須從系統(tǒng)中吹掃出去。4) 在催化劑床層上不能出現(xiàn)蒸汽冷凝現(xiàn)象，冷凝液通常會(huì)使催化劑失活。建議對(duì)反應(yīng)生成的水進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量，反復(fù)核對(duì)，來判斷還原進(jìn)行的程度。還原步驟如下： 1）用氮?dú)鈱⒑铣芍脫Q至氧含量＜ mol%（達(dá)到 200 ppmv 更好） 。3）還原時(shí)空速應(yīng)達(dá)到＞1000 Nm3（氣體）/[m 3（催化劑）.h]或更高。5）引入 ～1 mol% 的 H2 （也可引入 1mol%的 H2 + CO） ，并在催化劑床層入口保持該濃度。6）隨著催化劑還原的進(jìn)行，生成的水必須排出系統(tǒng)外。每立方米催化劑還原所生成的水量大約為 170～180 kg。8）在 230℃時(shí)如無反應(yīng)，則將 H2（或 H2+CO）在載氣中的含量增加到 2 mol%，并保持 2 小時(shí)。如果顯示 H2（或 H2+CO）有消耗，維持此進(jìn)口濃度直到不再消耗為止。 注意： 如果催化劑還原之后不能及時(shí)開車，則應(yīng)當(dāng)用惰性氣體對(duì)合成回路北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）29進(jìn)行置換，直到 H2濃度低于 1vol% 為止，然后將床層溫度冷卻到常溫。2）催化劑溫度：在甲醇合成未達(dá)到反應(yīng)平衡之前，少量增加催化劑溫度可增加甲醇的生成速率；在達(dá)到反應(yīng)平衡之后，增加溫度將會(huì)減少甲醇的生成。3）氣體組分：甲醇的生成速率與氫氣在合成氣中的含量相對(duì)應(yīng)，CO 和 CO2含量對(duì)其所產(chǎn)生的影響較小。最適宜的化學(xué)計(jì)量比值介于 ～ 之間。4）循環(huán)比：增加循環(huán)比將會(huì)增加甲醇產(chǎn)量。在保持壓力一定情況下，經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行后，如果甲醇的額定產(chǎn)量下降，則溫度應(yīng)以約 3℃的增幅最終增加到最大溫度 268～275℃（或者達(dá)到管束最大允許溫度） 。甲醇合成催化劑和任何其它銅基催化劑一樣，在高于 310℃時(shí)易于結(jié)晶，并會(huì)迅速失活。硫在合成氣（或者氮?dú)庋h(huán)）中的含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀? v，催化劑中硫含量高于 %時(shí)，催化劑將會(huì)完全失去活性。同時(shí)鐵和其它重金屬，會(huì)阻塞催化劑的活性部位，進(jìn)而降低催化劑活性。銅和氯迅速反應(yīng)，減少了催化劑活性銅的表面積。系統(tǒng)中的氯含量應(yīng)當(dāng)處于無法檢測(cè)出來的水平。4）油類：禁止攜帶潤(rùn)滑油進(jìn)入催化劑中，因?yàn)檫@些油類將會(huì)導(dǎo)致甲醇合成催化劑失去活性。 工藝與催化劑的關(guān)系 在甲醇合成中，沒有催化劑的存在，合成甲醇反應(yīng)幾乎不能進(jìn)行，合成甲醇工業(yè)的進(jìn)展，很大程度上取決于催化劑的研制成功以及質(zhì)量的改變。根據(jù)串聯(lián)的兩段法組合型甲醇工藝特點(diǎn)，Lurgi 公司選用同一類型和規(guī)格的催化劑也存在不甚合理的地方。對(duì)于銅基催化劑來說，一般耐熱性較差，操作溫度范圍小，因此在開發(fā)研制銅基催化劑以適應(yīng)兩段法串級(jí)組合型甲醇生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)無疑困難較大。目前我國(guó)銅基甲醇合成催化劑的開發(fā)和研究已經(jīng)取得了很大的成果，西南院和南化院在這一方面的技術(shù)水平已經(jīng)接近國(guó)外，利用我北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31國(guó)現(xiàn)有的催化劑技術(shù)并加以改進(jìn)，采用兩段法串級(jí)組合型甲醇生產(chǎn)工藝則是一種很好的選擇。預(yù)精餾塔為普通的常壓浮閥塔，用于脫除粗甲醇中的低沸點(diǎn)雜質(zhì)。排出的尾氣經(jīng)過熱器（E－53004）加熱后送出界區(qū)。塔頂甲醇蒸汽去常壓精餾塔再沸器（E－53006A/B）作熱源，冷凝液進(jìn)入加壓塔回流槽(D53003)，一部分由加壓塔回流泵(P－53003 A/B)加壓后作加壓精餾塔回流液，另一部分經(jīng)冷卻器 E—53007 冷卻后，或通過離子交換器（D－53007）脫除甲基胺或直接通過副線送精甲醇中間儲(chǔ)槽。塔頂甲醇蒸汽，經(jīng)常壓塔空冷器（AE53002） 、水冷器（E—53008）冷卻至 40℃后，冷凝液流入常壓塔回流槽（D53004） ，由常壓塔回流泵（P53004 A/B）加壓后一部分作常壓精餾塔回流液，另一部分經(jīng)離子交換器（D－53007）或通過副線往送精甲醇中間儲(chǔ)槽。為降低常壓塔底高沸點(diǎn)物的含量（主要是雜醇油） ，從塔下部塔板采出部分高沸點(diǎn)有機(jī)物，經(jīng) E—53009 冷卻后送入側(cè)線槽；經(jīng)側(cè)線泵（P53008）送至雜醇儲(chǔ)槽 TK—53001，再經(jīng)雜醇泵 P—53009 裝車銷售。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）32圖 魯奇年產(chǎn) 168 萬噸甲醇精餾流 程圖北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）33第 節(jié) 魯奇年產(chǎn) 168 萬噸甲醇精餾工藝特點(diǎn) 熱利用效率較高 循環(huán)水用量較低魯奇年產(chǎn) 168 萬噸甲醇精餾工藝蒸汽利用率較高。在加壓塔再沸器做完熱源的蒸汽冷凝液繼續(xù)返回預(yù)塔作為預(yù)塔的另一個(gè)熱源，降低了預(yù)塔的蒸汽用量，因此運(yùn)行費(fèi)用較低。當(dāng)塔內(nèi)蒸汽克服了浮閥的重量，浮閥開啟并隨著蒸汽速度的大小而改變。浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)：允許的蒸汽速度較大，因此生產(chǎn)能力較大。塔板上沒有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的障礙物，因而液面梯度較小，蒸汽分配均勻，此外塔板的壓降比泡罩塔板小。比泡罩塔高 15%左右。北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）34第 節(jié) 魯奇年產(chǎn) 168 萬噸甲醇精餾塔設(shè)計(jì) 預(yù)精餾塔 N1A/B 進(jìn)料口N9A/B 堿液進(jìn)口N2 塔頂甲醇蒸汽出口N3 回流液進(jìn)口N4 泵室出口去加壓塔N5 蒸汽再沸器液相管 N6 蒸汽再沸器汽相管N7 冷凝液再沸器汽相管N8 加壓塔進(jìn)料泵最小流量N10 冷凝液再沸器液相管D1 D2 D3 導(dǎo)淋P1 現(xiàn)場(chǎng)壓力顯示T1T5 溫度遠(yuǎn)傳L1A/B 現(xiàn)場(chǎng)液位顯示L2A/B 遠(yuǎn)傳液位顯示L3A/B 遠(yuǎn)傳液位顯示M1M5 人孔北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）35圖 預(yù)精餾塔示意圖 加壓精餾塔N1A/B 進(jìn)料口N2A/B 塔頂甲醇蒸汽出口N3A/B 回流液進(jìn)口N4 泵室出口去常壓塔N5 蒸汽再沸器汽相管N6 蒸汽再沸器汽相管N7 蒸汽再沸器液相管 N8 蒸汽再沸器液相管D1 A/B 導(dǎo)淋D2 導(dǎo)淋P1 現(xiàn)場(chǎng)壓力顯示T1T7 溫度遠(yuǎn)傳L1A/B 現(xiàn)場(chǎng)液位顯示L2A/B 遠(yuǎn)傳液位顯示L3A/B 遠(yuǎn)傳液位顯示M1M6 人孔圖 加壓塔示意圖北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）36 常壓精餾塔N1A/B 進(jìn)料口N2A/B 塔頂甲醇蒸汽出口N3 回流液進(jìn)口N4 泵室工藝水外送N5A/B 蒸汽再沸器液相管N6AD 再沸器汽相管線N7 廢水泵最小流量管線 N9AD 側(cè)線雜醇采出D1 導(dǎo)淋D2 A/B 導(dǎo)淋P1 現(xiàn)場(chǎng)壓力顯示T1T9 溫度遠(yuǎn)傳L1A/B 現(xiàn)場(chǎng)液位顯示L2A/B 遠(yuǎn)傳液位顯示L3A/B 遠(yuǎn)傳液位顯示M1M6 人孔 圖 常壓塔示意圖北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）37第 6 章 年產(chǎn) 168 萬噸甲醇衡算第 節(jié) 甲醇物料衡算 合成工段物料衡算 合成塔中發(fā)生的反應(yīng):主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH （1） CO2+3H2=CH3OH +H2O （2） 副反應(yīng) 2CO+4H 2=（CH 3O） 2+H2O （3） CO+3H2=CH4+H2O （4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （5） 8CO+17H2=C18H18+8H2O （6）CO2+H2=CO+H2O （7） 工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)得低壓時(shí)，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會(huì)產(chǎn)生 m3（標(biāo)態(tài)）的甲烷，即設(shè)計(jì)中每小時(shí)甲烷產(chǎn)量為 kmol/h ， 3/h。由反應(yīng)（3） 、 （4） 、（5） 、 （6）得出反應(yīng)（2） 、 （7）生成的水分為； －－－3－8 = kmol/h 由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過 5%，所以計(jì)算中忽略反應(yīng)（2） 。 粗甲醇中的溶解氣體量粗甲醇中氣體溶解量查表 5Mpa、40℃時(shí)，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表［20］ ：表 61 1 噸粗甲醇中合成氣溶解情況氣體 H2 CO CO2 N2 Ar CH4溶解量（m 3/t 粗甲醇） 則 粗甲醇中的溶解氣體量為： H2 = =北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）38 CO= = CO2 = = N2 = = Ar = = CH4 = = m3/h 即 粗甲醇中甲醇擴(kuò)散損失 40℃時(shí),液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有 37014g 的甲醇,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G =（+++++）= 合成反應(yīng)中各氣體的消耗和生成情況表 62 弛放氣組成氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 % % % % % % %表 63 合成反應(yīng)中消耗原料情況消耗原料氣組分 消耗項(xiàng) 單位CO CO2 H2 N2 Ar反應(yīng)（1） m3/h 反應(yīng)（3） m3/h 反應(yīng)（4） m3/h 反應(yīng)（5） m3/h 反應(yīng)（6） m3/h 反應(yīng)（7） m3/h （） 注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（1）項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量表 64 合成反應(yīng)中生成物情況生成物組分生成項(xiàng) 單位CH4 CH3OH （CH 3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O反應(yīng)（1） m3/h 反應(yīng)（3） m3/h 反應(yīng)（4） m3/h 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）39反應(yīng)（5） m3/h 反應(yīng)（6） m3/h 反應(yīng)（7） m3/h 表 65 其他情況原料氣消耗消耗原料氣組分消耗項(xiàng)單位CO CO2 H2 N2 Ar CH4粗甲醇中溶解 m3/h 擴(kuò)散的甲醇 m3/h 弛放氣 m3/h %G%G%G%G%G%G馳放氣中甲醇 m3/h %G%G注：G 為馳放氣的量，m