【正文】 而且生成的甲烷不能隨產(chǎn)品冷凝，甲烷在循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，更不利于主反應的化學平衡和反應速率。 低壓法甲醇合成的工藝流程如圖所示。 圖 3－ 3 低壓法甲醇合成的工藝流程 某 學院畢業(yè)（論文） 16 1— 加熱器 2— 轉化器 3— 廢熱鍋爐 4— 加熱器 5— 脫硫器 1 1 2 24— 水冷器 7— 氣液分離器 8— 合成氣壓縮機 9— 循環(huán)氣壓縮機 10— 甲醇合成塔 1 15— 熱交換器 13— 甲醇 分離器 14— 粗甲醇中間槽 16— 脫輕組分塔 18— 分離器 1 22— 再沸器 20— 甲醇精餾塔 23— CO2吸收塔 這是目前各生產(chǎn)廠家普遏采用的工藝流程。由制氣、凈化、壓縮和合成、精制四大部分組成，此處主要討論壓縮、合成、精制部分。 利用煤轉化后得到的（氫氣 +一氧化碳）合成氣，經(jīng)換熱脫硫，脫硫后的合成氣含硫不超過 ，經(jīng)水冷卻，分離出冷凝水后，進入合成壓縮機（三段），壓縮至壓力略低于 5 兆帕，與循環(huán)氣混合后在循環(huán)氣壓縮機中增壓至 5MPa，進入合成反應器，在催化床層中進行合成反應。合成反應 器為冷激式絕熱反應器，催化劑為銅基催化劑，操作壓力為 5 兆帕，操作溫度為 240～ 270℃ 。由反應器出來的氣體含甲醇 6％～8％，經(jīng)熱交換器與合成氣進行熱交換后進人水冷器器，使產(chǎn)物甲醇冷凝。然后在甲醇分離器中將液態(tài)的甲醇與氣體分離，再經(jīng)閃蒸除去溶解的氣體，得到反應產(chǎn)物粗甲醇送精制。甲醇分離器分出的氣體含大量的氫和一氧化碳，返回循環(huán)氣壓縮機循環(huán)使用。為防止情性氣體積累，將部分循環(huán)氣放空。 粗甲醇中除含甲醇外，還含有兩大類雜質。一類是溶于其中的氣體和易揮發(fā)的輕組分，如氫氣、一氧化碳、二氧化碳、二甲醚、乙醛、丙酮、甲 酸甲酯和羥基鐵等；另一類是難揮發(fā)的重組分，如乙醇、高級醇、水等?？捎脙蓚€塔予以精餾。 某 學院畢業(yè)（論文） 17 粗甲醇首先進入脫輕組分塔，塔頂分出輕組分，經(jīng)冷凝后回收其中所含甲醇，不凝氣放空。此塔一般為板式塔，約為 40～ 50 塊塔板。塔釜液進入甲醇精餾塔，頂來出產(chǎn)品甲醇，重組分乙醇、高級醇等雜醇油在塔的加料板下 6～ 14 塊板處側線氣相采出，水由塔釜分出，經(jīng)回收余熱后送廢水處理。甲醇精餾塔力 60～ 70 塊塔板。 由于低壓法合成的甲醇雜質含量少，凈化比較客易，利用雙塔精制流程，便可以獲得純度（質量分數(shù)）高達 ％的精制產(chǎn)品甲醇。 甲醇合成反應器 甲醇合成反應器是甲醇合成系統(tǒng)的最重要的設備，亦稱甲醇轉化器或甲醇合成塔。 （ 1）工藝對甲醇合成反應器的要求 ①甲醇合成是放熱反應，因此，合成反應器的結構應能保證在反應過程中及時將反應放出的熱量移出，以保持反應溫度盡量接近理想溫度分布。 ②甲醇合成是在催化劑作用下進行，生產(chǎn)能力與催化劑的裝填量成正比例關系，所以要充分利用合成塔的客積，盡量多裝催化劑，以提高設備的生產(chǎn)能力。 ③高空速能獲得高產(chǎn)率，但氣體通過催化劑床層的壓力降必然會增加，因此應使合成塔的流體阻力盡可能小，避免局部阻力過大的結構 。同時，要求合成反應器結構必須簡單、緊湊、堅固、氣密性好，便于拆卸、檢修。 ④盡量組織熱量交換，充分利用反應余熱，降低能耗。 ⑤合成反應器應能防止氫、一氧化碳、甲醇、有機酸及羰基物在高溫下對設備的腐蝕 ,要求出塔氣體溫度不得超過 160℃。因此，在設備結構上必須考慮高溫氣體的降溫問題。 ⑥便于操作控制和工藝參數(shù)調節(jié)。 （ 2）合成反應器的結構與材質 甲醇合成反應器的結構型式較多，根據(jù)反應熱移出方式不同，可分為絕熱式和等溫式兩大類；按照冷卻方式不同，可分為直接冷卻的冷激式和間接冷卻的列管式兩大類。以下主要介紹低壓法 合成甲醇所采用的冷激式和列管式兩種反應器。 ①冷激式絕熱反應器 這類反應器把反應床層分為若干絕熱段，段間直接加入冷的原料氣使反應氣體冷卻，故稱之為冷激式絕熱反應器。圖是冷激式絕熱反應器的結構示意圖，反應器主要 某 學院畢業(yè)（論文） 18 由塔體、氣體噴頭、氣體進出口、催化劑裝卸口等組成。催化劑由惰性材料支撐，分成數(shù)段。反應氣體由上部進入反應器，冷激氣在段間經(jīng)噴嘴噴入，噴嘴分布于反應器的整個截面上，以便冷激氣與反應氣混合均勻?；旌虾蟮臏囟日檬欠磻獪囟鹊拖?，混合氣進入下一段床層進行反應。段中進行的反應為絕熱反應，釋放的反應熱使反應氣體溫度 升高，但未超過反應溫度高眼，于下一段間再與冷激氣混合降溫后進入再下一段床層進行反應。 圖 34 冷激式反應器溫度分布 冷激式絕熱反應器在反應過程中流量不斷增大，各段反應條件略有差異，氣體的組成和空速都不一樣。這類反應器的特點是：結構簡單，催化劑裝填方便，生產(chǎn)能力大，但要有效控制反應溫度，避免過熱現(xiàn)象發(fā)生．冷激氣和反應氣的混合及均勻分布是關鍵。冷激式絕熱反應器的溫度分布如圖所示。 ②列管式等溫反應器 該類反應類似于列管式換熱器，其結構示意如圖所示。催化劑裝填于列 管中，殼程走冷卻水（鍋爐給水）。反應熱由管外鍋爐給水帶走，同時產(chǎn)生高壓蒸汽。通過對蒸汽壓力的調節(jié)，可以方便地控制反應器內反應溫度，使其沿管長溫度幾乎不變，避免了催化劑的過熱，延長了催化劑的使用壽命。 列管式等溫反應器的優(yōu)點是溫度易于控制，單程轉化率較高，循環(huán)氣量小，能量利用較經(jīng)濟，反應器生產(chǎn)能力大，設備結構緊湊。 ③反應器材料 合成氣中合有氫和一氧化碳，氫氣在高溫高壓下會和鋼材發(fā)生脫碳反應（即氫分子擴散到金屬內部，和金屬材料中的碳發(fā)生反應生成甲烷逸出的現(xiàn)象），會大大降低鋼材的性能。一氧化碳在高溫高壓下易和鐵 發(fā)生作用生成五碳基鐵，引起設備的腐蝕， 某 學院畢業(yè)（論文） 19 對催化劑也有一定的破壞作用。為防止反應器被腐蝕，保護反應器機械強度，一般采用耐腐蝕的特種不銹鋼（如 1Cr18Ni18Ti）加工制造。 圖 35 冷激式絕熱結構圖 圖 36 列管式等溫反應器 物料衡算 年產(chǎn) 8萬噸，甲醇合成反應器的 物料衡算 ：反應器 ： CO+2H2?CH3OH CO2+3H2?CH3OH+H2O 副反應： CO+3H2?CH4+H2O 2CO+2H2?CH4+CO2 4CO+8H2?C4H9OH+3H2O 2CO+4H2?CH3OCH3+H2O 某 學院畢業(yè)（論文） 20 甲醇產(chǎn)率： %， C4H9OH 產(chǎn)率： % CH3OCH3產(chǎn)率： %， CH4產(chǎn)率： % ：合成氣消耗量和產(chǎn)物氣摩爾組成 年工作時： 7200h 80000t?1000kg? 7200h=以 1h 為基準（以下計算不再寫 h1） : 產(chǎn)物氣冷凝，精餾等單程質量收率為 % CO轉化率為 %， CO2 轉化率為 % CO∶ H2=1∶ 2 合成氣中 CO 組成（摩爾分數(shù)）； CO:% CO2:% H2:% O2:% H2O:% CH4:% N2:% 產(chǎn)物氣中 CH3OH 量 : m o lkgkg % ??? 由 CO 生成的 CH3OH: m olkg %% % ???? 由 CO2生成的 CH3OH: m o lkgkgkg 6 9 1 0 4 1 2 1 1 6 2 2 ??? 反應消耗 CO 量： m o lkgm o lgm o lgkg 9 4 0 9 ???? CO 消耗的 H2量： kgm o l 8 8 1 9 1 ? 反應消耗 CO2量： m o lkgm o lgm o lgkg 6 9 1 0 ???? CO2消耗的 H2量： 某 學院畢業(yè)（論文） 21 = 主反應 H2總消耗量 : m o lkgkgkg 8 9 5 4 9 7 9 0 1 7 6 ??? CO 總反應量 : kgm o lm o l 4 6 9 5 2 6 7% ??? 純 CO 加入量： kgm o lm o l 5 5 9 8 2 4 0% ??? 合成氣總加入量： mo lmo l 5 5 3 4 1% 9 8 2 4 0 ?? 合成氣中 O2含量： kgm o lm o l % ??? 合成氣中 N2含量： kgm o lm o l % ??? 合成氣中 H2O含量： kgm o lm o l % ??? 合成氣中 CH4含量： kgm o lm o l % ??? 合成氣中 CO2含量： kgm o lm o l % ??? 合成氣中 H2含量： kgm o lm o l 5 3 2 6 7 5% ??? 生成 C4H9OH 量： kgm o lgm o lgkg %???? 生成 C4H9OH 消耗的 CO 量： 某 學院畢業(yè)（論文） 22 kgm olg m olgkg ??? 生成 C4H9OH 消耗的 H2量： kgm olg m olgkg ??? 生成 CH3OH 量： kgm o lgm o lgkg %???? 生成 CH3OCH3消耗的 CO量： kgm olg m olkgkg ??? 生成 CH3OH 消耗的 H2量： kgm olg m olgkg ??? 生成 CH4量： kgm o lgm o lgkg %???? 生成 CH4消耗的 CO量： kgm olg m olgm olg m olgkg ????????? ???? 生成 CH4消耗的 H2量： kgm olg m olgm olg m olgkg 56 ????????? ???? 生成的 CO2的量： kgm olg m olgkg ??? 主反應生成 H2O 量： kgm o lgm o lgkg 0 4 3/18/ 4 1 1 ??? 副反應生成 H2O 的總量： 某 學院畢業(yè)（論文） 23 ? ? ? ?? ?kgkgkgkgmo lgmo lgkgmo lgmo lgkgmo lgmo lgkg/18//18/???????????? O N2不參加反應 產(chǎn)物氣中 CO: kgkgkg 4 6 5 5 0 ?? 產(chǎn)物氣中 CO2： kgkgkgkg 2 5 5 1 48 7 4 4 9 4 8 ???