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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 毕 业 设 计题 目：年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计学 号：姓 名：年 级： 09 煤化工学 院：系 别：煤化工系专 业：煤化工指导老师：完成日期： 2022 年 5 月 14 日1 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要甲醇是一种极重要的有机化工原料,也是一种燃料,是碳一化学的基础产品,在国民经济中占有特别重要的位置；近年来,随着甲醇下属产品的开发,特殊是甲醇燃料的推广应用,甲醇的需求大幅度上升；为了满意经济进展对甲醇的需求,开展了此20 万
2、t/a 的甲醇工程；设计的主要内容是进行工艺论证,物料衡算和热量衡算等；本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原就,采纳煤炭为原料；利用GSP气化工艺造气； NHD净化工艺净化合成气体；低压下利用列管均温合成塔合成甲醇；三塔精馏工艺精制甲醇；此外严格掌握三废的排放,充分利用废热,降低能耗,保证人员安全与卫生；关键词： 甲醇、 合成；1 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录1 总论 4 1.1 甲醇性质 4 1.2 甲醇用途 4 1.3 醇生产原料 4 2 甲醇的合成 5 2.1 甲醇合成的基
3、本原理 52.1.1 甲醇合成反应步骤 5 2.1.2 合成甲醇的化学反应 5 2.1.3 甲醇合成反应的化学平稳 6 3 甲醇合成的催化剂 6 3.1 工业用甲醇合成催化剂 7 4 甲醇合成的工艺条件 9 4.1 反应温度 9 4.2 压力 10 4.3 空速 10 4.4 气体组成 11 5 甲醇合成的工艺流程 12 5.1 甲醇合成的方法 12 5.2 甲醇合成塔的挑选 15 5.3 甲醇合成的工艺流程 18 6 主要设备的工艺运算及选型 19 6.1 甲醇合成塔的设计 19 6.2 水冷器的工艺设计 22 6.3 循环压缩机的选型 25 7 设计结果评判 26 8 参考文献 27 致谢
4、 27 2 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附工程图纸1、甲醇合成塔简图2、甲醇合成工艺流程图3 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 总论1.1 甲醇性质甲醇俗称木醇、木精,英文名为methanol ,分子式CH3OH；是一种无色、透亮、易燃、有毒、易挥发的液体,略带酒精味；分子量32.04 ,相对密度 0.7914d 4 20,蒸气相对密度1.11 空气 =1,熔点 -97.8 ,沸点64.7 ,闪点 1.32
5、87 , 表 面 张 力 25 ） 45.05mN/m, 蒸 气 压 20 ）12.265kPa,粘度 20） 0.5945mPa.s；能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶；蒸气与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限6.0 36.5 体积比）；化学性质较活泼,能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应；1.2 甲醇用途 甲醇是重要有机化工原料和优质燃料,广泛应用于精细化工,塑料,医药,林产 品加工等领域；甲醇主要用于生产甲醛,消耗量要占到甲醇总产量的一半,甲醛就是 生产各种合成树脂不行少的原料；用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲 酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可
6、生产醋酸、醋酐、甲酸甲 酯等重要有机合成中间体,它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的 原料,目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视；甲醇也是一种重要的有 机溶剂,其溶解性能优于乙醇,可用于调制油漆；作为一种良好的萃取剂,甲醇在分 析化学中可用于一些物质的分别；甲醇仍是一种很有前景的清洁能源,甲醇燃料以其 安全、廉价、燃烧充分,利用率高、环保的众多优点,替代汽油已经成为车用燃料的 进展方向之一；另外燃料级甲醇用于供热和发电,也可达到环保要求；甲醇仍可经生 物发酵生成甲醇蛋白,富含维生素和蛋白质,具有养分价值高而成本低的优点,用作 饲料添加剂,有着宽阔的应用前景；1.3 甲醇
7、生产原料合成甲醇的工业生产是以固体如煤、焦炭）、液体 如原油、重油、轻油）或气体如自然气及其它可燃性气体）为原料,经造气、净化 脱硫）变换,除二氧化碳,配制成肯定配比的合成气；在不同的催化剂存在下,选用不同的工艺条件可单产甲醇4 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 分高、中、低压法）,或与合成氨联产甲醇 脱除甲醚,再精镏而得成品甲醇；联醇法）；将合成后的粗甲醇经预精镏自 1923 年开头工业化生产以来,甲醇合成的原料路线经受了很大变化；20 世纪50 岁月以前多以煤和焦碳为原料；50 岁月以后,以自然气为原
8、料的甲醇生产流程被广泛应用；进入 60 岁月以来,以重油为原料的甲醇装置有所进展；对于我国,从资 源背景看,煤炭储量远大于石油、自然气储量,随着石油资源紧缺、油价上涨,因此 在大力进展煤炭干净利用技术的背景下,在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料4；2 甲醇的合成2.1 甲醇合成的基本原理 2.1.1 甲醇合成反应步骤对甲醇合成而言,无论是锌铬催化剂仍是铜基催化剂,其多相 以下过程进行：a）扩散 气体自气相扩散到催化剂的界面；非匀相）催化过程按b）吸附 各种气体在催化剂的活性表面进行化学吸附,其中 CO 在 Cu2+上吸 附,H2 在 Zn2+上吸附并异裂；c）表面反应 化学吸附的反应
9、物在活性表面上进行反应,生成产物；d）解读 反应产物脱附；e）扩散 反应产物气体自催化剂界面扩散到气相中去；甲醇合成反应的速率；是上述五个过程中每一个过程进行速率的总和,但全 a、e扩 过程的速率取决于最慢步骤的完成速率；争论证明,以上五个过程中 散）进行得最快, b吸附）、 d解读）进行的速度较快,而过程 c表面反应）分子在催化剂活性界面的反应速度最慢,因此,整个反应过程取决于表面反应的 进行速率；提高压力、上升温度均可使甲醇合成反应速率加快,但从热力学角度分析,由于 CO、CO2 和 H2 合成甲醇的反应是强放热的体积缩小反应,提高压力、降 低温度有利于化学平稳向生成甲醇的方向移动,同时也
10、有利于抑制副反应的进5 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 行；2.1.2 合成甲醇的化学反应 甲醇是甲醇合成反应是多项铜基催化剂上进行的复杂的、可逆的化学反应；1）、主要的化学反应2）、甲醇合成的副反应2.1.3 甲醇合成反应的化学平稳 一氧化碳和氢气合成甲醇是一个气相可逆反应,压力对反应起着重要作用,用气体 分压来表示的平稳常数可用下面公式表示：Kp= 式中 Kp- 甲醇的平稳常数；P CH3OH,PH2,P CO-分别表示甲醇、氢气、一氧化碳的平稳分压；反应温度也是影响平稳常数的一个重要因素,不同温度
11、下的反应平稳常数见表 1-1；其平稳常数随着温度的上升而很快减小,因此,甲醇合成不能在高温下进行；但 是低温反应速率太慢,所以甲醇生产选用高活性的铜基催化剂,使反应温度掌握在 220280. 表 1-1 不同温度下甲醇反应的平稳常数反应温度 /0 100 200 300 400 平稳常数 / Kp 667.30 12.92 1.909 10-2 2.42 10-4 1.079 10-5 3 甲醇合成的催化剂甲醇合成是是典型的气固相催化反应过程；没有催化剂的存在,合成甲醇反应 6 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - -
12、- - 几乎不能进行；合成甲醇工业的进展,很大程度上取决于催化剂的研制胜利以及质量 的改进；在合成甲醇的生产中,许多工艺指标和操作条件都由所用催化剂的性质决 定；一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来,合成催化剂合成工艺不断争论改进；虽然实验室争论出了多种甲醇合成催化剂,但工业上使用的催化剂只有锌铬和铜基催化剂；3.1 工业用甲醇合成催化剂甲醇合成是是典型的气固相催化反应过程；没有催化剂的存在,合成甲醇反应几乎不能进行；合成甲醇工业的进展,很大程度上取决于催化剂的研制胜利以及质量 的改进；在合成甲醇的生产中,许多工艺指标和操作条件都由所用催化剂的性质决定；自一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来,合成催化剂合
13、成工艺不断争论改进；虽然试验 室争论出了多种甲醇合成催化剂,但工业上使用的催化剂只有锌铬和铜基催化剂；随 着脱硫技术的进展,使用铜基催化剂己成为甲醇合成工业的主要方向,锌基催化剂已 于 80 岁月中期剔除；催化剂型号表 3 国内外常用铜基催化剂特性对比10组分 /操作条件英国 ICI 51-3CuO ZnOAl2O3 压力 /MPa 温度 /60 30 10 7.8-11.8190270德国 LG104 51324 4.9210240美国 C79-2 - 1.5-11.7220330丹麦 LMK 4010- 9.8220270中国 C302 系列51324 5.0-10.0 210280 中国
14、 XCN-98 52 20 8 5.010.0 200290 从表的对比可以看出,国产催化剂的铜含量已提50%以上；制备工艺合理,使该催化剂的活性、挑选性、使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平,并 且价格较低；1. 锌铬催化剂 ZnO/ C r2O3）锌铬催化剂是最早用于工业合成甲醇的,1966 年以前的甲醇合成几乎都用锌铬催化剂；锌铬催化剂一般采纳共沉淀法制造；将锌与铬的硝酸盐溶液用碱沉淀,经洗涤 干燥后成型制的催化剂；也可以用氧化铬溶液加到氧化锌悬浮液中,充分混合,然后 7 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 30 页精选学习资料 - - - -
15、- - - - - 分别水分、烘干,掺进石墨成型；仍可以干法生产,将氧化锌与氧化铬的细分混合均匀 , 添 加 到 少 量 氧 化 铬 溶 液 , 和 石 墨 压 片 , 然 后 烘 干 压 片 制 的 成 品 ；锌铬催化剂使用寿命长,使用范畴宽,耐热性好,抗毒才能好,机械强度好；但是锌铬催化剂活性温度高,操作温度在320-400之间,为了获得较高的转化率,必需在高压下操作,操作压力可达 25-35Mpa,目前逐步被剔除；2. 铜基催化剂 CuO/ ZnO/ C r2O3 或 CuO/ ZnO/ Al2O3）铜基催化剂是 20 世纪 60 岁月开发的产品,它具有良好的低温活性,较高的挑选性,通常
16、用于低、中压流程；1）组成 铜基催化剂的主要化学成分是 CuO/ ZnO/ Al2O3 或 CuO/ ZnO/ C r2O3,其活性组分是 Cu 和 ZnO,同时仍要添加一些助催化剂,促进催化剂活性；C r2O3 的添加可以提高铜在催化剂的分散度,同时又能阻挡分散的铜晶粒在受热时被烧结、长大,延长催化剂的使用寿命；添加Al2O3 助催化剂使催化剂活性更高,而且Al2O3 价 廉 、 无 毒 , 用 Al2O3 代 替 C r2O3 的 铜 基 催 化 剂 更 好 ；2）仍原 氧化铜对甲醇合成无催化活性,投入使用之前需将氧化铜仍原成单质铜,工业上采纳氢气、一氧化碳作为仍原剂,对铜基催化剂进行仍原
17、；其反应如下：CuO+ H2 Cu+ H2O+QCuO+ COCu+ H2O+Q氧化铜的仍原反应是剧烈的放热反应,而且铜基催化剂对热比较敏锐,因此要严格掌握氢及一氧化碳浓度和温度,仍原升温要缓慢,出水匀称,以防温度猛升和出水过快,影响催化剂的活性寿命；H2O + 1/2O2 Cu O +Q 仍原后的催化剂与空气接触时,产生以下反应：假如与大量的空气接触,放出的反应的热将使催化剂超温结烧；因此,停车卸出 之前,应先通入少量氧气逐步进行氧化,在催化剂的表面形成一层氧化铜爱护膜,这 一过程称为催化剂的钝化；铜基催化剂最大的特点是活性高,反应温度低,操作压力低；其缺点是对合成原料气杂质要求严格,特殊是
18、原料气中的S、As 必需精脱除；3）其他类型的催化剂 铜锌铝、铜锌铬催化剂是当前甲醇合成工业的主要催化 剂,但近年来,新型催化剂的研制一刻也没停留过,新型催化剂 研制方向在于进一步 提高催化剂的活性,改善催化剂的热稳固性以及延长催化剂的使用寿命,如钯系催化 8 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 剂、钼系催化剂和低温液相催化剂；这些催化剂虽然在某些方面补偿了铜锌铝、铜锌铬催化剂的不足,但因其活性不抱负或对甲醇的挑选性差等自身缺点,仍只停留在研究阶段而没有实现工业化的应用；3. 铜基催化剂的中毒和寿命铜基催化
19、剂对硫的中毒特别敏锐,一般认为其缘由是H2S 和 Cu 形成 CuS,也可能生成Cu2S,反应如下：Cu+H2SCuS+ H22Cu+H2SCu2S+ H2因此原料气中硫含量应小于0.1ppm,与此类似的是氢卤酸对催化剂的毒性；催化剂使用的寿命与合成甲醇的操作条件有关,铜基催化剂比锌铬催化剂的耐热性差 得多,因此防止超温是延长寿命的重要措施；移动床气化,是目前世界上用于生产合成气的主要方法之一；在大型煤制甲醇的装置中,固定床的优点是投资低,可是它有许多不足：1）对原料煤的黏结性有肯定有肯定要求： 2）气化强度低： 3）环境污染负荷大,治理较麻烦；4 甲醇合成的工艺条件甲醇合成反应为放热、体积缩
20、小的可逆反应,温度、压力及气体组成对反应进行 的程度及速度有肯定的影响；下面环绕温度、压力、气体的组成及空间速度对甲醇合 成反应的影响来争论工艺条件的挑选；4.1 反应温度 在甲醇合成反应过程中,温度对于反应混合物的平稳和速率都有很大影响；对于化学反应来说,温度上升会使分子的运动加快,分子间的有效碰撞增多,并使分子克服化合时的阻力的才能增大,从而增加了分子有效结合的机会,使甲醇合成 反应的速度加快；但是,由一氧化碳加氢生成甲醇的反应和由二氧化碳加氢生成甲醇 的反应均为可逆的放热反应,对于可逆的放热反应来讲,温度上升当然使反应速率常 数增大,但平稳常数的数值将会降低；因此,挑选合适的操作温度对甲
21、醇合成至关重 要；所以必需兼顾上述两个方面,温度过低达不到催化剂的活性温度,就反应不能进行；温度太高不仅增加了副反应,消耗了原料气,而且反应过快,温度难以掌握,简洁使9 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 催化剂衰老失活；一般工业生产中反应温度取决于催化剂的活性温度,不同催化剂其 反应温度不同；另外为了延长催化剂寿命,反应初期宜采纳较低温度,使用一段时间后再升温至适宜温度；4.2 压力 甲醇合成反应为分子数削减的反应,因此增加压力有利于反应向甲醇生成方向移 动,使反应速度提高,增加装置生产才能,对甲醇合成
22、反应有利；但压力的提高对设 备的材质、加工制造的要求也会提高,原料气压缩功耗也要增加以及由于副产物的增加仍会引起产品质量的变差；操作压力的选用与催化剂的活性有关；早期的高压法合 成甲醇工艺采纳的是锌基催化剂,由于活性差,需要在高温高压下操作,其操作压力 为 2535Mpa,操作温度 350420；至较高的压力和温度下,一氧化碳和氢生成甲 烷、异丁醇等副产物,这些副反应的反应热高于甲醇合成反应,使床层温度提高,副 反应加速,假如不准时掌握,回造成温度猛升而损坏催化剂；近年来普遍使用的铜基甲醇合成催化剂,其活性温度范畴在200300,有较高的活性,对于规模小于30万吨/a 的工厂,操作压力一般可降
23、为5Mpa左右；对于超大型的甲醇装置,为了削减设备尺寸,合成系统的操作压力可以升至10Mpa 左右；设采纳的是低压法入塔压强为 5.14MPa）合成甲醇；所以工厂对压力的挑选要在技术、经济等方面综合考虑；4.3 空速 空速的大小意味着气体与催化剂接触时间的长短,在数值上,空速与接触时间互 为倒数；一般来说,催化剂活性愈高,对同样的生产负荷所需的接触时间就愈短,空速愈大；甲醇合成所选用的空速的大小,既涉及合成反应的醇净值、合成塔的生产强度、循环 气 量 的 大 小 和 系 统 压 力 降 的 大 小 , 又 涉 及 到 反 应 热 的 综 合 利 用 ；当甲醇合成反应采纳较低的空速时,气体接触催
24、化剂的时间长,反应接近平稳,反应 物的单程转化率高；由于单位时间通过的气量小,总的产量仍旧是低的；由于反应物 的转化率高,单位甲醇合成所需要的循环量较少,所以气体循环的动力消耗小；当空速增大时,将使出口气体中醇含量降低,即醇净值降低,催化剂床层中既定部位 的醇含量与平稳醇浓度增大,反应速度也相应增大；由于醇净值降低的程度比空速增 大的倍数要小,从而合成塔的生产强度在增加空速的情形下有所提高,因此可以增大 空 速 以 增 加 产 量 ； 但 实 际 生 产 中 也 不 能 太 大 , 否 就 会 带 来 一 系 列 的 问 题 ：10 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 11
25、页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1）提高空速,意味着循环气量的增加,整个系统阻力增加,使得压缩机循环功耗增加；2）甲醇合成是放热反应,依靠反应热来爱护床层温度；那么如空速增大,单位体积气体产生的反应热随醇净值的下降而削减；空速过大,催化剂温度就难以爱护,合成塔 不 能 维 持 自 热 就 可 能 在 不 启 用 加 热 炉 的 情 况 下 使 床 层 温 度 跨 掉 ；4.4 气体组成 原料气组成对催化剂活性的影响是比较复杂的问题,现就以下几种原料气成分对性催化剂活性的影响作一）下讨论；1）惰气体CH4、N2、Ar的影响合成系统中惰性气体含量的高低,影响到合成
26、气中有效气体成分的高低；惰性气体的存在引起CO、CO2、H2分压的下降；合成系统中惰性气体含量,取决于进入合成系统中新奇气中惰性气体的多少和从合成系统排放的气量的多少；排放量过多,增加新奇气的消耗量,缺失原料气的有效成分；排放量过少就影响合成反应进行；调剂惰性气体的含量,可以转变触媒床层的温度分布和系统总体压力；当转化率过高而使合成塔出口温度过高时,提高惰气含量可以解决温度过高的问题；此外,在给定系统压力操作下,为了爱护肯定的产量,必需确定适当的惰气含量,从而挑选量驰放气）合适的排放；2）CO和H2比例的影响从化学反应方程式来看,合成甲醇时CO 与 H2 的分子比为 1：2,CO2 和 H2
27、的分子比是 1：3,这时可以得到甲醇最大的平稳浓度；而且在其他条件肯定的情形下,可使甲醇合成的瞬时速度最大；但由生产实践证明,当CO 含量高时,温度不易掌握,且会导致羰基铁集合在催化剂上,引起催化剂失活,同时由于 CO 在催化剂的活性中心的吸附速率比 H2 要快得多,所以要求反应气体中的氢含量要大于理论量,以提高反应速度；氢气过量同时仍能抑制高级醇、高级烃和仍原物质的生成,削减 H2S 中毒,提高粗甲醇的浓度和纯度；同时又因氢的导热性好,可有利于防止局部过热和降低整个催化层的温度；但氢气过量会降低生产才能,工业生产中用铜系催化剂进行生产时,一般认为在合成塔入口的VH2）： VCO）=45 较为
28、合适；实际生产中我们的氢碳比按照以下关系确定；H2-CO2）/CO+CO2）=2.052.15 11 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 是最初生产甲醇的方法,采纳锌铬催化剂,反应温度 360-400,压力 19.6-29.4Mpa ；高压法由于原料和动力消耗大,反应温度高,生成 粗甲醇中有机杂质含量高,而且投资大,其进展长期以来处于停顿状态；低压法： 5.0-8.0 Mpa 是 20 世纪 60 岁月后期进展起来的甲醇合成技术,低压法基于高活性的 铜基 催化剂,其活性 明显 高于锌铬催化剂 ,反 应温度
29、低 240-270；在较低压力下可获得较高的甲醇收率,且挑选性好,削减了副反应,改善了 甲醇质量,降低了原料消耗；此外,由于压力低,动力消耗降低许多,工艺设备制造 简洁；12 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 低压法甲醇合成工艺流程弛放气124冷79低沸点精馏低沸点物 杂质激 6气排出 3合成气5811 121310高级醇 +水1、5、8 热交换器； 2、9 分别器； 3、4 压缩机器； 6 甲醇合成塔； 7 加热炉； 10 中间储罐； 11 闪蒸塔； 12 轻馏分塔； 13 精馏塔 ICI 低压合成基
30、本工艺过程：自然气脱硫；蒸汽转化；补碳及合成气压缩；甲醇合成；甲醇精制中压法： 9.8-12.0 Mpa 随着甲醇工业的大型化,如采纳低压法势必导致工艺管 道和设备较大,因此在低压法的基础上适当提高合成压力,即进展成为中压法；中压 法仍采纳高活性的铜基催化剂,反应温度与低压法相同,但由于提高了压力,相应的13 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 动力消耗略有增加；目前,甲醇的生产方法仍主要有甲烷直接氧化法：碳和氢气合成甲醇,液化石油气氧化法2本设计的合成工艺2CH4+O22CH3OH.由一氧化以投资成本,
31、生产成本,产品收率为依据,挑选中压法为生产甲醇的工艺,用 CO和 H2 在加热压力下,在催化剂作用下合成甲醇,其主要反应式为：CO+ H2CH3OH 经过净化的原料气,经预热加压,于 5 Mpa、 220下,从上到下进入 Lurgi 反应器,在铜基催化剂的作用下发生反应,出口温度为 250左右,甲醇 7%左右,因此,原料气必需循环,就合成工序配置原就为图 2-2；甲醇的合成是可逆放热反应,为使反应达到较高的转化率,应快速移走反应热,本设计采纳 Lurgi 管壳式反应器,管程走反应气,壳程走4MPa 的沸腾水合水甲醇驰放气循成冷分别环塔器塔器粗甲醇图 1-1 合成合序配置原就14 / 30 名师
32、归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 甲醇合成的工艺流程 循环,混合气体在进反应器前先与反应后气体换热,升温到 220 左右,然后进入管壳式反应器反应,反应热传给壳程中的水,产生的蒸汽进入汽包,出塔气温度约为 250,含甲醇 7%左右,经过换热冷却到 40 ,冷凝的粗甲醇经分别器分别；分别粗甲醇后的气体适当放空,掌握系统中的惰性气体含量；这部分空气作为燃料,大部分气体进入透平压缩机加压返回合成塔,合成塔副产的蒸汽及外部补充的高压蒸汽一起进入过热器加热到 50,带动透平压缩机,透平后的低压蒸汽作为甲醇精馏工段所需热源；5.
33、2 甲醇合成塔的挑选甲醇合成反应器实际是甲醇合成系统中最重要的设备；从操作结构,材料及修理15 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 30 页精选学习资料 - - - - - - - - - 等方面考虑,甲醇合成反应器应具有以下要求：1）催化剂床层温度易于掌握,调剂敏捷,能有效移走反应热,并能以较高位能 回收反应热；2）反应器内部结构合理,能保证气体匀称通过催化剂床层,阻力小,气体处理 量大,合成转化率高,催化剂生产强度大；3）结构紧凑,尽可能多填装催化剂,提高高压空间利用率；高压容器及内件间 无渗漏；催化剂装御便利；制造安装及修理简洁；甲醇合成塔主要由外筒、内件
34、和电加热器三部分组成；内件事由催化剂筐和换热 器两部分组成；依据内件的催化剂筐和换热器的结构形式不同,甲醇内件份为如干类 型；按气体在催化剂床的流向可分为：轴向式、径向式和轴径复合型；按催化剂筐内反应惹得移出方式可分为冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大 类；按换热器的形式分为列管式、螺旋板式、波纹板式等多种形式；目前,国内外的大型甲醇合成塔塔型较多,归纳起来可分为五种：1）冷激式合成塔 这是最早的低压甲醇合成塔,是用进塔冷气冷激来带走反应热；该塔结构简洁,也适于大型化；但碳的转化率低,出塔的甲醇浓度低,循环量大,能耗高,又不能副 产蒸汽,现已经基本被剔除；2）冷管式合成塔 这种合成塔源于氨
35、合成塔,在催化剂内设置足够换热面积的冷气管,用进塔冷管来移走反应热；冷管的结构有逆流式、并流式和U 型管式；由于逆流式与合成反应的放热不相适应,即床层出口处温差最大,但这时反应放热最小,而在床层上部反应最快、放热最多,但温差却又最小,为克服这种不足,冷管改为并流或 U 形冷管；如1984 年 ICI 公司提出的逆流式冷管型及 1993 年提出的并流冷管 TCC 型合成塔和国内林达公司的 U 形冷管型；这种塔型碳转化率较高但仅能在出塔气中副产 0. 4MPa 的低压蒸汽；日前大型装置很少使用；3）水管式合成塔16 / 30 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 30 页精选学
36、习资料 - - - - - - - - - 将床层内的传热管由管内走冷气改为走沸腾水；这样可较大地提高传热系数,更好地移走反应热,缩小传热面积,多装催化剂,同时可副产 蒸汽,是大型化较抱负的塔型；4）固定管板列管合成塔 这种合成塔就是一台列管换热器,催化剂在管内,管间2.5Mpa4.0MPa 的中压是沸腾水,将反应热用于副产 3.0MPa4.0MPa的中压蒸汽；代表塔型有 Lurgi 公司的合成塔和三菱公司套管超级合成塔,该塔是在列管内再增加一小管,小管内走进塔的冷气；进一步强化传热,即反应热通过列管传给壳程沸腾水,而同时又通过列管中心的冷气管传给进塔的冷气；这样就大大提高转化率,降低循环量和
37、能耗,然而使合成塔的结构更复杂；固定管板列管合成塔虽然可用于大型化,但受管长、设备直径、管板制造所限；在日产超过 2000t 时,往往需要并联两个；这种塔型是造价最高的一种,也是装卸催化剂较难的一种；随着合成压力增高,塔径加大,管板的厚度也增加；管板处的催化剂属于绝热段；管板下面仍有一段逆传热段,也就是进塔气225,管外的沸腾水却是248,不是将反应热移走而是水给反应气加热；这种合成塔由于列管需用特种不锈 钢,因而是造价特别高的一种；内换热式合成塔；针对甲醇合成的特点采纳四床内换热式合成塔；各床层是绝热反应,在各床出口将热量移走；这种塔型结构简洁,造价低,不需特种合金 钢,转化率高,适合于大型或超大型装置,但反应热不能全部直接副产中压蒸汽；典 型塔型有 Casa