50萬(wàn)噸年產(chǎn)甲醇合成工藝初步設(shè)計(jì)

1、50萬(wàn)噸年產(chǎn)甲醇合成工藝初步設(shè)計(jì) 酒 泉 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 2009 級(jí) 應(yīng)用化工技術(shù) 專業(yè) 題 目 50萬(wàn)噸年產(chǎn)甲醇合成工藝初步設(shè)計(jì) 畢業(yè)時(shí)間 2012年6月 學(xué)生姓名 田 紅 梅 指導(dǎo)教師 白 老 師 班 級(jí) 2009應(yīng)化5班 2011年 6月20日酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆各專業(yè)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓名田紅梅班級(jí) 2009應(yīng)化5班專業(yè) 應(yīng)用化工技術(shù)指導(dǎo)教師第一次指導(dǎo)意見(jiàn)題目的確定內(nèi)容的審核與要求以及圖表的要求封面設(shè)計(jì)的修正成績(jī)?cè)u(píng)定表的給定摘要重新標(biāo)點(diǎn)的改正關(guān)鍵詞的修改目錄標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的修改章節(jié)的修改與確定以及其排版的修改 2011 年 3 月 20 日指導(dǎo)教師

2、第二次指導(dǎo)意見(jiàn)內(nèi)容的確定摘要的修改目錄標(biāo)點(diǎn)再一次的修改內(nèi)容的修改與流程圖的修改和表格的確定計(jì)算結(jié)果的修改與意見(jiàn)致謝詞的要求參考文獻(xiàn)的要求 2011年 4 月 10 日指導(dǎo)教師第三次指導(dǎo)意見(jiàn)字體撰寫(xiě)不符合規(guī)范要求圖和表的表示方法不準(zhǔn)確整個(gè)內(nèi)容需再一次審查致謝詞字?jǐn)?shù)太少參考文獻(xiàn)格式部分有誤繼續(xù)修改文章中目錄字體要求統(tǒng)一整個(gè)篇章的進(jìn)行細(xì)化和修改 2011年 5 月 1 日指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及評(píng)分田紅梅同學(xué)做的50萬(wàn)噸年產(chǎn)甲醇合成工藝初步設(shè)計(jì)能夠跟當(dāng)前煤化工結(jié)合起來(lái)較為全面的考慮和設(shè)計(jì)了甲醇生產(chǎn)工藝選擇的生產(chǎn)方案較為先進(jìn)跟所學(xué)專業(yè)進(jìn)行了有效的結(jié)合和聯(lián)系取得了較為好的效果在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中任務(wù)完成良好態(tài)度好謙虛

3、認(rèn)真順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)同意推薦答辯成績(jī)良好 簽字蓋章 2011年6月16日答辯小組評(píng)價(jià)意見(jiàn)及評(píng)分成績(jī) 簽字蓋章 年 月 日教學(xué)系畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)小組意見(jiàn)簽字蓋章 年 月 日學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)委員會(huì)審核意見(jiàn)簽字蓋章 年 月 日說(shuō)明1以上各欄必須按要求逐項(xiàng)填寫(xiě)2此表附于畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 封面之后摘要本設(shè)計(jì)重點(diǎn)討論了合成方案的選擇首先介紹了國(guó)內(nèi)外甲醇工業(yè)的現(xiàn)狀甲醇原料的來(lái)源和甲醇本身的性質(zhì)及用途其次介紹了合成甲醇的基本原理以影響合成甲醇的因素甲醇合成反應(yīng)速率的影響在合成方案里面主要介紹了原料路線不同原料制甲醇的方法合成甲醇的三種方法生產(chǎn)規(guī)模的選擇改善生產(chǎn)技術(shù)來(lái)進(jìn)行節(jié)能降耗引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的控制技術(shù)進(jìn)一

4、步提高控制水平來(lái)發(fā)展我國(guó)甲醇工業(yè)及簡(jiǎn)易的流程圖在工藝條件中主要介紹了溫度壓力氫與一氧化碳的比例和空間速度主要設(shè)備冷激式絕熱反應(yīng)器和列管式等溫反應(yīng)器介紹最后進(jìn)行了簡(jiǎn)單的物料衡算關(guān)鍵詞甲醇合成塔煤 一綜述我國(guó)是一個(gè)少油多煤的國(guó)家煤炭貯量非常豐富煤種齊全但到目前為止我國(guó)煤炭資源的綜合利用水平還很低基本上處于小型化分散化產(chǎn)品單一化浪費(fèi)大污染嚴(yán)重和低效益的狀態(tài)因此建設(shè)大型煤炭綜合利用的焦化基地實(shí)現(xiàn)煤炭資源的綜合利用生產(chǎn)高附加值的深加工產(chǎn)品調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)保護(hù)環(huán)境帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)乃至行業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已成為必然趨勢(shì)一國(guó)內(nèi)外甲醇工業(yè)現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)甲醇裝置規(guī)模普遍較小且多采用煤頭路線以煤為原料的約占到78單位產(chǎn)能投資高約為國(guó)外

5、大型甲醇裝置投資的2倍導(dǎo)致財(cái)務(wù)費(fèi)用和折舊費(fèi)用高這些都會(huì)影響成本據(jù)了解我國(guó)有近200家甲醇生產(chǎn)企業(yè)但其中10萬(wàn)噸年以上的裝置卻只占20最大的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)能也就是60萬(wàn)噸年其余80都是10萬(wàn)噸年以下的裝置根據(jù)這樣的裝置格局業(yè)內(nèi)普遍估計(jì)目前我國(guó)甲醇生產(chǎn)成本大約在14001800元噸約200美元噸一旦出現(xiàn)市場(chǎng)供過(guò)于求的局面國(guó)內(nèi)甲醇價(jià)格有可能要下跌到約2000元噸甚至更低這對(duì)產(chǎn)能規(guī)模小單位產(chǎn)能投資較高的國(guó)內(nèi)大部分甲醇生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講會(huì)加劇增而以中東和中南美洲為代表的國(guó)外甲醇裝置普遍規(guī)模較大目前國(guó)際上最大規(guī)模的甲醇裝置產(chǎn)能以達(dá)到170萬(wàn)噸年2008年4月底沙特甲醇公司170萬(wàn)噸年的巨型甲醇裝置在阿爾朱拜勒投

6、產(chǎn)使得該公司5套大型甲醇裝置的總產(chǎn)能投資大幅下降成本競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)據(jù)石油和化工規(guī)劃院分析目前國(guó)外天然氣產(chǎn)地在建的大型甲醇生產(chǎn)裝置成本只有6080美元噸不僅如此國(guó)外大型甲醇裝置多以天然氣為原料采用天然氣兩端轉(zhuǎn)化技術(shù)包括德國(guó)魯奇公司丹麥托普索公司英國(guó)卜內(nèi)門(mén)化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術(shù)相對(duì)煤基甲醇技術(shù)天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟可靠轉(zhuǎn)化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較小裝置緊湊占地面積小盡管近年來(lái)國(guó)際市場(chǎng)天然氣價(jià)格也在上漲但國(guó)外甲醇生產(chǎn)企業(yè)依靠長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議將價(jià)格影響因素將至最低而我國(guó)大部分甲醇生產(chǎn)以煤為原料氣化裝置規(guī)模有限和占地面積大的先天缺陷制約著甲醇生產(chǎn)裝置向大型化發(fā)展同時(shí)近年來(lái)煤炭?jī)r(jià)格的大幅度上漲對(duì)本來(lái)還具有

7、一定成本優(yōu)勢(shì)的煤基甲醇生產(chǎn)較大影響再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)運(yùn)輸費(fèi)用較高種種因素進(jìn)一步削弱了煤基甲醇的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力國(guó)外大型甲醇裝置集中投產(chǎn)后傳統(tǒng)的銷售渠道無(wú)法消化聚然增多的甲醇2010年之前國(guó)外甲醇以低價(jià)沖擊中國(guó)市場(chǎng)幾無(wú)懸念現(xiàn)實(shí)是國(guó)外甲醇生產(chǎn)規(guī)模大技術(shù)先進(jìn)管理嚴(yán)格能耗低產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定國(guó)內(nèi)大甲醇裝置的產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平但許多小甲醇或聯(lián)醇裝置產(chǎn)品質(zhì)量尚不穩(wěn)定據(jù)全國(guó)化學(xué)工程技術(shù)委員會(huì)副主席中石化寧波工程有限公司副總工程師唐宏吉介紹國(guó)內(nèi)煤基甲醇每噸產(chǎn)品能耗為5060焦耗煤16噸左右耗水2230噸以天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇每噸產(chǎn)品能耗約為40焦耗天然氣9001150立方米耗水1520噸我國(guó)小型聯(lián)醇裝

8、置每噸產(chǎn)品耗能則高達(dá)70焦而國(guó)外大型甲醇裝置基本都以天然氣為原料并且每噸產(chǎn)品能耗只有2530焦耗天然氣760920立方米耗水1015噸另外由于我國(guó)甲醇生產(chǎn)大多采用煤基路線酸性氣體和灰渣排放量最大需投入較多資金建設(shè)環(huán)保處理設(shè)施而國(guó)外以天然氣為原料的大型甲醇裝置基本屬于清潔生產(chǎn)對(duì)環(huán)境影響較小環(huán)境投入也相應(yīng)較小許多業(yè)內(nèi)專家都向記者提到了國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)的一個(gè)先天不足我國(guó)甲醇生產(chǎn)所需原料煤炭天然氣主要集中在經(jīng)濟(jì)較落后交通不便的西部而我國(guó)甲醇市場(chǎng)消費(fèi)中心在華東和華南地區(qū)西部甲醇運(yùn)到華東和華南地區(qū)鐵路和公路的長(zhǎng)途運(yùn)輸運(yùn)輸費(fèi)用最高達(dá)400元噸約55美元噸甲醇產(chǎn)地與消費(fèi)地相距較遠(yuǎn)導(dǎo)致交通運(yùn)輸成為今后我國(guó)甲醇發(fā)展的

9、主要瓶頸而大甲醇裝置集中的中東和中南美洲地區(qū)同時(shí)也是世界上天然氣資源最為豐富的地區(qū)自愿地和甲醇生產(chǎn)裝置與沿海地區(qū)距離較遠(yuǎn)生產(chǎn)裝置緊靠甲醇裝運(yùn)碼頭甲醇產(chǎn)品全部采用海路運(yùn)輸運(yùn)輸方便據(jù)統(tǒng)計(jì)從中東中南美洲和澳洲地區(qū)將甲醇運(yùn)到亞洲主港地每噸產(chǎn)品的運(yùn)費(fèi)只有25美元左右運(yùn)輸費(fèi)用較低而且在物流方面即使條件好的國(guó)內(nèi)甲醇企業(yè)也僅有廠內(nèi)儲(chǔ)運(yùn)和鐵路裝運(yùn)設(shè)施國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有全國(guó)性更沒(méi)有世界性的甲醇中轉(zhuǎn)運(yùn)輸基地沒(méi)有甲醇大型專用運(yùn)輸工具而國(guó)外甲醇生產(chǎn)商大多在世界各地建有大型甲醇中轉(zhuǎn)基地和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施擁有自己或長(zhǎng)期租用的甲醇運(yùn)輸船隊(duì)如果談到國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)的后天不足業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為主要是目前國(guó)內(nèi)甲醇裝置建設(shè)大多是獨(dú)資企業(yè)少有合資企業(yè)這對(duì)于

10、投資上百億元的甲醇及下游產(chǎn)品項(xiàng)目來(lái)說(shuō)無(wú)疑加大了融資難度和投資風(fēng)險(xiǎn)而國(guó)外甲醇裝置大多為合資合作建設(shè)與運(yùn)營(yíng)一般股東構(gòu)成包括投資商專利商銷售商和資源供應(yīng)商等且投資商和股東委托專業(yè)資產(chǎn)管理公司協(xié)助運(yùn)營(yíng)這樣便能有效解決融資問(wèn)題降低資金成本和投資風(fēng)險(xiǎn)并在技術(shù)原料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售等方面得到保障最大限度地優(yōu)化各種生產(chǎn)要素提高項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)力根據(jù)智遠(yuǎn)公司調(diào)查盡管我國(guó)已成為最主要的甲醇生產(chǎn)國(guó)但是目前國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)企業(yè)還屬內(nèi)向型企業(yè)產(chǎn)品幾乎全都面向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目的市場(chǎng)分析和決策幾乎也全部依賴于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)出口量微乎其數(shù)根本無(wú)暇顧及到國(guó)際市場(chǎng)上的需求和變化二原料來(lái)源早期是將木材中的木質(zhì)素通過(guò)干餾的方法制取甲醇的現(xiàn)代制甲醇的原料有

11、很多主要有煤石油天然氣和h2co或co2焦炭焦?fàn)t氣三產(chǎn)品的性質(zhì)與用途1產(chǎn)品的性質(zhì)甲醇methanol methyl alcohol 又名木醇木酒精 甲基氫氧化物是一種最簡(jiǎn)單的飽和一元醇化學(xué)分子式為ch3oh相對(duì)分子質(zhì)量3204相對(duì)密度0792204熔點(diǎn)-978沸點(diǎn)645閃點(diǎn)1222自然點(diǎn)46389蒸汽密度111kgm3蒸汽壓1333kpa100mmhg212蒸汽與空氣混合物爆炸范圍6365在通常情況下甲醇是一種有毒無(wú)色易揮發(fā)和易燃的無(wú)色液體具有類似于酒精的味道 甲醇能與水乙醇乙醚酮鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶并與它們形成共沸混合物2產(chǎn)品的用途甲醇是重要的化工原料應(yīng)用廣泛主要用于生產(chǎn)甲醛其消耗

12、量約占甲醇總量的3040其次作為甲基化劑生產(chǎn)甲胺丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯甲基叔丁基醚對(duì)苯二甲酸二甲酯甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸酸酐甲酸甲酯碳酸二甲酯等其次甲醇低壓羰基化生產(chǎn)醋酸近年來(lái)發(fā)展很快隨著碳化工的發(fā)展由甲醇出發(fā)合成乙二醇乙醛乙醇等工藝正在日益受到重視甲醇作為重要原料在敵百蟲(chóng)甲基對(duì)硫磷多菌靈等農(nóng)藥生產(chǎn)中在醫(yī)藥染料塑料合成橡膠合成纖維等工業(yè)中有著重要的地位甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白用作飼料添加劑1甲醇氧化制甲醛甲醇在高溫浮石銀催化劑或其它固體催化劑存在下直接氧化制甲醛目前國(guó)內(nèi)外以上的甲醇用于制甲醛進(jìn)而合成樹(shù)脂塑料及其他化工原料聚甲醛是性能優(yōu)良的工程塑料其用途十分廣泛甲醛還用來(lái)制取丁二醇烏洛托品

13、等近一百種下游產(chǎn)品2甲醇氨化制甲胺將甲醇與氨氣按照一定比例混合在37042050200mpa壓力下以活性氧化鋁為催化劑進(jìn)行合成制得甲胺二甲胺三甲胺的混合物再經(jīng)精餾可得一二或三甲胺產(chǎn)品一二三甲胺用于農(nóng)藥醫(yī)藥染料方面或用作有機(jī)原料中間體3甲醇羰基化反應(yīng)制醋酸由甲醇和一氧化碳在低壓下羰基合成制醋酸其總量占世界醋酸生產(chǎn)能力的50以上4甲醇酯化可生產(chǎn)各種酯類化合物5甲醇與氯氣氫氣混合催化反應(yīng)生成一二三氯甲烷直至四氯化碳氯甲烷可用作有機(jī)硅化合物和含氟樹(shù)脂的原料又是重要的甲基化劑用于生產(chǎn)甲基纖維素季胺化學(xué)品等二氯甲烷用于去漆劑氣霧劑醫(yī)藥原料及硅片生產(chǎn)三氯甲烷可生產(chǎn)hcfc-22作制冷劑或進(jìn)一步加工生產(chǎn)四氟乙

14、烯等產(chǎn)品可用作有機(jī)溶劑萃取劑還可用作染料和藥物的中間體等四氯甲烷可用于生產(chǎn)f-11f-12等6甲醇在金屬硅鋁催化劑或zsm-5型分子篩存在下脫水可制得二甲醚7甲醇脫氫制甲酸甲酯甲酸甲酯是有機(jī)合成原料可用于制甲酰胺二甲基甲酰胺等甲酰胺是醫(yī)藥香料染料的原料還可用作紙張?zhí)幚韯├w維工業(yè)的柔軟劑有機(jī)合成的極性溶劑等二甲基甲酰胺是重要的有機(jī)化工原料和優(yōu)良的溶劑可用作氣體吸收劑農(nóng)藥聚氯酯合成革以及聚丙烯腈抽絲和丁二烯抽提等領(lǐng)域8甲酸制甲基叔丁基醚mtbemtbe具有較好的調(diào)和特性從環(huán)保和發(fā)動(dòng)機(jī)操作兩方面考慮均被認(rèn)為是汽油最好的改良劑mtbe被列入世界上50種基本化工產(chǎn)品之一每噸mtbe約需消耗04噸甲醇因此

15、可望成為今后甲醇消費(fèi)的大市場(chǎng)9甲醇用作燃料甲醇摻燒汽油在北美和西歐已合法化在我國(guó)四川省已出臺(tái)m15的地方標(biāo)準(zhǔn)山西省全甲醇汽車已研制成功并在山西省全面試點(diǎn)全甲醇汽車開(kāi)始批量計(jì)劃在山西和安徽省推廣使用二甲醇合成的基本原理一反應(yīng)原理用氫與一氧化碳在催化劑的作用下合成甲醇是工業(yè)化生產(chǎn)甲醇的主要方法很多研究證明氫與一氧化碳在合成反應(yīng)中發(fā)生的變化很復(fù)雜可以用以下的幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)式來(lái)說(shuō)明1 主反應(yīng)co2h2 ch3oh h 9064mol當(dāng)原料氣中存在二氧化碳時(shí)也能和氫氣反應(yīng)生成甲醇其反應(yīng)為 co23h2 ch3ohh2o h 4967mol2副反應(yīng) co3h2 ch4h2oq 2co2h2 co2ch4 q

16、 4co8h2 c4h9oh3h2oq 當(dāng)有鐵鈷鉬鎳等金屬存在時(shí)可能會(huì)有下列副反應(yīng) 2co co2cq 從產(chǎn)物甲醇出發(fā)的副反應(yīng) 2ch3oh ch3och3二甲醚h2oq ch3ohnco 2nh2 cnh2n1ch2oh高級(jí)醇nh2o ch3ohnco2n-1h2 cnh2n1cooh有機(jī)酸n-1h2o 這些副反應(yīng)產(chǎn)物還可以進(jìn)行脫水縮合酯化和酮基化反應(yīng)等生成烯烴酯類或酮類等副產(chǎn)物當(dāng)催化劑中混有堿類時(shí)這些化物的生成大大地被加強(qiáng)二影響反應(yīng)的因素1反應(yīng)物和生成物的濃度根據(jù)化學(xué)平衡可知此反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)增加氫氣與一氧化碳的濃度平衡向生成甲醇的方向進(jìn)行因此增加反應(yīng)物的濃度有利于反應(yīng)的進(jìn)行但是當(dāng)反應(yīng)進(jìn)

17、行一段時(shí)間后隨著反應(yīng)的進(jìn)行甲醇的含量越來(lái)越多反應(yīng)就會(huì)逆向進(jìn)行所以降低生成物的濃度有利于甲醇的合成2反應(yīng)溫度甲醇合成是一個(gè)放熱反應(yīng)按照化學(xué)平衡移動(dòng)原理降低溫度平衡向右移動(dòng)有利于甲醇的合成但是反應(yīng)溫度升高時(shí)將會(huì)促使反應(yīng)向左移動(dòng)同時(shí)會(huì)引起一系列的副反應(yīng)主要生成甲烷高級(jí)醇等所以要使甲醇的平衡產(chǎn)率高應(yīng)該采取較低的反應(yīng)溫度3壓力根據(jù)甲醇合成反應(yīng)可知此反應(yīng)是一個(gè)體積減小的反應(yīng)增加壓力平衡向右進(jìn)行有利于甲醇的生成減小壓力平衡就會(huì)向左移動(dòng)不利于甲醇的合成三甲醇合成反應(yīng)的速率在單位時(shí)間內(nèi)由氫一氧化碳合成為甲醇的數(shù)量稱為合成反應(yīng)速率在實(shí)際生產(chǎn)中總希望合成反應(yīng)進(jìn)行的快些在單位時(shí)間合成甲醇越多越好合成甲醇的反應(yīng)速率與溫

18、度壓力催化劑及惰性氣體的濃度有關(guān)1溫度大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速率均隨著溫度的升高而加快這是因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)的進(jìn)行一方面由于各種分子的碰撞另一方面需要克服化合時(shí)的阻力當(dāng)溫度升高以后會(huì)加快分子運(yùn)行的速率使分子與分子間在單位時(shí)間內(nèi)碰撞的次數(shù)增加同時(shí)又使化合分子克服阻力的能力增大從而增加了分子有效結(jié)合的機(jī)會(huì)但對(duì)于甲醇合成的反應(yīng)由于屬于可逆放熱反應(yīng)隨著溫度的升高正反應(yīng)逆反應(yīng)和副反應(yīng)的速率均增大總的反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜并非隨溫度的升高而簡(jiǎn)單地增2壓力反應(yīng)速率是由分子之間的碰撞機(jī)會(huì)的多少來(lái)決定的在高壓下因氣體體積減小了則氫與一氧化碳分子間的距離也隨之縮短分子之間相互碰撞的機(jī)會(huì)和次數(shù)就會(huì)增多甲醇合成反應(yīng)的速率也

19、就會(huì)因此而加快無(wú)論對(duì)于反應(yīng)的平衡和速率提高壓力總是對(duì)甲醇合成有利的在恒溫下增高壓力可以促進(jìn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)而提高甲醇的產(chǎn)率在恒壓下升高溫度會(huì)降低甲醇的產(chǎn)率并促使不希望的副反應(yīng)的進(jìn)行3催化劑由氫與一氧化碳直接合成甲醇是在適當(dāng)?shù)臏囟葔毫陀写呋瘎┐嬖诘臈l件下進(jìn)行的催化劑的存在使反應(yīng)能在較低溫度下加快合成反應(yīng)速率縮短反應(yīng)所需要的時(shí)間如果沒(méi)有催化劑即使在很高的溫度和壓力之下反應(yīng)速率仍然很慢所以由氫與一氧化碳合成甲醇必須使用催化劑現(xiàn)在以低溫的銅基催化劑為主4惰性氣體濃度在溫度壓力和催化劑一定的情況下惰性氣體含量的增加會(huì)使合成反應(yīng)的瞬時(shí)反應(yīng)速率降低惰性氣體對(duì)反應(yīng)速率的影響可簡(jiǎn)單的認(rèn)為是當(dāng)惰性氣體存在時(shí)干擾了氫分子

20、與一氧化碳分子的碰撞的結(jié)合概率從以上分析可以看出在選擇和確定適宜的合成甲醇反應(yīng)條件的依據(jù)如下1壓力越高越有利于甲醇的合成2需要選擇一個(gè)合適的溫度使反應(yīng)進(jìn)行的既快又完全3必須選用一種甲醇合成的催化劑以加快反應(yīng)速率并且在所用的氫與一氧化碳混合氣中不能含有對(duì)催化劑有毒害作用的雜質(zhì)4混合氣中氫與一氧化碳的含量越大越有利于合成反應(yīng)因此氣體中惰性氣體的含量越低越好5反應(yīng)生成的甲醇要及時(shí)從混合氣中分離出去并且不斷補(bǔ)充新鮮的氫與一氧化碳?xì)怏w三生產(chǎn)方案的選擇甲醇的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展很快近年來(lái)以碳的氧化物與氫合成甲醇的方法在原料路線工藝技術(shù)節(jié)能降耗生產(chǎn)規(guī)模過(guò)程控制與優(yōu)化等方面都有新的突破與進(jìn)一原料路線甲醇生產(chǎn)的路線大致

21、有煤石油天然氣和h2co或co2的工業(yè)廢氣20世紀(jì)50年代甲醇生產(chǎn)所用的原料主要有煤焦炭焦?fàn)t氣到20世紀(jì)60年代天然氣逐漸成為制造甲醇的主要原料因?yàn)樗?jiǎn)化了流程便于輸送降低了成本從甲醇生產(chǎn)的實(shí)際情況核算采用天然氣為原料要比采用煤為原料投資降低35成本降低50目前國(guó)際上甲醇總產(chǎn)量中約有70左右是以天然氣為原料的另外使用烴類加工副產(chǎn)氣乙炔尾氣或乙烯裂解廢氣則經(jīng)濟(jì)效果更顯著但數(shù)量有限使其使用受到限制以不同原料制取甲醇的經(jīng)濟(jì)效果可以簡(jiǎn)化地對(duì)比如1所示以褐煤為100表1 制取甲醇的經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比表 褐煤 焦?fàn)t氣 天然氣乙炔尾氣 投資 100 7085 65 3 成本 100 80 5055 40可見(jiàn)以煤為

22、原料制取甲醇的投資和成本最高但是隨著能源緊張今后以煤為原料生產(chǎn)甲醇的比例將會(huì)上升因?yàn)閺氖澜缒茉唇Y(jié)構(gòu)來(lái)看世界煤的貯藏量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)天然氣和石油我國(guó)的情況更是如此煤不能直接作為汽車柴油機(jī)的燃料煤加工成甲醇后就可以作為汽車柴油機(jī)的燃料甲醇作為液體燃料將成為其主要用途由煤生成甲醇被稱為煤的間接液化這也是煤炭利用重要的發(fā)展方向另外煤氣化技術(shù)發(fā)展迅速除傳統(tǒng)的固定床ugi氣化爐外固定床魯奇氣化爐流化床溫克勒氣化爐氣流床kt爐和德士古爐殼牌爐shell的開(kāi)發(fā)均實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化二不同原料制甲醇1天然氣制甲醇的生產(chǎn)方法天然氣是制造甲醇的主要原料天然氣的主要組分是甲烷還含有少量的其他烷烴烯烴與氮?dú)庖蕴烊粴馍a(chǎn)甲醇原料氣有蒸

23、汽轉(zhuǎn)化催化部分氧化非催化部分氧化等方法其中蒸汽轉(zhuǎn)化法應(yīng)用得最廣泛它是在管式爐中常壓或加壓下進(jìn)行的由于反應(yīng)吸熱必須從外部供熱以保持所要求的轉(zhuǎn)化溫度一般是在管間燃燒某種燃料氣來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化用的蒸汽直接在裝置上靠煙道氣和轉(zhuǎn)化氣的熱量制取 由于天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制的合成氣中氫過(guò)量而一氧化碳與二氧化碳量不足工業(yè)上解決這個(gè)問(wèn)題的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽轉(zhuǎn)化法以達(dá)到合適的配比二氧化碳可以外部供應(yīng)也可以由轉(zhuǎn)化爐煙道氣中回收另一種方法是以天然氣為原料的二段轉(zhuǎn)化法即在第一段轉(zhuǎn)化中進(jìn)行天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化只有約14的甲烷進(jìn)行反應(yīng)第二段進(jìn)行天然氣的部分氧化不僅所得合成氣配比合適而且由于第二段反應(yīng)溫度提高到800以上殘留的

24、甲烷量可以減少增加了合成甲醇的有效氣體組分 天然氣進(jìn)入蒸汽轉(zhuǎn)化爐前需進(jìn)行凈化處理清除有害雜質(zhì)要求凈化后氣體含硫量小于01mlm3轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)壓縮去合成工段合成甲醇 2煤焦炭制甲醇的生產(chǎn)方法煤與焦炭是制造粗甲醇原料氣的主要固體燃料用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括燃料的氣化氣體的脫硫變換脫碳及甲醇合成與精制 用蒸汽與氧氣 或空氣富氧空氣 對(duì)煤焦炭進(jìn)行熱加工稱為固體燃料氣化氣化所得可燃性氣體通稱煤氣是制造甲醇的初始原料氣氣化的主要設(shè)備是煤氣發(fā)生爐按照煤在爐中的運(yùn)動(dòng)方式氣化方法可分為固定床 移動(dòng)床 氣化法流化床氣化法和氣流床氣化法國(guó)內(nèi)用煤與焦炭制甲醇的煤氣化般采用固定床間歇?dú)饣簹鉅t沿用ucj爐在國(guó)

25、外對(duì)于煤的氣化目前已工業(yè)化的煤氣爐有柯柏斯-托切克魯奇及溫克勒三種還有第二第三代煤氣化爐的爐型主要有德士古 texaco 及謝爾-柯柏斯等用煤和焦炭制得的粗原料氣中組分中氫碳比太低故在氣體脫硫后要經(jīng)過(guò)變換工序使過(guò)量的一氧化碳變換為氫氣和二氧化碳再經(jīng)脫碳工序?qū)⑦^(guò)量的二氧化碳除去 原料氣經(jīng)壓縮甲醇合成與精餾精制后制得甲醇 3油制甲醇的生產(chǎn)方法工業(yè)上用油來(lái)制取甲醇的油品主要有二類一類是石腦油另一類是重油 原油精餾所得的220以下的餾分稱為輕油又稱石腦油以石腦油為原料生產(chǎn)合成氣的方法有加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法催化部分氧化法加壓非催化部分氧化法間歇催化轉(zhuǎn)化法等目前用石腦油生產(chǎn)甲醇原料氣的主要方法是加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法石

26、腦油的加壓蒸汽轉(zhuǎn)化需在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行轉(zhuǎn)化爐內(nèi)有輻射室和對(duì)流室在高溫催化劑存在下進(jìn)行烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)石腦油經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化后其組成恰可滿足合成甲醇之需要既無(wú)需在轉(zhuǎn)化前后補(bǔ)加二氧化碳或設(shè)二段轉(zhuǎn)化也無(wú)需經(jīng)變換脫碳調(diào)整其組成重油是石油煉制過(guò)程中的一種產(chǎn)品根據(jù)煉制方法不同可分為常壓重油減壓重油裂化重油及它們的混合物以重油為原料制取甲醇原料氣有部分氧化法與高溫裂解法兩種途徑裂解法需在1400以上的高溫下在蓄熱爐中將重油裂解雖然可以不用氧氣但設(shè)備復(fù)雜操作麻煩生成炭黑量多 重油部分氧化是指重質(zhì)烴類和氧氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)反應(yīng)放熱使部分碳?xì)浠衔锇l(fā)生熱裂解裂解產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生氧化重整反應(yīng)最終得到以h2co為主及少量c

27、o2ch4的合成氣供甲醇合成使用重油部分氧化法所生成的合成氣由于原料重油中碳?xì)浔雀吆铣蓺庵幸谎趸寂c二氧化碳含量過(guò)量需將部分合成氣經(jīng)過(guò)變換使一氧化碳與水蒸氣作用生成氫氣與二氧化碳然后脫除二氧化碳以達(dá)到合成甲醇所需之組成合成后的粗甲醇需經(jīng)過(guò)精制除去雜質(zhì)與水得到精甲醇4聯(lián)醇生產(chǎn)方法與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)甲醇簡(jiǎn)稱聯(lián)醇這是一種合成氣的凈化工藝以替代我國(guó)不少合成氨生產(chǎn)用銅氨液脫除微量碳氧化物而開(kāi)發(fā)的一種新工藝聯(lián)醇生產(chǎn)的工藝條件是在壓縮機(jī)五段出口與銅洗工序進(jìn)口之間增加一套甲醇合成的裝置包括甲醇合成塔循環(huán)機(jī)水冷器分離器和粗甲醇貯槽等有關(guān)設(shè)備工藝流程是壓縮機(jī)五段出口氣體先進(jìn)人甲醇合成塔大部分原先要在銅洗工序除去的一

28、氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔內(nèi)與氫氣反應(yīng)生成甲醇聯(lián)產(chǎn)甲醇后進(jìn)入銅洗工序的氣體一氧化碳含量明顯降低減輕了銅洗負(fù)荷同時(shí)變換工序的一氧化碳指標(biāo)可適量放寬降低了變換的蒸汽消耗而且壓縮機(jī)前幾段氣缸輸送的一氧化碳成為有效氣體壓縮機(jī)電耗降低 聯(lián)產(chǎn)甲醇后能耗降低較明顯可使每噸氨節(jié)電50kwh節(jié)省蒸汽04t折合能耗為200萬(wàn)kj聯(lián)醇工藝流程必須重視原料氣的精脫硫和精餾等工序以保證甲醇催化劑使用壽命和甲醇產(chǎn)品質(zhì)量 根據(jù)我國(guó)的資源狀況我國(guó)是一個(gè)石油貧乏的國(guó)家如果采用油制甲醇的生產(chǎn)方法就必須得向國(guó)外進(jìn)口石油這樣原料成本就會(huì)增加同樣我國(guó)自然界中存在的天然氣也比較小要利用天然氣作原料必須利用其它原料進(jìn)行制取同樣增加了生產(chǎn)

29、的成本但是我國(guó)的煤儲(chǔ)存量大我們可以利用煤來(lái)制甲醇這樣不但合理利用我國(guó)現(xiàn)有的資源而且降低了原料和生產(chǎn)的成本所以以煤為原料制甲醇是目前最受歡迎的方案三合成方法工業(yè)上合成甲醇的方法有高壓法196-294mpa200-300at中壓法98-196mpa100-200at低壓法49-98mpa50-100at三種1高壓法高壓流程一般采用鉻鋅催化劑在33340030mpa 高溫高壓下合成甲醇的流程差不多有50年的時(shí)間世界上合成甲醇生產(chǎn)都沿用這種流程由于脫硫技術(shù)的進(jìn)展高壓法也有采用活性強(qiáng)的銅催化劑以改善合成條件達(dá)到提高能效和增產(chǎn)甲醇的效果2中壓法中壓法是在低壓法研發(fā)基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來(lái)的隨著甲醇工業(yè)規(guī)模的大

30、型化已有日產(chǎn)2000噸的裝置甚至更大的規(guī)模如采用低壓法將導(dǎo)致工藝管路和設(shè)備體積相當(dāng)龐大且不僅湊因此發(fā)展了壓力為10mpa左右的甲醇合成中壓法它能更有效地降低建廠費(fèi)用和甲醇的生產(chǎn)成本中壓法仍采用高活性的銅系催化劑反應(yīng)溫度與低壓法相同具有與低壓法相似的優(yōu)點(diǎn)且由于提高了合成壓力相應(yīng)提高了甲醇合成效能出反應(yīng)器氣體中的甲醇含量由低壓法的3提至53低壓法ici低壓甲醇法為英國(guó)ici公司在1966年研究成功的甲醇合成方法從而打破了高壓法的壟斷這是甲醇生產(chǎn)工藝上的一次重大變革它采用51-1型銅系催化劑合成壓力為5mpa銅系催化劑的活性高于鋅系其反應(yīng)溫度240-300因此在較低壓力下即獲得相當(dāng)?shù)募状籍a(chǎn)率銅系催化

31、劑不僅活性好且選擇性好因此減少了副反應(yīng)改善了粗甲醇質(zhì)量降低了原料的消耗顯然由于壓力低工藝設(shè)備的制造比高壓法容易得多投資少能耗約降低14成本亦降低顯示了低壓法的優(yōu)越性據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)中低壓法裝置的合計(jì)能力約占目前世界甲醇裝置總能力的80以上其余為各式各樣的高壓法裝置四生產(chǎn)規(guī)模甲醇生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一是單系列大型化由于高壓設(shè)備尺寸的限制20世紀(jì)50年代以前甲醇合成塔的單塔生產(chǎn)能力一般不超過(guò)100-200噸天20世紀(jì)60年代不超過(guò)200-300噸天但近幾十年來(lái) 單系列大型甲醇合成塔不斷地被開(kāi)發(fā)并在工業(yè)生產(chǎn)中使用管殼型甲醇合成塔的單塔能力可達(dá)1000-1500噸天隨著由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的大型離心壓縮機(jī)研制成功為

32、合成氣壓縮機(jī)循環(huán)機(jī)的大型化提供了條件由于大型裝置的設(shè)備利用率和能源利用率較好可以節(jié)省單位產(chǎn)品的投資和降低產(chǎn)品成本但生產(chǎn)能力的增加裝置的單位產(chǎn)品投資和成本遞減緩慢因此對(duì)生產(chǎn)規(guī)模的選擇亦不宜過(guò)大五節(jié)能降耗甲醇成本中能源費(fèi)用占有較大的比重降低甲醇制造過(guò)程的能量消耗這是新建甲醇裝置普遍重視解決的課題舊有的裝置也極重視這方面的技術(shù)改進(jìn)工作如熱能的充分利用原料氣制備的工藝改進(jìn)采用透平壓縮機(jī)使用高活性催化劑等都取得了顯著的節(jié)約能量消耗的效果研究進(jìn)一步提高碳的氧化物與氫合成甲醇單程轉(zhuǎn)化率的新工藝在強(qiáng)化生產(chǎn)的同時(shí)實(shí)質(zhì)也是節(jié)約能量的重要手段如美國(guó)最近報(bào)道了正在開(kāi)發(fā)的甲醇新工藝通過(guò)液相催化劑的h2co轉(zhuǎn)化率達(dá)到90

33、因此原料天然氣可用空氣部分氧化法不必用純氧部分氧化法或蒸汽轉(zhuǎn)化法制取甲醇原料氣而節(jié)省了大量投資能量與成本費(fèi)用合成氣與催化劑約在100反應(yīng)反應(yīng)液在器外循環(huán)冷卻移熱很方便估計(jì)投資約降低37生產(chǎn)成本降低2日本報(bào)道了開(kāi)發(fā)成功在常壓常溫下將co轉(zhuǎn)化成甲醇的新方法其工藝特點(diǎn)如下能量消耗少甲醇轉(zhuǎn)化率可達(dá)100所用催化劑是金屬絡(luò)合物埃弗立特鹽k2fefecn6又如美國(guó)報(bào)道了由co和水生成甲醇的新技術(shù)該方法用以鉛為基礎(chǔ)的催化劑反應(yīng)條件為1013atm和300合成率較高這些研發(fā)工作對(duì)于改進(jìn)甲醇技術(shù)和發(fā)展生產(chǎn)具有非常重要的意義六過(guò)程控制甲醇生產(chǎn)是連續(xù)操作技術(shù)密集的工藝目前正向高度自動(dòng)化水平發(fā)展化工過(guò)程優(yōu)化控制在甲醇

34、生產(chǎn)中得到推廣和應(yīng)用引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的控制技術(shù)進(jìn)一步提高控制水平對(duì)發(fā)展我國(guó)甲醇工業(yè)具有非常重要的意義七工藝流程由于低壓法甲醇合成技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)現(xiàn)在世界各國(guó)甲醇合成已廣泛采用了低壓合成法所以本節(jié)主要介紹低壓法甲醇合成工藝流程這是目前各生產(chǎn)廠家普遍采用的工藝流程由制氣壓縮合成精制四大部分組成其流程簡(jiǎn)圖如圖1所示圖1 工藝流程框圖圖2 甲醇合成流程圖1加熱爐2轉(zhuǎn)化爐3廢熱鍋爐4加熱器5脫硫器612172124水冷器7氣液分離器8合成氣壓縮機(jī)9循環(huán)氣壓縮機(jī)10甲醇合成塔1115熱交換器13甲醇分離器14粗甲醇中間槽16脫除輕組分塔18分離塔1922再沸塔20甲醇精餾塔23co2吸收塔將煤轉(zhuǎn)化后得到的合成

35、氣 h2co 經(jīng)換熱脫硫脫硫后的合成氣含硫不超過(guò)0510-6經(jīng)水冷卻分離出冷凝水后進(jìn)入合成壓縮機(jī)壓縮壓力略低于5mpa與循環(huán)氣混合后在循環(huán)氣壓縮機(jī)中增壓至5mpa進(jìn)入合成反應(yīng)器在催化床層中進(jìn)行合成反應(yīng)合成反應(yīng)器為冷激式絕熱反應(yīng)器催化劑為銅基催化劑操作壓力為5mpa操作溫度為240270由反應(yīng)器出來(lái)的氣體含甲醇68經(jīng)換熱器與合成氣進(jìn)行熱交換后進(jìn)入水冷器使產(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(yīng)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(jī)循環(huán)使用為了防止惰性氣體積累將部分循環(huán)氣放空粗甲醇中除了含甲醇外還含有兩大類雜質(zhì)一類是溶于其

36、中氣體和易揮發(fā)的輕組分如氣體一氧化碳二氧化碳二甲醚乙醛丙酮甲酸甲酯和羰基鐵等另一類是難揮發(fā)的重組分如乙醇高級(jí)醇水等可用兩個(gè)精餾塔給予精餾粗甲醇首先進(jìn)入脫除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被放空此塔一般為板式塔約為4050塊塔板塔底液相進(jìn)入甲醇精餾塔塔頂采出產(chǎn)品甲醇重組分乙醇高級(jí)醇等雜醇油在塔的加料板下614塊板處側(cè)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為6070塊塔板由于低壓法合成的甲醇雜質(zhì)含量少凈化比較容易利用雙塔精制流程便可以獲得純度質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)9985的精制產(chǎn)品甲醇四工藝條件一般說(shuō)來(lái)構(gòu)成和影響最佳生產(chǎn)條件的因素很多但最主要的因素是溫度壓力氫與一氧化碳的

37、比例 氫碳比 空間速度及惰性氣體的含量一溫度甲醇合成過(guò)程是屬于可逆放熱反應(yīng)過(guò)程溫度是極其重要的因素降低溫度有利于反應(yīng)的平衡但對(duì)反應(yīng)速率而言卻是在最適宜的反應(yīng)溫度下進(jìn)行速率最快在實(shí)際生產(chǎn)中反應(yīng)溫度的高低決定于催化劑的活性溫度不同的催化劑有不同的活性溫度同一種催化劑在不同的使用時(shí)期其最適宜的溫度也有所不同催化劑在使用初期活性較強(qiáng)反應(yīng)溫度就可以維持低一些催化劑在使用中后期活性減弱則反應(yīng)溫度就要維持高一些最適宜的反應(yīng)溫度還與壓力空速的因素有關(guān)在壓力高空速大的情況下反應(yīng)溫度就要維持高一些此外在確定最佳溫度時(shí)還須考慮以下兩種情況在單位時(shí)間內(nèi)單位體積的催化劑可獲得最高甲醇產(chǎn)率的最佳溫度單位體積的原料氣體可獲

38、得最高甲醇產(chǎn)率的最佳溫度在工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)是在合成反應(yīng)器里的催化劑層進(jìn)行的催化劑層每一部位溫度是不同的因此如何正確地分布整個(gè)催化劑層的溫度是維持反應(yīng)的最適宜溫度的關(guān)鍵控制最佳的反應(yīng)溫度是指控制催化劑層的熱點(diǎn)溫度而言熱點(diǎn)溫度一般控制在催化劑層的上部即控制氣體進(jìn)入催化劑床層處的溫度高在氣體的出口處溫度低熱點(diǎn)溫度所處的位置是溫度分布是否合適的具體標(biāo)志因?yàn)殡m然在高溫下甲醇的平衡濃度較低但剛進(jìn)入催化劑的循環(huán)氣中甲醇的含量較低距離較高溫度下的甲醇平衡濃度值很遠(yuǎn)故宜使上層維持較高的反應(yīng)溫度以增加合成反應(yīng)的速率當(dāng)氣體從上到下經(jīng)過(guò)催化劑層時(shí)逐漸由甲醇生成含甲醇量增加時(shí)如果不相應(yīng)降低催化劑層的溫度此時(shí)與甲醇的平衡濃

39、度值逐漸接近將減慢甲醇的合成速率故在操作中應(yīng)維持熱點(diǎn)以下的溫度逐漸降低以進(jìn)一步促進(jìn)甲醇的合成隨著催化劑使用時(shí)間的增長(zhǎng)催化劑活性也逐漸減退則熱點(diǎn)溫度的位置也會(huì)逐漸往下移動(dòng)因而合成速率也逐漸降低如果嚴(yán)重時(shí)就應(yīng)考慮更換新的催化劑此外還必須指出的是整個(gè)催化劑層的溫度都必須維持在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)如果某一部位的溫度低于活性溫度則這一部位的催化劑的作用就不能充分發(fā)揮如果某一部位的催化劑溫度較高則有可能引起催化劑過(guò)熱而失去活性一般地應(yīng)使進(jìn)入催化劑層的溫度不低于200銅基催化劑熱點(diǎn)溫度 非均溫反應(yīng)器 低于280二壓力增加壓力對(duì)反應(yīng)平衡及加快反應(yīng)速率均有利而且壓力提高后能使單位時(shí)間內(nèi)甲醇產(chǎn)量增加增加壓力雖能

40、提高甲醇產(chǎn)率但合成反應(yīng)不是單由壓力這個(gè)因素決定的它受溫度空速氫與一氧化碳的比例和惰性氣體含量等因素的影響同時(shí)甲醇的平衡濃度也不是隨著壓力增加而成比例的增加另外合成壓力太大對(duì)設(shè)備要求很嚴(yán)制造比較復(fù)雜且投資較大近幾年來(lái)中低壓法應(yīng)用的較多中壓法的壓力為15mpa低壓法的壓力為5mpa中低壓法都采用銅基催化劑三氫與一氧化碳的比例根據(jù)反應(yīng)原理可知?dú)渑c一氧化碳合成甲醇摩爾比為2但是由于co在催化劑的活性中心吸附速率比h2要快所以要達(dá)到吸附相中n h2 n co 2就要使氣相 中的h2過(guò)量一些一般認(rèn)為在合成反應(yīng)器入口的n h2 n co 45叫合適而且過(guò)量的氫氣可以減少副反應(yīng)以及降低催化劑的中毒程度四空間速

41、度甲醇合成率的高低不僅與溫度壓力氫與一氧化碳比例有關(guān)而且和氣體與催化劑接觸時(shí)間的長(zhǎng)短也有很大的關(guān)系氣體與催化劑接觸時(shí)間的長(zhǎng)短通常是以空間速度來(lái)表示的在一定的溫度和壓力下增大空間速度會(huì)使原料氣與催化劑接觸的時(shí)間縮短使出反應(yīng)器氣體中甲醇含量降低從上述情況看似乎提高空間速度對(duì)生產(chǎn)不利但實(shí)際上卻不如此因?yàn)殡S著空間速度的增大在單位時(shí)間內(nèi)氣體的循環(huán)次數(shù)增加因此催化劑的生產(chǎn)能力也隨之提高增大空間速度雖然可以提高催化劑的生產(chǎn)能力對(duì)增加產(chǎn)量有利但是空間速度也不能無(wú)限制地增加因?yàn)樗€受到下列因素的限制在生產(chǎn)過(guò)程中催化劑層的反應(yīng)溫度是依靠生成甲醇時(shí)放出的反應(yīng)熱來(lái)維持的因此空間速度增加太大帶出的熱量增多合成反應(yīng)器內(nèi)熱

42、量失去平衡必然會(huì)使溫度下降反而會(huì)影響產(chǎn)量空間速度增大則氣體的流速加快氣體在設(shè)備中停留時(shí)間縮短水冷器的冷卻面積需相應(yīng)增大不然就不能將高速氣流中的氣體甲醇很好地冷凝下來(lái)在增大空間速度以后系統(tǒng)阻力也會(huì)增加為了減小阻力就需將設(shè)備和管線的直徑加大由于空間速度增大使出合成反應(yīng)器氣體中甲醇的百分含量降低為了達(dá)到一定的分離效率就需將甲醇分離器的體積增大空間速度的增大氣體的循環(huán)量和循環(huán)速度的加快需相應(yīng)增加循環(huán)機(jī)的打氣量這樣不但增加基建費(fèi)用而且動(dòng)力消耗及管理費(fèi)用都隨之增加但是合成反應(yīng)器的空間速度也不宜過(guò)低若空間速度過(guò)低則可能使反應(yīng)熱不能及時(shí)從催化劑床層移走造成催化劑床層局部過(guò)熱或超溫五主要設(shè)備的介紹甲醇合成反應(yīng)器

43、是甲醇生產(chǎn)的核心設(shè)備設(shè)計(jì)合理的甲醇合成反應(yīng)器應(yīng)做到催化床的溫度易于控制調(diào)節(jié)靈活合成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率高催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大能從較高位能亦稱甲醇轉(zhuǎn)化器或甲醇合成塔圖3冷激式反應(yīng)器 圖4列管式反應(yīng)器一冷激式絕熱反應(yīng)器反應(yīng)氣體由上部進(jìn)入反應(yīng)器冷激氣在段間經(jīng)噴嘴噴入噴嘴分布于反應(yīng)器的整個(gè)截面上以便冷激氣與反應(yīng)氣混合均勻混合后的溫度正好是反應(yīng)溫度低限混合氣進(jìn)入下一段床層進(jìn)行反應(yīng)段中進(jìn)行的反應(yīng)為絕熱反應(yīng)釋放的反應(yīng)熱使反應(yīng)氣體溫度升高但未超過(guò)反應(yīng)溫度高限于下一段間再與冷激氣混合降溫后進(jìn)入再下一段床層進(jìn)行反應(yīng)二列管式等溫反應(yīng)器該類反應(yīng)類似于列管式換熱器其結(jié)構(gòu)示意如圖二所示催化劑裝填于列管中殼程走冷卻水 鍋爐給水 反應(yīng)熱

44、由管外鍋爐給水帶走同時(shí)產(chǎn)生高壓蒸汽通過(guò)對(duì)蒸汽壓力的調(diào)節(jié)可以方便地控制反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)溫度使其沿管長(zhǎng)溫度幾乎不變避免了催化劑的過(guò)熱延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命六物料衡算一計(jì)算范圍 以反應(yīng)器為計(jì)算范圍如圖所示 coh2 ch4co2h2oc4h9oh ch3oh圖反應(yīng)器二主副反應(yīng)co2h2 ch3oh h 9064mol co3h2 ch4h2o 2co2h2 co2ch4 4co8h2 c4h9oh3h2o 2co4h2 ch3och3h2o按反應(yīng)co計(jì)算甲醇的產(chǎn)率96甲烷的產(chǎn)率16二氧化碳的產(chǎn)率06丁醇的產(chǎn)率04乙二醚的產(chǎn)率為06水的產(chǎn)率08三計(jì)算任務(wù)原料消耗量和產(chǎn)物摩爾組成四計(jì)算基準(zhǔn)年工作時(shí)按照8000h計(jì)500000t1000kg8000h 62500kgh五選擇數(shù)據(jù) 產(chǎn)物甲醇的收率95一氧化碳的轉(zhuǎn)化率97 coh2 12 原料一氧化碳組成 摩爾分?jǐn)?shù) 一氧化碳99水