煤質(zhì)甲醇合成工藝設計大學論

1、榆林職業(yè)技術(shù)學院神木校區(qū)2013級畢業(yè)設計（論文）（頁面設置：論文版心大小為155mm245mm，頁邊距：上2.6cm，下2.6cm，左2.5cm，右2cm，行間距20磅，裝訂線位置左，裝訂線1cm，）煤制甲醇項目甲醇合成工藝設計（以下各項居中列，黑體小四號）年 級: 2013級 學 號: 13010115 姓 名: 王宏飛 專 業(yè): 應用化工 指導老師: 解寅瓏 （填寫時間要用中文）二零一六年四月摘 要甲醇是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳一化學的基礎產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟

2、發(fā)展對甲醇的需求，開展了此甲醇項目。設計的主要內(nèi)容是進行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設計本著符合國情、技術(shù)先進和易得、經(jīng)濟、環(huán)保的原則，采用煤炭為原料；利用GSP氣化工藝造氣；NHD凈化工藝凈化合成氣體；低壓下利用列管均溫合成塔合成甲醇；三塔精餾工藝精制甲醇；此外嚴格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛(wèi)生。關(guān)鍵詞：甲醇；合成；催化劑（關(guān)鍵詞之間分號隔開，并加一個空格）AbstractMethanol is a very important organic chemical raw material, is also a kind of fuel, is the bas

3、is of carbon chemical products, in the national economy occupies a very important position. In recent years, with the development of the product of the methanol, especially the popularization and application of the methanol fuel, the demand of the methanol increases greatly. In order to meet the nee

4、ds of the economic development of methanol, the methanol project of the 200 thousand t/a was carried out. The main content of the design is to demonstrate the process, material balance and heat balance calculation, etc. The design purpose in line with national conditions, advanced technology and eas

5、y to get, the principle of economy, environmental protection, the use of coal as raw material; the craft of GSP gasification gas making; NHD purification process of synthesis gas purification; under low pressure by the use of the column tube temperature reactor for methanol synthesis; tri columns re

6、ctification process for refining methanol; in addition of strict control of waste emissions, make full use of waste heat, reduce energy consumption, ensure the safety and hygiene of staff.Keywords: Methanol；synthesis；catalyst.目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc448243941 摘 要 PAGEREF _Toc448243941 h 1 H

7、YPERLINK l _Toc448243942 Abstract PAGEREF _Toc448243942 h 2 HYPERLINK l _Toc448243943 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc448243943 h 4 HYPERLINK l _Toc448243944 1.1 甲醇性質(zhì) PAGEREF _Toc448243944 h 4 HYPERLINK l _Toc448243945 1.2 甲醇用途 PAGEREF _Toc448243945 h 4 HYPERLINK l _Toc448243946 1.3 甲醇生產(chǎn)原料 PAGEREF _Toc448243946

8、 h 5 HYPERLINK l _Toc448243947 第二章 甲醇的合成的基本原理 PAGEREF _Toc448243947 h 6 HYPERLINK l _Toc448243948 2.1 甲醇合成反應步驟 PAGEREF _Toc448243948 h 6 HYPERLINK l _Toc448243949 2.2 合成甲醇的化學反應 PAGEREF _Toc448243949 h 6 HYPERLINK l _Toc448243950 第三章 甲醇合成的催化劑 PAGEREF _Toc448243950 h 7 HYPERLINK l _Toc448243951 3.1 工業(yè)

9、用甲醇合成催化劑 PAGEREF _Toc448243951 h 7 HYPERLINK l _Toc448243952 第四章 甲醇合成的工藝條件 PAGEREF _Toc448243952 h 8 HYPERLINK l _Toc448243953 4.1 反應溫度 PAGEREF _Toc448243953 h 8 HYPERLINK l _Toc448243954 4.2 壓力 PAGEREF _Toc448243954 h 8 HYPERLINK l _Toc448243955 4.3 空速 PAGEREF _Toc448243955 h 9 HYPERLINK l _Toc4482

10、43956 4.4 氣體組成 PAGEREF _Toc448243956 h 9 HYPERLINK l _Toc448243957 第五章 甲醇合成的工藝流程 PAGEREF _Toc448243957 h 11 HYPERLINK l _Toc448243958 5.1 甲醇合成的方法 PAGEREF _Toc448243958 h 11 HYPERLINK l _Toc448243959 5.1.1 常用的合成方法 PAGEREF _Toc448243959 h 11 HYPERLINK l _Toc448243960 5.1.2 本設計的合成工藝 PAGEREF _Toc4482439

11、60 h 11 HYPERLINK l _Toc448243961 5.2 甲醇合成塔的選擇 PAGEREF _Toc448243961 h 12 HYPERLINK l _Toc448243962 5.3 甲醇合成工藝流程 PAGEREF _Toc448243962 h 13 HYPERLINK l _Toc448243963 第六章 甲醇合成設備設計 PAGEREF _Toc448243963 h 15 HYPERLINK l _Toc448243964 6.1 傳熱面積的確定 PAGEREF _Toc448243964 h 15 HYPERLINK l _Toc448243965 6.2

12、 催化劑用量的確定 PAGEREF _Toc448243965 h 15 HYPERLINK l _Toc448243966 6.3 傳熱管數(shù)的確定 PAGEREF _Toc448243966 h 15 HYPERLINK l _Toc448243967 結(jié) 論 PAGEREF _Toc448243967 h 16 HYPERLINK l _Toc448243968 致 謝 PAGEREF _Toc448243968 h 17 HYPERLINK l _Toc448243969 參考文獻 PAGEREF _Toc448243969 h 18第一章 緒 論1.1 甲醇性質(zhì)甲醇俗稱木醇、木精，英文

13、名為methanol，分子式CH3OH。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味；分子量32.04，相對密度0.7914(d420)，蒸氣相對密度1.11(空氣=1)，熔點-97.8，沸點64.7，閃點（開杯）16，自燃點473，折射率(20)1.3287，表面張力（25）45.05mN/m，蒸氣壓（20）12.265kPa，粘度（20）0.5945mPas。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.036.5（體積比）?；瘜W性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學反應。1.2 甲醇用途甲醇是重要有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應

14、用于精細化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領域。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產(chǎn)丙烯酸甲酯、對苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農(nóng)藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇也是一種重要的有機溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學中可用于一些物質(zhì)的分離。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點，替代

15、汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一；另外燃料級甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達到環(huán)保要求。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質(zhì)，具有營養(yǎng)價值高而成本低的優(yōu)點，用作飼料添加劑，有著廣闊的應用前景。1.3 甲醇生產(chǎn)原料合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)是以固體（如煤、焦炭）、液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣及其它可燃性氣體）為原料，經(jīng)造氣、凈化（脫硫）變換，除二氧化碳，配制成一定配比的合成氣。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產(chǎn)甲醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。將合成后的粗甲醇經(jīng)預精餾脫除甲醚，再精餾而得成品甲醇。自1923年開始工業(yè)化生產(chǎn)以來，甲醇合成的原料路線

16、經(jīng)歷了很大變化。20世紀50年代以前多以煤和焦碳為原料；50年代以后，以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)流程被廣泛應用；進入60年代以來，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展。對于我國，從資源背景看，煤炭儲量遠大于石油、天然氣儲量，隨著石油資源緊缺、油價上漲，因此在大力發(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)的背景下，在很長一段時間內(nèi)煤是我國甲醇生產(chǎn)最重要的原料4。第二章 甲醇的合成的基本原理2.1 甲醇合成反應步驟對甲醇合成而言，無論是鋅鉻催化劑還是銅基催化劑，其多相（非勻相）催化過程按下列過程進行：a）擴散氣體自氣相擴散到催化劑的界面； b）吸附各種氣體在催化劑的活性表面進行化學吸附，其中CO在Cu2+上吸附，H2在Zn2+

17、上吸附并異裂； c）表面反應化學吸附的反應物在活性表面上進行反應，生成產(chǎn)物； d）解析反應產(chǎn)物脫附； e）擴散反應產(chǎn)物氣體自催化劑界面擴散到氣相中去；甲醇合成反應的速率。是上述五個過程中每一個過程進行速率的總和，但全過程的速率取決于最慢步驟的完成速率。研究證實，以上五個過程中a、e（擴散）進行得最快，b（吸附）、d（解析）進行的速度較快，而過程c（表面反應）分子在催化劑活性界面的反應速度最慢，因此，整個反應過程取決于表面反應的進行速率。提高壓力、升高溫度均可使甲醇合成反應速率加快，但從熱力學角度分析，由于CO、CO2 和H2合成甲醇的反應是強放熱的體積縮小反應，提高壓力、降低溫度有利于化學平衡

18、向生成甲醇的方向移動，同時也有利于抑制副反應的進行。2.2 合成甲醇的化學反應甲醇是甲醇合成反應是多項銅基催化劑上進行的復雜的、可逆的化學反應。（1）主要的化學反應（2）甲醇合成的副反應 第三章 甲醇合成的催化劑甲醇合成是是典型的氣固相催化反應過程。沒有催化劑的存在，合成甲醇反應幾乎不能進行。合成甲醇工業(yè)的進展，很大程度上取決于催化劑的研制成功以及質(zhì)量的改進。在合成甲醇的生產(chǎn)中，很多工藝指標和操作條件都由所用催化劑的性質(zhì)決定。一氧化碳加氫合成甲醇工業(yè)化以來，合成催化劑合成工藝不斷研究改進。雖然實驗室研究出了多種甲醇合成催化劑，但工業(yè)上使用的催化劑只有鋅鉻和銅基催化劑。3.1 工業(yè)用甲醇合成催化

19、劑甲醇合成是是典型的氣固相催化反應過程。沒有催化劑的存在，合成甲醇反應幾乎不能進行。合成甲醇工業(yè)的進展，很大程度上取決于催化劑的研制成功以及質(zhì)量的改進。在合成甲醇的生產(chǎn)中，很多工藝指標和操作條件都由所用催化劑的性質(zhì)決定。自一氧化碳加氫合成甲醇工業(yè)化以來，合成催化劑合成工藝不斷研究改進。雖然實驗室研究出了多種甲醇合成催化劑，但工業(yè)上使用的催化劑只有鋅鉻和銅基催化劑。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，鋅基催化劑已于80年代中期淘汰。表3-1 國內(nèi)外常用銅基催化劑特性對比催化劑型號組分/操作條件CuOZnOAl2O3壓力/MPa溫度/英國ICI 51-360301019

20、0270德國LG104513244.9210240美國C79-2-220330丹麥LMK4010-9.8220270中國C302系列51324210280中國XCN-98522085.010.0200290從表的對比可以看出，國產(chǎn)催化劑的銅含量已提50%以上。制備工藝合理，使該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機械強度均達到國外同類催化劑的先進水平，并且價格較低，故本設計選用中國XCN-98型催化劑。第四章 甲醇合成的工藝條件甲醇合成反應為放熱、體積縮小的可逆反應，溫度、壓力及氣體組成對反應進行的程度及速度有一定的影響。下面圍繞溫度、壓力、氣體的組成及空間速度對甲醇合成反應的影響來討論工藝條件的

21、選擇。4.1 反應溫度 在甲醇合成反應過程中，溫度對于反應混合物的平衡和速率都有很大影響。對于化學反應來說，溫度升高會使分子的運動加快，分子間的有效碰撞增多，并使分子克服化合時的阻力的能力增大，從而增加了分子有效結(jié)合的機會，使甲醇合成反應的速度加快；但是，由一氧化碳加氫生成甲醇的反應和由二氧化碳加氫生成甲醇的反應均為可逆的放熱反應，對于可逆的放熱反應來講，溫度升高固然使反應速率常數(shù)增大，但平衡常數(shù)的數(shù)值將會降低。因此，選擇合適的操作溫度對甲醇合成至關(guān)重要。 所以必須兼顧上述兩個方面，溫度過低達不到催化劑的活性溫度，則反應不能進行。溫度太高不僅增加了副反應，消耗了原料氣，而且反應過快，溫度難以控

22、制，容易使催化劑衰老失活。一般工業(yè)生產(chǎn)中反應溫度取決于催化劑的活性溫度，不同催化劑其反應溫度不同。另外為了延長催化劑壽命，反應初期宜采用較低溫度，使用一段時間后再升溫至適宜溫度。4.2 壓力 甲醇合成反應為分子數(shù)減少的反應，因此增加壓力有利于反應向甲醇生成方向移動，使反應速度提高，增加裝置生產(chǎn)能力，對甲醇合成反應有利。但壓力的提高對設備的材質(zhì)、加工制造的要求也會提高，原料氣壓縮功耗也要增加以及由于副產(chǎn)物的增加還會引起產(chǎn)品質(zhì)量的變差。操作壓力的選用與催化劑的活性有關(guān)。近年來普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度范圍在200300，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

23、5Mpa左右；對于超大型的甲醇裝置，為了減少設備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至10Mpa左右。設采用的是低壓法（入塔壓強為5.14MPa）合成甲醇。所以工廠對壓力的選擇要在技術(shù)、經(jīng)濟等方面綜合考慮。 4.3 空速 空速的大小意味著氣體與催化劑接觸時間的長短，在數(shù)值上，空速與接觸時間互為倒數(shù)。一般來說，催化劑活性愈高，對同樣的生產(chǎn)負荷所需的接觸時間就愈短，空速愈大。 甲醇合成所選用的空速的大小，既涉及合成反應的醇凈值、合成塔的生產(chǎn)強度、循環(huán)氣量的大小和系統(tǒng)壓力降的大小，又涉及到反應熱的綜合利用。 當甲醇合成反應采用較低的空速時，氣體接觸催化劑的時間長，反應接近平衡，反應物的單程轉(zhuǎn)化率高。由于單

24、位時間通過的氣量小，總的產(chǎn)量仍然是低的。由于反應物的轉(zhuǎn)化率高，單位甲醇合成所需要的循環(huán)量較少，所以氣體循環(huán)的動力消耗小。 當空速增大時，將使出口氣體中醇含量降低，即醇凈值降低，催化劑床層中既定部位的醇含量與平衡醇濃度增大，反應速度也相應增大。由于醇凈值降低的程度比空速增大的倍數(shù)要小，從而合成塔的生產(chǎn)強度在增加空速的情況下有所提高，因此可以增大空速以增加產(chǎn)量。但實際生產(chǎn)中也不能太大，否則會帶來一系列的問題： （1）提高空速，意味著循環(huán)氣量的增加，整個系統(tǒng)阻力增加，使得壓縮機循環(huán)功耗增加。 （2）甲醇合成是放熱反應，依靠反應熱來維持床層溫度。那么若空速增大，單位體積氣體產(chǎn)生的反應熱隨醇凈值的下降而

25、減少?？账龠^大，催化劑溫度就難以維持，合成塔不能維持自熱則可能在不啟用加熱爐的情況下使床層溫度跨掉。4.4 氣體組成 原料氣組成對催化劑活性的影響是比較復雜的問題，現(xiàn)就以下幾種原料氣成分對催化劑活性的影響作一下討論。 （1）惰性氣體（CH4、N2、Ar）的影響 合成系統(tǒng)中惰性氣體含量的高低，影響到合成氣中有效氣體成分的高低。惰性氣體的存在引起CO、CO2、H2分壓的下降。 合成系統(tǒng)中惰性氣體含量，取決于進入合成系統(tǒng)中新鮮氣中惰性氣體的多少和從合成系統(tǒng)排放的氣量的多少。排放量過多，增加新鮮氣的消耗量，損失原料氣的有效成分。排放量過少則影響合成反應進行。 調(diào)節(jié)惰性氣體的含量，可以改變觸媒床層的溫度

26、分布和系統(tǒng)總體壓力。當轉(zhuǎn)化率過高而使合成塔出口溫度過高時，提高惰氣含量可以解決溫度過高的問題。此外，在給定系統(tǒng)壓力操作下，為了維持一定的產(chǎn)量，必須確定適當?shù)亩铓夂?，從而選擇（馳放氣）合適的排放量。 （2）CO和H2比例的影響 從化學反應方程式來看，合成甲醇時CO與H2的分子比為1：2，CO2和H2的分子比是1：3，這時可以得到甲醇最大的平衡濃度。而且在其他條件一定的情況下，可使甲醇合成的瞬間速度最大。但由生產(chǎn)實踐證明，當CO含量高時，溫度不易控制，且會導致羰基鐵聚集在催化劑上，引起催化劑失活，同時由于CO在催化劑的活性中心的吸附速率比H2要快得多，所以要求反應氣體中的氫含量要大于理論量，以提

27、高反應速度。氫氣過量同時還能抑制高級醇、高級烴和還原物質(zhì)的生成，減少H2S中毒，提高粗甲醇的濃度和純度。同時又因氫的導熱性好，可有利于防止局部過熱和降低整個催化層的溫度。但氫氣過量會降低生產(chǎn)能力，工業(yè)生產(chǎn)中用銅系催化劑進行生產(chǎn)時，一般認為在合成塔入口的V（H2）：V（CO）=45較為合適。實際生產(chǎn)中我們的氫碳比按照以下關(guān)系確定。 （H2-CO2）/（CO+CO2）=2.052.15 （3）CO2的影響 CO2對催化劑活性、時空產(chǎn)率的影響比較復雜而且存在極值。完全沒有CO2的合成氣，催化劑活性處于不穩(wěn)定區(qū)，催化劑運轉(zhuǎn)幾十小時后很快失活。所以CO2是活性中心的保護劑，不能缺少。在CO2濃度4%以前

28、，CO2對時空產(chǎn)率的影響成正效應，促進CO合成甲醇，自身也會合成甲醇；但如果CO2含量過高，就會因其強吸附性而占據(jù)催化劑的活性中心，因此阻礙反應的進行，會使時空產(chǎn)率下降，同時也降低了CO和H2的濃度，從而降低反應速度，影響反應平衡，而且由于存在大量的CO2，使粗甲醇中的水含量增加，在精餾過程中增加能耗。一般認為CO2在35%左右為宜。第五章 甲醇合成的工藝流程5.1 甲醇合成的方法5.1.1 常用的合成方法 當今甲醇生產(chǎn)技術(shù)主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓法為主，這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的80%以上。高壓法：(19.6-29.4Mpa)是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑

29、，反應溫度360-400，壓力19.6-29.4Mpa。高壓法由于原料和動力消耗大，反應溫度高，生成粗甲醇中有機雜質(zhì)含量高，而且投資大，其發(fā)展長期以來處于停頓狀態(tài)。低壓法：(5.0-8.0 Mpa)是20世紀60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術(shù)，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應溫度低(240-270)。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動力消耗降低很多，工藝設備制造容易。中壓法：(9.8-12.0 Mpa)隨著甲醇工業(yè)的大型化，如采用低壓法勢必導致工藝管道和設備較大，因此在低壓法的基礎上適當提

30、高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應的動力消耗略有增加。目前，甲醇的生產(chǎn)方法還主要有甲烷直接氧化法：2CH4+O22CH3OH.由一氧化碳和氫氣合成甲醇，液化石油氣氧化法 本設計的合成工藝以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇中壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝，用CO和H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應式為： CO+ H2CH3OH經(jīng)過凈化的原料氣，經(jīng)預熱加壓，于5Mpa、220 下，從上到下進入Lurgi反應器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應，出口溫度為250左右，甲醇7%左右，因此，原料氣必須循環(huán)。 甲醇的合成是

31、可逆放熱反應，為使反應達到較高的轉(zhuǎn)化率，應迅速移走反應熱。本設計采用Lurgi管殼式反應器，管程走反應氣，殼程走4MPa的沸騰水5.2 甲醇合成塔的選擇甲醇合成反應器實際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設備。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，甲醇合成反應器應具有以下要求：（1）催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移走反應熱，并能以較高位能回收反應熱；（2）反應器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，能保證氣體均勻通過催化劑床層，阻力小，氣體處理量大，合成轉(zhuǎn)化率高，催化劑生產(chǎn)強度大；（3）結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能多填裝催化劑，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。甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件

32、和電加熱器三部分組成。內(nèi)件事由催化劑筐和換熱器兩部分組成。根據(jù)內(nèi)件的催化劑筐和換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同，甲醇內(nèi)件份為若干類型。按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復合型。按催化劑筐內(nèi)反應惹得移出方式可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類。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。目前，國內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來可分為五種： （1）冷激式合成塔這是最早的低壓甲醇合成塔，是用進塔冷氣冷激來帶走反應熱。該塔結(jié)構(gòu)簡單，也適于大型化。但碳的轉(zhuǎn)化率低，出塔的甲醇濃度低，循環(huán)量大，能耗高，又不能副產(chǎn)蒸汽，現(xiàn)已經(jīng)基本被淘汰。（2）冷管式合成塔這種合成塔源于氨合成塔

33、，在催化劑內(nèi)設置足夠換熱面積的冷氣管，用進塔冷管來移走反應熱。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。由于逆流式與合成反應的放熱不相適應，即床層出口處溫差最大，但這時反應放熱最小，而在床層上部反應最快、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。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型合成塔和國內(nèi)林達公司的U形冷管型。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn)0. 4MPa的低壓蒸汽。日前大型裝置很少使用。（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。這樣可較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移走反應熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，同時可

34、副產(chǎn)2.5Mpa4.0MPa的中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型。（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，將反應熱用于副產(chǎn)3.0MPa4.0MPa的中壓蒸汽。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超級合成塔，該塔是在列管內(nèi)再增加一小管，小管內(nèi)走進塔的冷氣。進一步強化傳熱，即反應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塔的冷氣。這樣就大大提高轉(zhuǎn)化率，降低循環(huán)量和能耗，然而使合成塔的結(jié)構(gòu)更復雜。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長、設備直徑、管板制造所限。在日產(chǎn)超過2000t時，往往需要并聯(lián)兩個。這種塔型是造價最高

35、的一種，也是裝卸催化劑較難的一種。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。管板處的催化劑屬于絕熱段;管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫危簿褪沁M塔氣225，管外的沸騰水卻是248，不是將反應熱移走而是水給反應氣加熱。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼，因而是造價非常高的一種。合成塔的選用原則一般為：反應能在接近最佳溫度曲線條件下進行，床層阻力小，需要消耗的動力低，合成反應的反應熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設計選用固定管板列管合成塔。這種塔內(nèi)甲醇合成反應接近最佳溫度操作線，反應熱利用率高，雖然設備復雜、投

36、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；外加考慮到設計的是年產(chǎn)20萬噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為650噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會很大，費用也不會很高，所以本設計采用了固定管板列管合成塔。5.3 甲醇合成工藝流程來自脫碳裝置的新鮮氣（40，3.4MPa）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機（C7001）壓縮至5.14MPa后，經(jīng)過入塔氣預熱器（E7001）加熱到225，進入甲醇合成塔（R7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應：CO + 2H2 = CH3OH + QCO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q甲醇合成塔（R7001）為

37、列管式等溫反應器，管內(nèi)裝有XNC-98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。反應放出大量的熱，通過列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（3.9MPa飽和蒸汽），減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔內(nèi)反應趨于恒定，且反應溫度也可通過副產(chǎn)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。甲醇合成塔（R7001）出來的合成氣（255，4.9MPa），經(jīng)入塔氣預熱器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），進入甲醇分離器（V7002），粗甲醇在此被分離。分離出的粗甲醇進入甲醇膨脹槽（V7003），被減壓至0.4MPa后送至精餾裝置。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)進行合成反應。從甲醇分離器（V7002）出來的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個循環(huán)回路惰性氣體恒定。弛放氣減壓后去燃氣發(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)。合格的鍋爐給水來自變換裝置；循環(huán)冷卻水來自界區(qū)外部。汽包（V7001）排污，經(jīng)排污膨脹槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。 圖5-1 合成工藝流程 第六章 甲醇合成設備設計6.1 傳熱面積的確定傳熱溫差為10