1甲醇生產(chǎn)工藝和催化劑選擇分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u167361.1合成方法可取性 1214061.1.1工藝方法選取 1316691.1.2甲醇合成塔的選擇 1220601.2確定催化劑種類 2166491.3操作要求 3313211.3.1反應(yīng)溫度 3262711.3.2反應(yīng)壓力 318851.3.3空速 3107261.4合成工藝流程的確定 31.1合成方法可取性1.1.1工藝方法選取產(chǎn)品核心原料的是CO和H2。在催化環(huán)境中，通過(guò)壓縮機(jī)送入合成塔，在塔中混合氣反應(yīng)生成粗的甲醇產(chǎn)品和少量副產(chǎn)物，再經(jīng)過(guò)一系列單元操作最終到甲醇的成品。在上一章的敘述中已經(jīng)闡述介紹了三種普遍常用的甲醇合成方法，通過(guò)一系列比較，的出低壓法相對(duì)于另外兩種方法，其優(yōu)點(diǎn)明顯，擁有較高的甲醇收率，生產(chǎn)成本，投資成本，設(shè)備的制造都比較低?？傮w來(lái)說(shuō)，低壓法擁有顯著的優(yōu)越性。表1.1三種甲醇合成法的比較高壓法中壓法低壓法生產(chǎn)壓力生產(chǎn)溫度使用催化劑通過(guò)上表得出，甲醇的低壓生產(chǎn)工藝使用消耗低，成本，收率，操作剛需，使用的器械裝備等都有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此本文用低壓生產(chǎn)工藝。1.1.2甲醇合成塔的選擇合成塔是甲醇生產(chǎn)的核心設(shè)備，也是合成氣的主來(lái)源設(shè)備。另外，換熱器，水冷器，分離器也是主要設(shè)備。合成塔的選型設(shè)計(jì)決定了一套甲醇的生產(chǎn)系統(tǒng)裝置。國(guó)際上通用的五大低壓生產(chǎn)甲醇的合成裝備有德國(guó)Lurgi公司研發(fā)生產(chǎn)的一套管屬型蒸汽合成塔，這種合成塔既能當(dāng)反應(yīng)設(shè)備使用，又可以作為能量生產(chǎn)設(shè)備。其內(nèi)部溫度均勻，可通過(guò)產(chǎn)生的蒸汽靈活控制其反應(yīng)溫度和壓力，設(shè)備的反應(yīng)熱量可高效利用，產(chǎn)出的粗甲醇含量較高，雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)；ICI多段冷激式甲醇反應(yīng)器

，這種反應(yīng)器的單塔生產(chǎn)能力比較大，適合大型甲醇化工生產(chǎn)，可控溫度，催化劑的裝填拆卸比較方便，但反應(yīng)率不高，而且只能攝取低勢(shì)能能量。第三種反應(yīng)器是第一種反應(yīng)器的改型設(shè)備，一次轉(zhuǎn)化率高，可回收高位熱能；Topsoe（托普索）合成反應(yīng)裝備由三臺(tái)徑向的擁有隔熱特性塔器組成，每個(gè)合成塔之間都裝備有一個(gè)換熱設(shè)備，送出熱量，可增大控訴來(lái)提高一定的產(chǎn)量，適合大規(guī)模的增產(chǎn)生產(chǎn)，單塔生產(chǎn)可達(dá)每天2000噸的量；林德等溫型甲醇合成反應(yīng)器類似于螺旋盤管換熱器，塔內(nèi)的熱通過(guò)與其內(nèi)部的換熱管道交換將其移出到外部，其優(yōu)點(diǎn)是操作溫度基本等溫，不存在催化劑過(guò)熱失效的可能，再者其傳熱系數(shù)較大。通過(guò)以上分析比較，Lurgi管殼式甲醇合成塔的特點(diǎn)適合于本次設(shè)計(jì)使用，再者現(xiàn)在的甲醇生產(chǎn)廠家應(yīng)用的技術(shù)都是Lurgi工藝，比較成熟。因此我設(shè)計(jì)所用的合成塔技術(shù)也是這種。1.2確定催化劑種類常用的催化劑種類相關(guān)特性如下所示表1.2銅基和鋅鉻催化劑異同點(diǎn)[14]選項(xiàng)優(yōu)勢(shì)不足銅基催化劑活性好不受熱產(chǎn)率高容易中毒鋅基催化劑高溫穩(wěn)定性好不易中毒反應(yīng)溫度高以上對(duì)比我們可以看出，銅基催化劑較好。而且相關(guān)技術(shù)工藝都已經(jīng)很成熟，銅基催化劑已經(jīng)得到了行業(yè)的肯定并且應(yīng)用到80%以上的廠家。由我國(guó)化工研究所研發(fā)的中國(guó),這種催化劑屬于納米負(fù)載型催化劑，特點(diǎn)具有較小的密度，且孔容率比其他催化劑大，使用強(qiáng)度高，適用于多種環(huán)境下，穩(wěn)定性和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，符合本次設(shè)計(jì)要求，所以采用該催化劑。型低壓甲醇合成催化劑的物性情況[16]如下:表面：與金屬類似的光澤，形狀為圓柱體裝填密度：外形大?。撼惺苣芰Υ呋瘎┑挠嘘P(guān)狀態(tài)：℃左右時(shí)的收率為大約℃的收率應(yīng)在左右。如果在常規(guī)安全操作下，催化劑則可長(zhǎng)年使用。1.3操作要求1.3.1反應(yīng)溫度塔內(nèi)的溫度環(huán)境對(duì)進(jìn)入混合反應(yīng)氣的平衡常數(shù)和進(jìn)程快慢有嚴(yán)重的干擾因素。合成甲醇的原料主要是CO和H2，該反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)的越快，但是其中的某些關(guān)鍵參數(shù)就會(huì)降低，例如混合氣的平衡常數(shù)。因此，該合成反應(yīng)的關(guān)鍵問(wèn)題就是反應(yīng)溫度的確定。另外，所有選用催化劑參加的反應(yīng)，與原料的種類和操作條件相關(guān)聯(lián)，反應(yīng)溫度為。1.3.2反應(yīng)壓力 壓力是每個(gè)反應(yīng)中很重要的一個(gè)參數(shù)，它決定反應(yīng)的平衡是否向正確的方向進(jìn)行。原料反應(yīng)壓力降低，應(yīng)該及時(shí)升高壓強(qiáng)；同時(shí)各個(gè)物料的分壓和催化劑強(qiáng)度也相對(duì)提高。和所選催化劑的壓力在，所以，本次設(shè)計(jì)的進(jìn)塔壓力為。1.3.3空速影響空速的因素有很多，主要是內(nèi)部反應(yīng)的環(huán)境溫度及所使用催化劑的活性要求。催化劑的基本要求即在塔內(nèi)發(fā)生合成時(shí)其混合氣的空速必須達(dá)標(biāo)，國(guó)內(nèi)使用的自主研發(fā)的催化劑標(biāo)準(zhǔn)空速應(yīng)達(dá)到，空速過(guò)大或過(guò)小都對(duì)反應(yīng)有不同的影響；不同的催化劑都需要設(shè)定的空速來(lái)達(dá)到其使用要求，本設(shè)計(jì)采用的型催化劑要求的空速為，本次設(shè)計(jì)空速為。1.4合成工藝流程的確定本次設(shè)計(jì)將采用由上世紀(jì)70年代GDR研發(fā)并投入商用的GSP原煤氣化工藝。與其他類似技術(shù)比較，該技術(shù)工藝是在爐頂投料加進(jìn)干粉原料，同時(shí)在爐內(nèi)的氣化室周圍都裝有冷卻系統(tǒng)，此投料工藝和冷卻方式更加先進(jìn)和合理。這種氣化系統(tǒng)主要是由氣化設(shè)備，進(jìn)料設(shè)備，洗滌設(shè)備構(gòu)成。經(jīng)篩選后的原煤被研磨碾壓為約的顆粒后，通過(guò)干燥后，通過(guò)輸送帶送給到氣化爐燒嘴處。被同時(shí)送到的還有純氧和水蒸汽，之后全部被投放到氣化室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，在嚴(yán)苛的溫度和壓力下，大部分都?xì)饣癁樵蠚?，只有極小部分隨著反應(yīng)后的廢料被投送出去。原料氣主要是由一氧化碳和氫氣組成的高溫粗煤氣，之后經(jīng)過(guò)冷卻室和外部分離器將主要成分和雜質(zhì)分離，分離的煤氣在進(jìn)入凈化工段，然后將凈化后的煤氣送入合成塔進(jìn)行之后的系列反應(yīng)。1.4.2合成氣合成工段經(jīng)過(guò)一系列凈化變換除硫操作后，干凈的原料氣通過(guò)離心泵的加壓，使氣體壓強(qiáng)增至，溫度達(dá)到,再次經(jīng)離心泵加壓至，與反應(yīng)器中出來(lái)的氣體換熱，是溫度達(dá)到，然后混合氣通過(guò)管程進(jìn)入合成塔與催化劑混合，發(fā)生合成反應(yīng)。合成氣再進(jìn)入殼程，溫度為，與的冷卻介質(zhì)水蒸氣進(jìn)行換熱，是溫度降到。然后進(jìn)入水冷器降溫至，冷卻后的粗甲醇進(jìn)入分離器分離。小部分粗甲醇進(jìn)入精餾裝置精制，其余大部分的分離