煤質(zhì)甲醇合成工藝設(shè)計大學(xué)論文

1、<p>　　榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院神木校區(qū)</p><p>　　2013級畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　?。撁嬖O(shè)置：論文版心大小為155mm×245mm，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，）</p><p>　　煤制甲醇項目——甲醇合成工藝設(shè)計</p><

2、p>　?。ㄒ韵赂黜椌又辛?，黑體小四號）</p><p>　　年 級: 2013級 </p><p>　　學(xué) 號: 13010115 </p><p>　　姓 名: 王宏飛 </p><p>　　專 業(yè): 應(yīng)用化工 </p><p>　　指導(dǎo)老師: 解寅瓏

3、 </p><p>　?。ㄌ顚憰r間要用中文）</p><p><b>　　二零一六年四月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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(xué)的基礎(chǔ)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

4、發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟發(fā)展對甲醇的需求，開展了此甲醇項目。設(shè)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(shè)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。</p><p>

5、　　關(guān)鍵詞：甲醇；合成；催化劑</p><p>　?。P(guān)鍵詞之間分號隔開，并加一個空格）</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Methanol is a very important organic chemical raw material, is also a kind of fuel, is the

6、basis 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 me

7、thanol fuel, the demand of the methanol increases greatly. In order to meet the needs of the economic development of methanol, the methanol project of the 200 thousand t/a was carried out. </p><p>　　Keywords

8、: Methanol；synthesis；catalyst.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p>　　第一章 緒 論4</p><p>　　1.1 甲

9、醇性質(zhì)4</p><p>　　1.2 甲醇用途4</p><p>　　1.3 甲醇生產(chǎn)原料5</p><p>　　第二章 甲醇的合成的基本原理6</p><p>　　2.1 甲醇合成反應(yīng)步驟6</p><p>　　2.2 合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)6</p><p>　　第三章

10、甲醇合成的催化劑7</p><p>　　3.1 工業(yè)用甲醇合成催化劑7</p><p>　　第四章 甲醇合成的工藝條件8</p><p>　　4.1 反應(yīng)溫度8</p><p><b>　　4.2 壓力8</b></p><p><b>　　4.3 空速9</

11、b></p><p>　　4.4 氣體組成9</p><p>　　第五章 甲醇合成的工藝流程11</p><p>　　5.1 甲醇合成的方法11</p><p>　　5.1.1 常用的合成方法11</p><p>　　5.1.2 本設(shè)計的合成工藝11</p><p>　　5.2

12、 甲醇合成塔的選擇12</p><p>　　5.3 甲醇合成工藝流程13</p><p>　　第六章 甲醇合成設(shè)備設(shè)計15</p><p>　　6.1 傳熱面積的確定15</p><p>　　6.2 催化劑用量的確定15</p><p>　　6.3 傳熱管數(shù)的確定15</p><

13、p><b>　　結(jié) 論16</b></p><p><b>　　致 謝17</b></p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1

14、 甲醇性質(zhì)</b></p><p>　　甲醇俗稱木醇、木精，英文名為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℃）1

15、2.265kPa，粘度（20℃）0.5945mPa?s。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6.0％～36.5﹪（體積比）?；瘜W(xué)性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)。</p><p><b>　　1.2 甲醇用途</b></p><p>　　甲醇是重要有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細化工，塑料，醫(yī)

16、藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)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

17、劑，甲醇在分析化學(xué)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(yīng)用前景。</p><p>　　1.3 甲醇生產(chǎn)原料</p><

18、p>　　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(yù)精餾脫除甲醚，再精餾而得成品甲醇。</p><p>　　自1923年開始工業(yè)化生產(chǎn)以來，甲醇合成的原料路線經(jīng)

19、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(yīng)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］。</p><p>　　第二章 甲醇的合成的基本原理</p><

20、;p>　　2.1 甲醇合成反應(yīng)步驟</p><p>　　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：</p><p>　　a）擴散——氣體自氣相擴散到催化劑的界面； </p><p>　　b）吸附——各種氣體在催化劑的活性表面進行化學(xué)吸附，其中CO在Cu2+上吸附，H2在Zn2+上吸附并異裂； c）

21、表面反應(yīng)——化學(xué)吸附的反應(yīng)物在活性表面上進行反應(yīng)，生成產(chǎn)物； d）解析——反應(yīng)產(chǎn)物脫附； e）擴散——反應(yīng)產(chǎn)物氣體自催化劑界面擴散到氣相中去；</p><p>　　甲醇合成反應(yīng)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(yīng)）分子在催化劑活性界面的反應(yīng)

22、速度最慢，因此，整個反應(yīng)過程取決于表面反應(yīng)的進行速率。</p><p>　　提高壓力、升高溫度均可使甲醇合成反應(yīng)速率加快，但從熱力學(xué)角度分析，由于CO、CO2 和H2合成甲醇的反應(yīng)是強放熱的體積縮小反應(yīng)，提高壓力、降低溫度有利于化學(xué)平衡向生成甲醇的方向移動，同時也有利于抑制副反應(yīng)的進行。</p><p>　　2.2 合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)</p><p>　　甲醇是甲醇

23、合成反應(yīng)是多項銅基催化劑上進行的復(fù)雜的、可逆的化學(xué)反應(yīng)。（1）主要的化學(xué)反應(yīng)</p><p>　?。?）甲醇合成的副反應(yīng) </p><p>　　第三章 甲醇合成的催化劑</p><p>　　甲醇合成是是典型的氣—固相催化反應(yīng)過程。沒有催化劑的存在，合成甲醇反應(yīng)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。

24、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。</p><p>　　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。</p><p>　　3.1 工業(yè)用甲醇合成催化劑</p><p>　　甲醇合成是是典型的氣—固相催化反應(yīng)過程。沒有催化劑的存在，合成

25、甲醇反應(yīng)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。</p><p&g

26、t;　　表3-1 國內(nèi)外常用銅基催化劑特性對比</p><p>　　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(shè)計選用中國XCN-98型催化劑。</p><p>　　第四章 甲醇合成的工藝條件</p><p>　　甲醇合成反應(yīng)為放熱、體積縮小

27、的可逆反應(yīng)，溫度、壓力及氣體組成對反應(yīng)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(yīng)的影響來討論工藝條件的選擇。</p><p>　　4.1 反應(yīng)溫度 </p><p>　　在甲醇合成反應(yīng)過程中，溫度對于反應(yīng)混合物的平衡和速率都有很大影響。</p><p>　　對于化學(xué)反應(yīng)來說，溫度升高會使分子的運動加快，分子間的有效碰撞增

28、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(yīng)的速度加快；但是，由一氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)和由二氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)均為可逆的放熱反應(yīng)，對于可逆的放熱反應(yīng)來講，溫度升高固然使反應(yīng)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(yīng)不能進行。溫度太高不僅增加了副反應(yīng)，消耗了原料氣，而且反應(yīng)過

29、快，溫度難以控制，容易使催化劑衰老失活。一般工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)溫度取決于催化劑的活性溫度，不同催化劑其反應(yīng)溫度不同。另外為了延長催化劑壽命，反應(yīng)初期宜采用較低溫度，使用一段時間后再升溫至適宜溫度。</p><p><b>　　4.2 壓力 </b></p><p>　　甲醇合成反應(yīng)為分子數(shù)減少的反應(yīng)，因此增加壓力有利于反應(yīng)向甲醇生成方向移動，使反應(yīng)速度提高，增加裝置生產(chǎn)

30、能力，對甲醇合成反應(yīng)有利。但壓力的提高對設(shè)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200～300℃，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5Mpa左右；對于超大型的甲醇裝置，為了減少設(shè)備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至10Mpa左右。設(shè)采用的是低壓法（入塔壓強為5.1

31、4MPa）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。</p><p><b>　　4.3 空速 </b></p><p>　　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(yīng)的醇凈值、合成塔的生

32、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(yīng)熱的綜合利用。 當甲醇合成反應(yīng)采用較低的空速時，氣體接觸催化劑的時間長，反應(yīng)接近平衡，反應(yīng)物的單程轉(zhuǎn)化率高。由于單位時間通過的氣量小，總的產(chǎn)量仍然是低的。由于反應(yīng)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(yīng)速度也相應(yīng)增大。由于醇凈值降低

33、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(yīng)，依靠反應(yīng)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</p><p><b>　　4.4 氣體組成</b>&l

34、t;/p><p>　　原料氣組成對催化劑活性的影響是比較復(fù)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

35、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(yīng)進行。 調(diào)節(jié)惰性氣體的含量，可以改變觸媒床層的溫度分布和系統(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(xué)反應(yīng)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

36、：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(dǎo)致羰基鐵聚集在</p><p>　　第五章 甲醇合成的工藝流程</p><p>　　5.1 甲醇合成的方法</p><p>　　5.1.1 常用的合成方法</p><p>　　當今甲醇生產(chǎn)技術(shù)主

37、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。</p><p>　　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，反應(yīng)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(yīng)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)。</p><p>　　低壓法：(5

38、.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(yīng)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(yīng)，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(shè)備制造容易。</p><p>　　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(dǎo)致工藝管道和設(shè)備

39、較大，因此在低壓法的基礎(chǔ)上適當提高合成壓力，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(yīng)溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應(yīng)的動力消耗略有增加。</p><p>　　目前，甲醇的生產(chǎn)方法還主要有①甲烷直接氧化法：2CH4+O2→2CH3OH.②由一氧化碳和氫氣合成甲醇，③液化石油氣氧化法</p><p>　　5.1.2 本設(shè)計的合成工藝</p><p>

40、;　　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(yīng)式為：</p><p>　　CO+ H2→CH3OH</p><p>　　經(jīng)過凈化的原料氣，經(jīng)預(yù)熱加壓，于5Mpa、220 ℃下，從上到下進入Lurgi反應(yīng)器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，出口溫度為250℃左右，甲醇7%左右，因此，原料氣必須循環(huán)。 <

41、/p><p>　　甲醇的合成是可逆放熱反應(yīng)，為使反應(yīng)達到較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)迅速移走反應(yīng)熱。</p><p>　　本設(shè)計采用Lurgi管殼式反應(yīng)器，管程走反應(yīng)氣，殼程走4MPa的沸騰水</p><p>　　5.2 甲醇合成塔的選擇</p><p>　　甲醇合成反應(yīng)器實際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，甲醇合成反應(yīng)器應(yīng)具

42、有以下要求：</p><p>　?。?）催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移走反應(yīng)熱，并能以較高位能回收反應(yīng)熱；</p><p>　?。?）反應(yīng)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；</p><p>　　（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；

43、制造安裝及維修容易。</p><p>　　甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件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。</p><p>　　按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復(fù)合型。</p><p>　　按催化劑筐內(nèi)反應(yīng)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。

44、</p><p>　　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。</p><p>　　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： </p><p><b>　　（1）冷激式合成塔</b></p><p>　　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(yīng)熱。該塔結(jié)構(gòu)簡單，也適于大型化。

45、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。</p><p><b>　?。?）冷管式合成塔</b></p><p>　　這種合成塔源于氨合成塔，在催化劑內(nèi)設(shè)置足夠換熱面積的冷氣管，用進塔冷管來移走反應(yīng)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(yīng)的放熱不相適應(yīng)，即床層出口處溫差最大，但這時反應(yīng)放熱最小，而在床

46、層上部反應(yīng)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。</p><p><b>　　（3）水管式合成塔</b></p><p>　　將床層內(nèi)的傳熱

47、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(yīng)熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，同時可副產(chǎn)2.5Mpa—4.0MPa的中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型。</p><p>　?。?）固定管板列管合成塔</p><p>　　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(yīng)熱用于副產(chǎn)3.0MPa～4.0MPa的中壓蒸汽。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三

48、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(yīng)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(fù)雜。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長、設(shè)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

49、板處的催化劑屬于絕熱段;管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫?，也就是進塔氣225℃，管外的沸騰水卻是248℃，不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)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。</p><p>　　合成塔的選用原則一般為：反應(yīng)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(yīng)的反應(yīng)熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。</p><p>　　

50、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(shè)計選用固定管板列管合成塔。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，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(shè)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(shè)計采用了固定管板列管合成塔。</p><p

51、>　　5.3 甲醇合成工藝流程</p><p>　　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(yù)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(yīng)：</p><p>　　CO + 2H2 = CH3OH + Q</p><p>　

52、　CO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q</p><p>　　甲醇合成塔（R7001）為列管式等溫反應(yīng)器，管內(nèi)裝有XNC-98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。</p><p>　　反應(yīng)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(yīng)趨于恒定，且反應(yīng)溫度也可通過副產(chǎn)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。<

53、/p><p>　　甲醇合成塔（R7001）出來的合成氣（255℃，4.9MPa），經(jīng)入塔氣預(yù)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(yīng)。</p><p&

54、gt;　　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)。</p><p>　　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。</p><p>　　汽包（V7001）排污，經(jīng)排污膨脹槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。 </p><p&

55、gt;　　圖5-1 合成工藝流程</p><p>　　第六章 甲醇合成設(shè)備設(shè)計</p><p>　　6.1 傳熱面積的確定</p><p>　　傳熱溫差為10℃，傳熱量為68435174.94kJ/h，合成塔內(nèi)的總傳熱系數(shù)取為289.78W/（m2.℃）。</p><p>　　由公式Q = kA△Tm </p><

56、p>　　得 A = Q/（K△Tm）=68435174.94/（3.6×289.78×10）=6362㎡</p><p>　　6.2 催化劑用量的確定</p><p>　　入塔氣空速12000h-1，入塔氣量3486585.82m3/h，所以，</p><p>　　催化劑體積為3486585.82/12000=290.55m3。</

57、p><p>　　6.3 傳熱管數(shù)的確定</p><p>　　傳熱管選用Ф32×2.5 ，長度9000mm的鋼管，</p><p>　　由公式A =3.14×d×L×n </p><p>　　得 n = A/（3.14×d×L）=6362/（3.14×9×0.02

58、7）=8338</p><p>　　故換熱管管數(shù)為8338根。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　合成甲醇催化劑選用上，通過綜合比較國內(nèi)外各種常用催化劑，并本著技術(shù)先進投資節(jié)省的原則，選用目前相對先進的四川天一科技股份有限公司研制的XNC-98型催化劑。XNC-98催化劑是一種高活性、高選擇性，穩(wěn)定性好的催化

59、劑，與其他催化劑相比，具有優(yōu)越的綜合性能。</p><p>　　在甲醇合成塔的選用上，本設(shè)計借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗，選用固定管板列管合成塔。雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，而且由于這種塔在國內(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。</p><p>　　最后通過對甲醇合成塔的簡單設(shè)計計算（設(shè)計規(guī)模：年產(chǎn)20萬噸），得出合成塔

60、內(nèi)裝填的催化劑體積為290.55m3，換熱管管數(shù)為8338根。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　我歷時將近幾個月時間終于把這篇論文寫完了，在這段充滿奮斗的歷程中，帶給我的學(xué)生生涯無限的激情和收獲。在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。在此，我向指導(dǎo)和幫助過我的老師們表示最衷心的感謝！ &

61、lt;/p><p>　　同時，我也要感謝本論文所引用的各位學(xué)者的專著，如果沒有這些學(xué)者的研究成果的啟發(fā)和幫助，我將無法完成本篇論文的最終寫作。至此，我也要感謝我的朋友和同學(xué)，他們在我寫論文的過程中給予我了很多有用的素材，也在論文的排版和撰寫過程中提供熱情的幫助！ </p><p>　　金無足赤，人無完人。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和同學(xué)批評和指正！&l

62、t;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］房鼎業(yè)，姚佩芳，朱炳晨. 甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進展. 第一版. 華東化工學(xué)院出版社，1990.</p><p>　?。?］王靜，康主編. 化工設(shè)計. 第一版. 化學(xué)工業(yè)出版社，1998</p><p>　?。?］李大尚. GSP技術(shù)是煤制合成氣(或H2)工

63、藝的最佳選擇. 煤化工，2005，1～6.</p><p>　?。?］李瓊玖，唐嗣榮，顧子樵，周述志，趙沛華，近代甲醇合成工藝與合成塔技術(shù)(上) [J]. 化肥設(shè)計，2004，423～458.</p><p>　?。?］李瓊玖，唐嗣榮，顧子樵，周述志，趙沛華，近代甲醇合成工藝與合成塔技術(shù)(下) [J]. 化肥設(shè)計，2003, 415～510.</p><p>　?。?/p>