应用化工技术毕业设计-甲醇合成技术的研究进展

应用化工技术毕业设计-甲醇合成技术的研究进展内容摘要：

应器逐渐在国内外的一些中型甲醇装置上得到推广。 ICI 冷激型反应器 ICI 冷激型甲醇合成塔是针对使用 511型铜基催化剂的时空产率低、催化剂用量大、床层控温困难、催化剂易失活等缺陷而开发的一种绝热型轴向流动的低压合成反应器，其结构简单，由 塔体、喷头、菱形分布器等组成。 合成气预热到230～ 250℃进入反应器，段间用菱形分布器将冷激气喷入床层中间降温。 根据规模大小，反应器一般有 3～ 6个床层，典型的是 4个，上面 3个为分开的轴向流床。 最下方为轴 径向流床，在 5MPa、 230～ 270℃条件下合成甲醇。 与高压反应器相比，该类反应器的特点 是 ： ①结构简单，塔内未设置电加热器或换热器，催化剂利用效率较高 ； 由于采用菱形分布器，保证了反应气体和冷激气体的均匀混合，使同一床层温差控制变得容易；②适用于大型化甲醇装置，易于安装维修；③高活性、高选择性催化剂选择余地 大，可使用国内外生产的多种型号催化剂，如美国 UCIC792和 G106 催化剂， ICI 生产的 ICI51 51513 催化剂，西南化工 研究院开发的 C302 和兰化院生产的 NC系列催化剂等。 该类反应器的缺点是 ： ①床层温度随其高度的变化而不同，床层温度波动较大，致使不同高度的催化剂活性不 同，催化剂的整体活性不能有效发挥，其时空产率和经济效益表现较低；温度控制不好时，易导致催化剂局部过热而影响催化剂的使用寿命；②反应器结构松散，出口的甲醇浓度低，导致大部分原料气不能参与合成反应，必须保持 10 倍左右的循环气 量，压缩功能耗高 (约占总能耗的24% )，同时相同产能的反应器体积比 Lurgi 反应器大，其一次性投资也比 Lurgi的多； ③能源利用不合理，不能回收反应热，产品综合能耗较高； ④催化剂时空产率不高，用量大。 Lurgi管壳型甲醇合成塔 德国 Lurgi公司开发设计的管壳式甲醇合成反应器是一种轴向流动的低压反 6 应器。 该反应器采用管壳式结构，操作条件是 :压力 5. 2～ 7MPa，温度 230～ 255℃。 反应器内部类似列管式换热器，列管内装催化剂，管外为沸腾水，反应热很快被沸水移走。 2 种气体分别呈轴向流动。 合成塔壳程的锅炉水是自然循环的，通过控制沸腾水的蒸汽压力，可以保持恒定的反应温度。 这种合成塔温度几乎是恒定的，从而有效地抑制了副反应，延长了催化剂的使用寿命。 该塔使用高含量铜基催化剂时，可达到较高的单程转化率，其最大生产能力为 1500 t/d。 根据国内应用的情况来看，大部分催化剂均可使用，对生产影响不大。 （ 1） 与 ICI 反应器相比，该反应器的 优点是 ： ①热 量利用合理，可副产大量低压蒸汽，每吨甲醇最大可产 4 MPa 蒸汽， 可用于驱动离心式压缩机，也可用于天然气蒸汽转化，满足甲醇装置的蒸汽需求，装置投产后不需外供蒸汽；②合成反应几乎是在等温条件下进行，反应器除去有效的热量，可允许较高的CO 气体，采用低循环气流限制了最高反应温度，使反应等温进行，副反应少，粗甲醇杂质少，用双塔精馏技术精制即可达到国家标准；③催化剂床层温度容易控制，不同床层的温差较小，操作平稳；④出口甲醇浓度较高 (甲醇含量约 7% )，总的循环气量比 ICI 几乎少 1/2；⑤同产能下，催化剂用量较少。 （ 2） 该反应器的缺点是 ： ①其壳体和管板、反应管之间采用焊接结构，为消 除热应力，对塔体的制造、材料要求均比较高，结构复杂，制造难度大，维护成本高；②因采用列管式，列管占用了反应器大量的空间，使得催化剂的装填量仅占反应器的 30%；③由于管内外传热温差较小，所需传热面积大，比冷面达 125 m2/m3；④该反应器用副产蒸汽直接从催化剂床层移热，由于受蒸汽压力限制，在催化剂后期难以提高使用温度；⑤限于列管长度，扩大生产时，只能增加列管数量，扩大反应器的尺寸，生产操作弹性较小。 一般认为该反应器不能适用于大型甲醇装置， Lurgi 公司经过改进，将合成压力提高到 7～ 10MPa，第 1套 2020 t/d的甲醇装置在马来西亚建成。 2020 年以前，采用该反应器建成的甲醇装置多达21套，产能在 1000~2500 t/d。 即将在伊朗建成的甲醇装置采用 2 套反应器串联，将装置产能提高到 5000 t/d。 该反应器可适用于石油和天然气原料，国内也有用于煤原料的甲醇厂，国内一些大型设计院可以模仿设计该类反应器。 国内山东齐鲁第二化肥厂、河南安阳甲醇厂 (原料煤 )、四川维尼纶厂、陕西榆林及河南濮阳三化 (原料为天然气 )的天然气甲醇装置均采用该类反应器。 国内已完全能模仿设计，产能可以达到 30 万 t/a，生产应用效果也不错。 （ 1） 生产规模大型化 7 发展的趋势之一是单系列、大型化。 德国 Lurgi 公司管壳式甲醇合成反应器单反应器生产能力可达 1000～ 1500t/d，英国 ICI多段冷激式甲醇合成反应器，单反应器生产能力可达 2500t/d。 据报道， Lurgi 公司新开发的甲醇装置生产能力可达 150 万吨 /年。 （ 2） 合成催化剂 高效甲醇合成催化剂的开发应用主要经历了两个阶段。 第一阶段 为锌 铬催化剂，锌 铬催化剂活性温度高，约为 350～ 420℃，由于受化学平衡的影响，需在高压（ 30～ 32MPa）下操作，且粗甲醇 产品质量较差。 第二阶段 为铜 铝催化剂，从 20 世纪 60年代后期使用至今。 其活性温度低，约 220～ 280℃，可在较低压力下操作。 （ 3） 节能降耗 节能降耗是世界甲醇装置一直追求并将继续追求的目标，各国围绕节能、降低生产成本作了大量工作。 由于现有甲醇反应器的性能基本发挥到极致，要实现新的节能降耗目标，还须另辟蹊径，开发出更节能、效率更高、热效益利用更合理的甲醇反应器，如浆态床反应器、超临界反应器、甲烷直接转化、生物反应器等。 绝热管壳式反应器 绝热 管壳式甲醇反 应器由华东理工大学开发成功，该反应器由绝热段与管壳段组成。 催化剂填充在管壳段，反应热传给管外的沸水，以蒸汽的形式回收热量，通过调节蒸汽压力来实现催化。