合成气制甲醇..ppt

气固催化反应器 4.1气固催化反应器甲醇合成流程种类 高压法 中压法 低压法 锌铬催化剂 铜基催化剂 铜基催化剂 30MPa，400℃ 10MPa ，200~300℃ 4~5MPa ，200~300℃ 投资及生产成本高 设备庞大 设备紧凑 联醇法 铜基催化剂 12MPa ，240~280℃ 与中小型合成氨联合 高、中、低压法甲醇生产主要操作条件 项 目 高压法 中压法 低压法 压 力 30.0MPa 10.0～15.0MPa 5.0～10.0MPa 温 度 340～380℃ 270℃左右 210～260℃ 催化剂 Zn－Cr Cu－Zn－Cr Cu－Zn－Al 低压操作意味着出口气中甲醇的浓度较低，故合成气的循环量增加，但是, 要提高系统压力, 设备的压力等级也得相应提高, 这样将会造成设备投资加大和压缩机的功耗提高，与高压法工艺相比，中、低压法工艺在投资和综合技术经济指标方面都具有显著优势。以天然气为原料的甲醇厂，高压法能耗达64.8GJ/t甲醇，而大型低压法装置为29.5～31.5GJ/t甲醇。 4.2气固催化反应器甲醇合成装置 国内外 30 万 t 以上装置使用的甲醇合成塔,虽然塔型较多, 归纳起来主要有以下五类： 1.冷管式合成塔 这种合成塔源于氨合成塔, 在催化剂内设置足够换热面积的冷气管, 用进塔冷管来移走反应热。 冷管的结构有逆流式、并流式和“U” 型管式。由于逆流式与合成反应的放热不相适应, 即床层出口处温差最大, 但这时反应放热最小, 而在床层上部反应最快、放热最多, 但温差却又最小, 为克服这种不足, 冷管为并流或 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 型合成塔和国内林达公司的“U” 形冷管型。 这种塔型碳转化率较高但仅能在出塔气中副产 0.4MPa 的低压蒸汽。目前大型装置中很少采用。 2.冷激式合成塔 这是最早的低压甲醇合成塔, 是用进塔冷气冷激来带走反应热。 我国在上世纪 70 年代引进的 ICI 的10 万 t/a 甲醇的 ARC 型和 哈煤气引进乌克兰 4 万t/a 甲醇均是冷激式合成塔。后 ICI 在 150 万 t/a 的甲 醇装置也采用过。 该塔结构简单, 也适于大型化。 但碳的转化率低, 出塔的甲醇浓 度低, 循环量大, 能耗高, 又不能副产蒸汽。现基本已淘汰。 3.多床内换热式合成塔 这种合成塔由大型氨合成塔发展而来。 目前氨合成塔均采用三床 ( 四床) 内换热式合成塔。 针对甲醇合成的特点采用四床(或五床)内换热式合成塔.各床层是绝热反应, 在各床出口将热量移走。 这种塔型结构简单, 造价低, 不需特种合金钢, 转化率高, 适合于大型或超大型装置, 但反应热不能全部直接副产中压蒸汽。典型塔型有 卡萨利Casale 的四床卧式内换热合成塔和中国成达公司的四床内换热式合成塔。 4.固定管板列管合成塔 这种合成塔就是一台列管换热器, 催化剂在管内, 管间(壳程)是沸腾水, 将反应热用于副产 3.0MPa~4.0MPa 的中压蒸汽。 代表塔型有 Lurgi 公司的合成塔和三菱公司套管超级合成塔, 该塔是在列管内再增加一小管, 小管内走进塔的冷气。 进一步强化传热, 即反应热通过列管传给壳程沸腾水, 而同时又通过列管中心的冷气管传给进塔的冷气。这样就大大提高转化率, 降低循环量和能耗, 然而使合成塔的结构更复杂。 固定管板列管合成塔虽然可用于大型化, 但受管长、设备直径、管板制造所限。在日产超过 2 000t时, 往往需要并联两个。 这种塔型是造价最高的一种,也是装卸催化剂较难的一种。随着合成压力增高, 塔径加大, 管板的厚度也增加。管板处的催化剂属于绝热段; 管板下方还有一段逆传热段, 也就是进塔气225℃, 管外的沸腾水却是 248℃, 不是将反应热移走而是水给反应气加热。 这种合成塔由于列管需用特种不锈钢, 因而是造价最高的一种。 5.水管式合成塔 将床层内的传热管由管内走冷气改为走沸腾水。这样可较大地提高传热系数, 更好地移走反应热, 缩小传热面积, 多装催化剂, 同时可副产 2.5MPa ~4.0MPa 的中压蒸汽, 是大型化较理想的塔型。最近在国外 60 万 t 以上大型装置大为推广。如日本 TEL 的MRF ( 水管径向合成塔) , Linde 公司的螺旋水管合成塔, Davy( I.C.I)的水管径向合成塔( SRC)。 综上所述, 大型合成塔的选用原则是: 大型装置不宜选用激冷式和冷管式塔; 列管式合成塔虽目前国内用得最多, 但价格昂贵; 大型厂宜用水管式合成塔、多床内