JJD低压恒温水管式节能甲醇合成塔.doc

化 工 进 展 ·138· CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2006年第25卷增刊 A33 JJD低压恒温水管式节能甲醇合成塔 谢定中 (湖南安淳高新技术有限公司，长沙410007) 甲醇最早是在木材干馏中发现的，直至1834 提高总过程速度，关键是提高化学反应速度。 年杜马(Dumas)等才用化学法合成纯甲醇，1923 (5)低压合成甲醇催化剂是铜含量达50％以上 年BASF公司在高温高压下和锌铬催化剂床层用 铜锌铝催化剂，其使用温度范围狭窄，为210～280 CO、H2合成甲醇实现工业化。近几十年，由于脱 ℃，而最佳温度范围为220～260℃。 硫技术的进步，低压低温铜系催化剂开发成功，低 (6)铜基催化剂大都用共沉冷法制成，结构疏 压合成甲醇发展很快，逐步在取代高中压条件下生 松，内表面积大，这有利于加快反应速度，同时含 产甲醇，因为低压甲醇的质量好，原料气和能耗低， 有较多金属氧化物如氧化铝，因而其导热系数小， 成本低，投资少。 传热性能差，机械强度低，因而保持催化剂高活性， 在高铜锌铝催化剂床层用低压法合成甲醇在国 避免过热超温是至关重要的。 内外已经普遍使用，但低压合成甲醇的合成塔形式 2气冷式甲醇合成塔 在不断改进之中，按移走反应热的方式，有两大类： 一类是气气换热式，包括冷激式、冷管式、间接气 CO与H2反应是强放热反应，与H2、N2气体 气换热式或混合式；二类是水气换热式，其中包括 合成为氨比较，生成l mol甲醇比氨几乎要多一倍， 水管式(管内为水汽混合物)、管壳式(管外为水汽 而合成甲醇的铜系催化剂的使用温度范围只有50℃ 混合物)。水管式低压甲醇合成塔是首次在山东省德 左右，合成氨的铁系催化剂使用温度120～150℃， 齐龙化肥厂使用，一次开车成功，使用8个月来， 因此如何将甲醇反应热快速移走，使其温升50℃ 比其他形式合成塔有明显的优势。 是甲醇合成反应器设计的重要问题。 对气固可逆放热反应，一般用未反应冷气直接 1 甲醇合成反应基本理论及设计思想 或间接被反应气加热，使未反应气多次加热至反应 主反应 温度，反应气多次升温一降温，使之保持在催化剂 CO+2H—H20H+102．5 kJlmol’ 活??温度范围之内，不超温，也不“熄灭”。因为气 副反应 体的比热容很小，反应放出热，温升大，即温度波 2CO+4H—CH3)20+H20+200．2 kJlmol 动大，使升温一降温次数调温手段复杂化。例如用 CO+3H—H4+H20+115．6Idlmol 4段间冷绝热反应器，反应后甲醇净值为5．7％，如 4CO+SH烈A-120H+3H20+49．62Id／mol 果一段进口为220℃，净值为增加1．43％，则出口 nCO+2nH爿CH2)n+nH20+Q 温度达264．96℃，即温升为43℃，由此，剩下的 C02+H—O+H20—42．9 kJ／mol 每段净值增加1．42％，则每段温升保持43℃左右， (1)CO与H2合成甲醇是一个可逆减体积放热 对低压高铜催化剂如此大的温度变化，会使活性过 反应，其主反应是生成甲醇，也有生成二甲醚、低 早衰退，使用寿命缩短，对于大型装置频繁更换催 碳醇、烃类CH4的副反应，还有CO变换反应的逆 化剂，不只是催化剂成本增加，而且升温还原占用 反应。 生产时间，造成损失更大。 (2)压力高、温度低有利于反应的化学平衡， 冷管气冷式甲醇反应床，其床层装有冷管束， 两者配合，应是高压高温、低压低温有利。 冷管为小管径，根数多，管内未反应冷气与管外折 (3)压力为50-80 Mea，温度200--300℃， 流式，每根折流管中的下降管与反应气并流，上升 反应热为97 068．8,-一99 370．0 J／mol。 管与反应气逆流。并流管内外传热温差上大下小， (4)在铜基催化剂上的合成甲醇的反应过程为 而逆流管下大上小，这就使床层上下传热趋于均匀 ①扩散一②吸附一③表面化学反应(产物)一④解 和缓，折流式冷管束适用温区很狭窄的铜系甲醇催 吸一⑤扩散，反应速度与5个过程有关，但控制过 化剂的要求。但是气冷式用自身热循环，反应后热 程为③(即化学反应)过程，因为其速度最慢，要 气体加热未反应冷气体，对反应床，使之保持在催  增刊 谢定中：JJD低压恒温水管式节能甲醇合成塔 ·139· 讹剂活性温度范围内，不至于超温，对未反应气， 管，或把反应管置于沸水之中，反应热将沸水汽化 使之达到催化剂反应所必要最低温度。如此反