氣相甲醇合成工藝概述

第31卷第11期Vol. 31 NO.112011年11月.山西煤炭SHANXI COALNov.2011文章編號:1672- -5050(2011)11-0075-04氣相甲醇合成工藝概述李文艷',郭小杰2(1.大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西大同037003;2.同煤廣 發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司,山西大同037003 )摘要:介紹了 大型甲醇廠(chǎng)采用的氣相低壓甲醇合成工藝:ICI甲醇合成工藝因其床層溫度難控制,難以大規模應用,已被Tops φe和Lurgi工藝取代;Lurgi和Topsφe工藝中熱量有效利用和合成反應器很相似,但是Topsφe工藝增加了硫保護器,對催化劑起到了防止中毒,延長(cháng)使用壽命的作用。關(guān)鍵詞:合成氣;甲醇合成工藝;反應器中圖分類(lèi)號:TD849文獻標識碼:A隨著(zhù)世界石油資源的減少和甲醇生產(chǎn)成本的潔凈利用方式。典型的煤制甲醇工藝流程示意圖如降低,發(fā)展使用甲醇等新的替代燃料,已成為一種圖1所示。趨勢。實(shí)踐證明,甲醇是-一種潔凈的燃料。甲醇含有“門(mén)50%的氧，使得甲醇完全燃燒時(shí)所需的空氣量較t酸性氣少,甲醇燃燒過(guò)程比汽油徹底,尾氣中污染物含量煤氣化波“口一氧化碳發(fā)換]個(gè)這氣[顧性氣體教院門(mén)戰”甲都合成可顯著(zhù)降低。因此,甲醇用作汽車(chē)燃料具有廣闊的前景?；瘜W(xué)合成甲醇工藝起始于20世紀20年代。在產(chǎn)品口甲那成品越區了一-中物空甲醇合成反應中,用合成氣制備甲醇按壓力等級可圖1煤制甲醇工 藝流程圖示意圖分為高壓法、中壓法和低壓法。高壓法壓力等級在表1合成氣主要組分30MPa以上、溫度為320C~380C的操作條件下通組分/mole%SOREOR過(guò)Cu系催化劑合成甲醇，其工藝特點(diǎn)是技術(shù)成:030.3030.73熟,初期投資和生產(chǎn)操作成本比低壓法高;中、低壓H265.4264.99法能耗低、粗甲醇質(zhì)量高、設備簡(jiǎn)單和投資相對較:022.50低,比高壓法優(yōu)越。隨著(zhù)甲醇合成技術(shù)的不斷進(jìn)步,Nz.681.68各種工藝技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)日漸顯露出來(lái)。本文就Ar0.10CH.OHvililICI.Lurgi和Topsφe低壓甲醇合成工藝的工藝流氯化物rpb? 10?10程、反應器、催化劑等方面進(jìn)行了初步探討。HS+C0S/ppm mole? 0.1?0.11甲醇合成工藝造氣工段合成氣的主要組分見(jiàn)表1。經(jīng)耐硫1.1 甲醇合成原料氣變換調節CO/CO2比例，在酸性氣體脫出工段脫出目前,制備甲醇的原料主要有煤炭、天然氣、焦二氧化碳和硫化氫等酸性氣體后，進(jìn)人粗甲醇合爐煤氣及重油等。隨著(zhù)石油儲量的減少,天然氣、重成工段。油的價(jià)格必將走高,增加生產(chǎn)甲醇的成本。焦爐煤2大型甲醇廠(chǎng)甲醇合成工藝氣由于受焦炭產(chǎn)量的限制，甲醇難以大規模生產(chǎn)。我國能源結構決定了以煤炭為原料生產(chǎn)甲醇煤炭合成氣制備甲醇的反應是放熱和體積減少的收稿日期:2011-09-19 .作者簡(jiǎn)介:李文艷( 1981-),女,內蒙古通遼人,碩士,助教,從事煤化工教學(xué)科研工作。75第31卷第11期Vol. 31 NO. 112011年11月山西煤炭SHANXI COALNov.2011粗甲醇在高壓分離器中分離,并被送至低壓分(3)Tops φe甲醇合成工藝是由三臺絕熱操作離器。新鮮氣中含有微量的惰性氣體,為防止這些的徑向流反應器組成,各反應器之間設計外部換熱氣體在合成回路中積累,-部分合成氣從高壓分離器及時(shí)移走熱量,氣體在床層中向心流動(dòng)。該反應器中弛放。調節馳放氣流量,滿(mǎn)足馳放氣回收單元器的特點(diǎn):徑向流動(dòng),壓降小，操作彈性大;可采用中回收氫氣的量。在低壓分離器中,部分粗甲醇被小粒徑催化劑,提高粒內效率因子,從而提高宏觀(guān)脫氣,并送往界區。米自低壓分離器的閃蒸氣,同樣反應速度;在不增加反應器直徑情況下,增加反應送往界區,作為燃料。器列管高度,即可增大生產(chǎn)規模。設立獨立的硫保3三種氣相合成甲醇工藝路線(xiàn)比較護器,水解有機硫,降低了催化劑的中毒風(fēng)險,延長(cháng)了催化劑的使用壽命。(1)在甲醇合成工藝中,有效控制合成塔床層三種甲醇合成塔優(yōu)缺點(diǎn)、結構和工作條件的比溫度和床層溫度分布是影響催化劑使用壽命的重較,如表2所示。要因素。催化劑顆粒內部的溫度過(guò)高導致催化劑燒表2三種甲醇合成塔優(yōu)缺點(diǎn)比較結,活性降低而過(guò)早老化,溫度過(guò)低則會(huì )抑制催化工作條件型主要結構.優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)劑的活性。lCI 低壓甲醇合成工藝中合成塔設計采IPn1.反應床層分成用激冷式反應器，床層溫度隨床層高度而變化,使若干絕熱段1.結構簡(jiǎn)單1.設備龐大ICI多段2怪休是空筒,塔| s.0 - 10.0 2.催化劑裝卸容易 2.不適合大型T業(yè)化不同床層高度的催化劑活性不同,使得催化劑時(shí)空冷激塔3N繳氣體噴管| 3.易于方法產(chǎn)率低,經(jīng)濟效益差,而且由于催化劑老化失活程直接插人床層l. 形式列管換熱度不同，不利于保護和延長(cháng)催化劑的使用壽命,降Lurpi 管| 1.催化劑床層溫差| 1結構復雜，制作較困殼等溫2,塔內列管中裝5.8-8.0較小單程轉化率難,材質(zhì)要求高機劃低了催化劑有效利用率。合成塔填催化劑，管間為2.催化利壽命長(cháng)| 裝卸困難佛騰水(2 )Lurgi低壓甲醇合成工藝為列管式反應器，"op φe1.新型的單程節1.床層阻力降低1.塔設計復雜等混合能等溫塔2塔直徑和壁厚小2.催化利用量少,難以Cu0/ZnO催化劑裝填在列管式固定床中,反應熱成塔2.催化劑放在列3.空速和出口1氣中.國產(chǎn)化甲醇濃度高被殼程中的飽和鍋爐水吸收產(chǎn)生中壓蒸汽;床層反.應溫度通過(guò)控制進(jìn)人反應器飽和水的壓力來(lái)調節,4結論操作溫度和壓力穩定。因而具有如下優(yōu)點(diǎn): .反應器催化劑床層溫度均勻,床層溫度控制在(1)由于我國能源結構,廉價(jià)的煤炭使甲醇合250C~255C之間,溫差小，催化劑使用壽命長(cháng);能成的原料氣生產(chǎn)成本降低,經(jīng)濟效益顯著(zhù),以煤為準確、及時(shí)的控制床層反應溫度,有利于反應器中原料制取甲醇合成原料氣是甲醇生產(chǎn)的最好選擇。催化劑催化作用的發(fā)揮,經(jīng)濟效益好;催化劑床層(2)從能量合理利用和溫度準確控制方面來(lái)的溫度可以通過(guò)調節蒸汽壓力控制,當催化劑使用看,Lurgi和Topsφe列管等溫合成塔具有優(yōu)勢;從到中期和后期時(shí),為提高催化劑的活性,延長(cháng)催化設計制造難易程度和反應器放大方面看,ICI多段劑使用壽命,實(shí)際操作時(shí),可采用提高合成塔產(chǎn)生冷激塔具有結構簡(jiǎn)單，催化劑裝卸容易的優(yōu)勢,但的中壓蒸汽壓力適當提高反應床層溫度的方法;回設備過(guò)于龐大不適合大型工業(yè)化。收反應熱高,能合理利用熱量;反應器出口甲醇濃(3)Topsφe工藝比Lurgi工藝增加了保護床，度較高;設備布局緊湊,開(kāi)停車(chē)方便;反應過(guò)程中副更適合惡劣的合成氣,不僅保護催化劑，而且延長(cháng)反應少,故粗甲醇中雜質(zhì)含量低,質(zhì)量高。了催化劑的壽命。參考文獻:1] 丁百泉,秦惠芳,朱炳辰,等三相床甲醇合成研究進(jìn)展[].化工進(jìn)展1998, 17(6):9-15.[2] Pass G G, Holzhauser C, Akgerman A,et al.Methanol synthesis in a trickle bed reactor[J].AICHE J, 1990, 36:1054-1060.[3]金嘉璐, 俞珠峰,王永剛，等新型煤化工技術(shù)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2008: 161-193.77{綜合應用|Mine Satety山西煤炭SHANXI COAL第31卷第11期Overview of Gas-Phase Methanol Synthesize ProcessLI Wen- yan, GUO Xiao-jie(1.Datong Coal Vocational and Technical College, Datong Shanxi 037003;2.Coal Based Chemical industry limited Company ,Datong Shanxi 037003)Abstract: The paper introduces the low-pressure Gas-Phase Methanol Synthesize Process used inlarge-scale methanol plants. ICI methanol synthesize process has been replaced by Tops?e and Lurgitechnology, because of the control problem of its bed- -layer temperature. With the Tops?e and Lurgi, heatusage is similar with synthesize reactor, but the sulfur protector used in Tops?e can protect catalyst frompoisoning in order to prolong its service time.Key words: synthesis gas; methanol synthesis process; reactor編輯:劉新光(上接第74頁(yè))控制柜中安裝PLC控制器,控精煤皮帶上的執行機構一套。噴灑藥劑執行機構包制柜上裝有觸摸屏人機界面,控制柜安裝在產(chǎn)品倉括柱塞式計量泵和噴嘴-套,其中計量泵選用意大下操作平臺的二層,既方便崗位司機的操作,也考利SEKO柱塞式計量泵。慮了控制系統和觸摸屏的防水和防塵,以提高控制6控制器及人機界面的選型可靠性,延長(cháng)其使用壽命。從產(chǎn)品倉到主廠(chǎng)房約走線(xiàn)300 m~500m,控制控制器采用西門(mén)子S7-200系列PLC,人機界信號來(lái)源于PLC,執行機構卻在主廠(chǎng)房?jì)?設計采面采用海泰克的觸摸屏。上述設備均可靠成熟。用基于RS485中繼器的485通訊模式,以解決較遠7結束語(yǔ)距離信號傳輸帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。1 )傳感器選型:選用美國GF的pH計,包括了針對西銘礦選煤廠(chǎng)酸性煤泥水抑制自動(dòng)添加探頭2716放大器2720、變送器8750三部分。藥劑方案,完成了相應的選型和設計,自動(dòng)加藥控2)執行機構選型:包括兩套,即用于循環(huán)采樣制硬件系統,能為后續藥劑自動(dòng)控制系統的軟件開(kāi)的產(chǎn)品倉下煤泥水pH計采樣執行機構-套，和在發(fā)提供基礎平臺。Hardware Design and Model Selection of Automatic Systemfor Acidic Slime Water ControlLIU Wei-xia(Coal Preparation Plant of Ximing Mine, Xishan Coal and Electricity Co., Taiyuan Shanxi 030053)Abstract: In the automatic dosing control system for acidic slime water control, we did the hardwaredesign and model selection for sampling, dosing barrels, pH sensors, dosing actuators, controllers, andman- -machine interface. A complete hardware system was constructed to provide a basic platform for thesubsequent software development.Key words: automatic control system; hardware; design; type selection78