甲醇生產(chǎn)-甲醇生產(chǎn)工藝參數(shù)確定

甲醇生產(chǎn)工藝參數(shù)確定甲醇的合成除了主反應(yīng)之外，還有多個(gè)副反應(yīng)。因此，提高合成甲醇反應(yīng)的選擇性，提高甲醇的收率是關(guān)鍵。影響甲醇生產(chǎn)的工藝參數(shù)主要有反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、原料氣的組成、原料氣的純度、空間速率等。本節(jié)學(xué)習(xí)以上工藝參數(shù)對(duì)甲醇生產(chǎn)的影響?？赡娣艧岱磻?yīng)，總速率是正、逆反應(yīng)速率之差。反應(yīng)溫度增加，正、逆反應(yīng)速率都增加，但吸熱方向（逆反應(yīng)）反應(yīng)速率增加的更多?？赡娣艧岱磻?yīng)的總速率有一個(gè)最大值，此最大值對(duì)應(yīng)的溫度為“最佳溫度”。TxArA=1rA=10rA=100允許溫度最佳溫度曲線平衡曲線最佳溫度：某一可逆放熱反應(yīng)具有最大反應(yīng)速率的溫度。最佳溫度曲線：相應(yīng)于各轉(zhuǎn)化率的最佳溫度所組成的曲線。1、反應(yīng)溫度1、反應(yīng)溫度操作溫度：選用的催化劑、使用的設(shè)備要求等，尤其是催化劑的活性溫度。鋅鉻催化劑：320～400℃，銅基催化劑：200～290℃。防止催化劑老化：初期采用較低的反應(yīng)溫度，使用一段時(shí)間后，逐步提高至適宜的溫度。及時(shí)移除熱量，防止熔結(jié)，使催化劑活性下降，甚至失活。整個(gè)催化劑床層的溫度維持在催化劑的活性范圍之內(nèi)。銅基催化劑的熱穩(wěn)定性較差，控制反應(yīng)溫度尤為重要。甲醇合成反應(yīng)的速率越快，副反應(yīng)也越多，生成的粗甲醇中雜質(zhì)也越多，對(duì)后期粗甲醇的提純要求也越高。1、反應(yīng)溫度2、反應(yīng)壓力主反應(yīng)：體積縮小的可逆反應(yīng)，壓力增高，平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，且體積縮小，分子之間相互碰撞的機(jī)會(huì)增大，反應(yīng)速率加快，甲醇的平衡產(chǎn)率增大。反應(yīng)壓力高：設(shè)備的制造、工藝管理和操作要求提高，設(shè)備投資增加，生產(chǎn)能耗增加。壓力提高到一定程度，平衡產(chǎn)率不再增加。綜合考慮各項(xiàng)因素來(lái)確定合理的反應(yīng)壓力。2、反應(yīng)壓力鋅鉻催化劑：反應(yīng)溫度高，必須提高壓力以提高推動(dòng)力，25~35MPa。銅基催化劑：活性高，反應(yīng)溫度較低，反應(yīng)壓力要求低，5~10MPa。催化劑、反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力：高壓法、中壓法、低壓法。3、原料氣的組成CO+2H2?CH3OH；CO2+3H2?CH3OH+H2OCO和H2合成甲醇，n(H2)︰n(CO)=2︰1CO2和H2合成甲醇，n(H2)︰n(CO2)=3︰1當(dāng)采用不同原料組成時(shí)，往往需要調(diào)整氫碳比。用天然氣為原料：采用蒸汽轉(zhuǎn)化法得到的粗原料氣H2過(guò)多，需要加入CO2用重油或煤為原料：粗原料氣中H2過(guò)少，需要設(shè)置變換工序，使過(guò)量的CO變?yōu)镠2和CO2，再將過(guò)量的CO2除去。3、原料氣的組成保持氫過(guò)量：氫導(dǎo)熱性好，帶出反應(yīng)熱，有利于防止局部過(guò)熱和控制整個(gè)催化劑床層的溫度，延長(zhǎng)催化劑使用壽命；稀釋物料，減少或防止副反應(yīng)。原料氣中含有一定量的CO2：減少反應(yīng)熱量放出，利于催化劑床層溫度穩(wěn)定，抑制二甲醚的生成。鋅鉻催化劑n(H2)︰n(CO)≈4.5；銅基催化劑n(H2)︰n(CO)=2.2~3.0。4、原料氣的純度主要組分CO、CO2和H2，也含有少量N2、CH4或其他雜質(zhì)。N2、CH4

：降低CO、CO2和H2的分壓，降低轉(zhuǎn)化率，增加能量消耗。硫化氫能使銅催化劑中毒。CO與Fe高壓下容易生成五羰基鐵[Fe(CO)5]：分解析出鐵，積聚在催化劑表面，失去對(duì)主反應(yīng)的催化活性。必須除去五羰基鐵及其雜質(zhì)。合成反應(yīng)器還需用銅襯里。5、空間速率單位時(shí)間內(nèi)，每單位體積催化劑所通過(guò)的氣體量。單位：m3/(m3催化劑﹒h），簡(jiǎn)寫為h-1。氣體與催化劑接觸時(shí)間的長(zhǎng)短，用空速來(lái)表示?？账儆绊戇x擇性和轉(zhuǎn)化率，直接關(guān)系到生產(chǎn)能力和單位時(shí)間的放熱量。5、空間速率鋅-鉻催化劑上空速與接觸時(shí)間、生產(chǎn)能力的關(guān)系空間速率/h-1接觸時(shí)間/s產(chǎn)量/[m3/（m3催化劑·h）]60000.60.3190000.40.32180000.20.375350000.10.75空速小，接觸時(shí)間長(zhǎng)，單程轉(zhuǎn)化率高。接觸時(shí)間長(zhǎng)，氣量小，設(shè)備生產(chǎn)能力低。增加空速可以移走反應(yīng)熱，防止催化劑過(guò)熱。適宜的空速與催化劑活性、反應(yīng)溫度及進(jìn)塔氣體的組成有關(guān)。鋅鉻催化劑：35000~40000h-1，銅基催化劑：10000~20000h-1。思考題：試分