甲醇生产-甲醇生产工艺参数确定

甲醇生产工艺参数确定甲醇的合成除了主反应之外，还有多个副反应。因此，提高合成甲醇反应的选择性，提高甲醇的收率是关键。影响甲醇生产的工艺参数主要有反应温度、反应压力、原料气的组成、原料气的纯度、空间速率等。本节学习以上工艺参数对甲醇生产的影响。可逆放热反应，总速率是正、逆反应速率之差。反应温度增加，正、逆反应速率都增加，但吸热方向（逆反应）反应速率增加的更多。可逆放热反应的总速率有一个最大值，此最大值对应的温度为“最佳温度”。TxArA=1rA=10rA=100允许温度最佳温度曲线平衡曲线最佳温度：某一可逆放热反应具有最大反应速率的温度。最佳温度曲线：相应于各转化率的最佳温度所组成的曲线。1、反应温度1、反应温度操作温度：选用的催化剂、使用的设备要求等，尤其是催化剂的活性温度。锌铬催化剂：320～400℃，铜基催化剂：200～290℃。防止催化剂老化：初期采用较低的反应温度，使用一段时间后，逐步提高至适宜的温度。及时移除热量，防止熔结，使催化剂活性下降，甚至失活。整个催化剂床层的温度维持在催化剂的活性范围之内。铜基催化剂的热稳定性较差，控制反应温度尤为重要。甲醇合成反应的速率越快，副反应也越多，生成的粗甲醇中杂质也越多，对后期粗甲醇的提纯要求也越高。1、反应温度2、反应压力主反应：体积缩小的可逆反应，压力增高，平衡向生成甲醇的方向移动，且体积缩小，分子之间相互碰撞的机会增大，反应速率加快，甲醇的平衡产率增大。反应压力高：设备的制造、工艺管理和操作要求提高，设备投资增加，生产能耗增加。压力提高到一定程度，平衡产率不再增加。综合考虑各项因素来确定合理的反应压力。2、反应压力锌铬催化剂：反应温度高，必须提高压力以提高推动力，25~35MPa。铜基催化剂：活性高，反应温度较低，反应压力要求低，5~10MPa。催化剂、反应温度和反应压力：高压法、中压法、低压法。3、原料气的组成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当采用不同原料组成时，往往需要调整氢碳比。用天然气为原料：采用蒸汽转化法得到的粗原料气H2过多，需要加入CO2用重油或煤为原料：粗原料气中H2过少，需要设置变换工序，使过量的CO变为H2和CO2，再将过量的CO2除去。3、原料气的组成保持氢过量：氢导热性好，带出反应热，有利于防止局部过热和控制整个催化剂床层的温度，延长催化剂使用寿命；稀释物料，减少或防止副反应。原料气中含有一定量的CO2：减少反应热量放出，利于催化剂床层温度稳定，抑制二甲醚的生成。锌铬催化剂n(H2)︰n(CO)≈4.5；铜基催化剂n(H2)︰n(CO)=2.2~3.0。4、原料气的纯度主要组分CO、CO2和H2，也含有少量N2、CH4或其他杂质。N2、CH4

：降低CO、CO2和H2的分压，降低转化率，增加能量消耗。硫化氢能使铜催化剂中毒。CO与Fe高压下容易生成五羰基铁[Fe(CO)5]：分解析出铁，积聚在催化剂表面，失去对主反应的催化活性。必须除去五羰基铁及其杂质。合成反应器还需用铜衬里。5、空间速率单位时间内，每单位体积催化剂所通过的气体量。单位：m3/(m3催化剂﹒h），简写为h-1。气体与催化剂接触时间的长短，用空速来表示。空速影响选择性和转化率，直接关系到生产能力和单位时间的放热量。5、空间速率锌-铬催化剂上空速与接触时间、生产能力的关系空间速率/h-1接触时间/s产量/[m3/（m3催化剂·h）]60000.60.3190000.40.32180000.20.375350000.10.75空速小，接触时间长，单程转化率高。接触时间长，气量小，设备生产能力低。增加空速可以移走反应热，防止催化剂过热。适宜的空速与催化剂活性、反应温度及进塔气体的组成有关。锌铬催化剂：35000~40000h-1，铜基催化剂：10000~20000h-1。思考题：试分