合成氨工艺操作规程合成分册(下在线文档整理资料下载.doc

第一篇 联醇工艺操作规程 甲醇是一种重要的根本化工原料，在有机合成工业中，甲醇是仅次于烯烃和芳烃的重要有机原料，我国主要用于生产甲醛、冰醋酸、甲胺、农药、甲基叔丁、基醚、甲基二丁醚，其消耗量占80%以上随着科学技术的进一步开展，以甲醇为原料的化学工业，将会开拓出广泛的前景特别随着“甲醇代油〞技术的日益成熟，国家已作为一个战略政策进行推广，甲醇有着巨大的市场潜力 甲醇的合成是将前工段的原料通过比例调节送来的净化气和循环机来的循环气在油别离器混合，经别离油水后进合成塔，借助于铜基催化剂的作用，CO、CO2和H2进行化合反响生成甲醇，经冷凝到甲醇别离器别离得粗甲醇，减压后送中间槽不凝气体一局部加压循环使用，一局部经高压水洗塔洗掉夹带的甲醇经铜洗送入氨合成系统，粗甲醇送精馏 工艺原理 岗位任务 压缩岗位送来的净化气，在中温中压条件下，借助于铜基催化剂的作用，CO、CO2和H2，进行化合反响生成甲醇，经冷凝、别离得粗甲醇，未反响的气体，经水洗后送铜洗岗位精炼，局部气体循环利用，粗甲醇送精馏工段精馏制精甲醇 第二节 根本原理 1 反响方程式： CO + 2H2 CH3OH＋102.5KJ/mol CO2 + 3H2 CH3OH＋H2+59.6KJ/mol 2 工艺特点 由于CO和H2反响生成甲醇，是一个气相放热反响，也是一个体积缩小的反响。

因此，提高压力、降低温度可以使化学平衡向生成甲醇的方向移动从副反响的热效应及反响前后的体积变化来看，降低温度也有利于抑制副反响的进行铜基催化剂那么可以在5×106Pa压力和低温〔240℃〕下就能有相当高的活性联醇生产选择在合成氨铜洗工序前，以充分利用对合成氨催化剂的毒物CO和CO2，因此反响压力不能超过铜洗压力的13×106Pa，因此，联醇生产是在13×106pa压力下，采用铜基催化剂，串联在合成氨工艺之中，用合成氨原料气中的CO、CO2、H2合成甲醇 串联在合成氨工艺之中，因此既要满足合成氨工艺条件，又要有甲醇合成的要求任何一方工艺条件变化都会影响合成甲醇与合成氨的生产与操作，所以必须在生产中有必要的补充调节措施，以维持两个合成生产的同时进行 由于串联在合成氨工艺中，经合成甲醇以后的工艺气体还必须经精制，去进行氨合成反响因此，原料气成分经合成甲醇后必须满足合成氨生产的需要甲醇合成气是采取局部循环，合成甲醇不是全部生产工艺的终端 与合成氨工艺相比，因联醇采用铜基催化剂，其抗毒性能较差，所以必须采取特殊的净化措施既保持合成甲醇所必须的CO、CO2，又不能使H2S等气体进入系统 3 工艺要求 3.1 联醇生产的一般要求 a. 原料气进合成塔前必须把主要成分配成一定比例，去除对催化剂有害的物质，尤其设备管道中的铁、镍、所生成的羰基铁Fe CO 5与羰基镍Ni CO 4，以及溶解性的铁、镍化合物，防止碱性氧化物与碱金属随气体带入催化床层。

因为微量铁、镍化合物的带入会使CO和H2生成烷烃的反响增加；碱金属的带入会引起高级醇生成量增加，使合成的粗甲醇中杂质含量增加，有效气体消耗上升 b. 合成催化剂在200℃以上开始反响，为使整个催化床均匀到达活化温度，入塔气体必须经过预热同时，为了防止碳钢设备在高温下产生氢腐蚀，出塔气体必须经过冷却为了满足入塔与出塔气体对温度的要求，采用在塔内进行换热的方法，既提高了进入催化剂床气体温度，又降低了出塔气体温度 c. 经合成反响生成的甲醇与未反响的H2、N2、CO、CO2等气体必须得到及时的别离，降低反响生成物的浓度，以利提高合成反响的平衡浓度 d. 为提高催化剂利用效率，一局部气体经合成.别离，可去铜洗进行精制，除去残存的CO、CO2后作为合成氨的原料气，而局部气体用循环机进行循环，继续合成甲醇 3.2 联醇生产的特殊要求 a. 由于联醇工艺是与合成氨生产串联，所以生产能力是以合成氨产量与甲醇产量之和，即所谓“总氨〞产量来代表在“总氨〞生产能力不变的情况下，甲醇生产能力用醇氨比〔甲醇产量/总氨产量〕来表示醇氨比可以在一定范围内调整调整的方式一般是以改变原料气中H2/CO的比例，精确的说是调整 H－CO2 : CO+CO2 f。

所以在联醇工艺中，除了要有合成氨生产时调节氢氮比的手段，还必须有能够调整f值的控制手段一般状况下，联醇生产中经常以改变新鲜气中CO的含量，在一定范围内对醇氨比进行调节 b. 联醇作为合成氨流程中一个环节，甲醇生产会影响合成氨及整个系统的生产，如催化剂的活性.甲醇合成塔的开停及操作变动等原因，造成去铜洗气体中CO＋CO2的含量变化，使铜洗负荷产生变动，甚至影响氨合成塔的正常生产；甲醇合成塔后的气液别离状况，会影响铜液组成；在甲醇生产不正常或事故状态下，要维持合成氨的生产等等 3.3 联醇生产对工艺条件的要求 〔1〕 反响压力的要求 合成压力越高，甲醇生成量越大，CO的转化率也因压力的提高而提高甲醇合成反响是一个气相有体积变化的可逆反响，反响向着体积缩小的方向进行，提高压力对合成反响平衡向正方向进行有利在合成反响同时，伴随着一些副反响，产生杂质，虽然副反响也大局部向着体积缩小的方向进行，但其缩小的比例大多不如生成甲醇反响大，所以提高压力也对抑制副反响、提高粗甲醇质量有利 但是提高压力不是无限度的，过高的反响压力不仅提高了设备受压等级要求，而且会增加能量消耗CO转化率在压力到达8×106Pa以上，反响在300℃以下时，平衡转化率曲线渐趋平直，过分提高压力从经济上是不合理的。

以反响热效应来看，压力在15～20×106Pa之间，反响热效应比拟稳定，有利于催化床温度的控制所以，一般中、小型氮肥厂都采用13×106Pa压力生产，具有经济性和可行性 〔2〕 反响温度的要求 从甲醇合成的化学平衡来看，温度低对于提高甲醇的产率是有利的但是从反响速度来看，提高反响温度能提高反响速度所以必须兼顾这两个条件选择适宜的操作温度，这样就决定于所选用催化剂的性能同一种反响在不同催化剂上要求反响分子的活化能是不同的温度过低达不到催化剂的活性温度，那么反响不能进行；温度太高不仅增加了副反响，消耗了原料气，而且反响过分剧烈，温度难以控制，容易使催化剂衰老、失活联醇生产选择了铜基催化剂，能在低温下合成甲醇，这种经过复原催化剂的活性温度约为250～280℃ ，即使到使用后期也不超过300℃在这种操作条件下，副反响少，总量不超过1％当反响温度提高时，生产能力会出现暂时的提高，但当温度提高到一定限度时，由于副反响速度增加，过程的选择性改变，生产能力不再提高而出现下降 〔3〕合成气中H2与CO比例的要求 联醇生产的H2：CO值控制，既要从甲醇合成来考虑，又要考虑反响后气体为合成氨生产保持H2：N2＝3：1的比值，所以在合成甲醇反响中，H2总是过量的。

从另一方面来说，合成氨联醇生产工艺中，甲醇产量与合成氨产量的比例，主要通过改变原料气中CO含量的比例来进行调节在合成气中具备过量的H2,只要稍微改变CO的含量，甲醇的产量就会有明显的变化因此，原料气中保持过量的H2，在原料气配比上足以保证合成甲醇时CO的转化率，这是联醇生产工艺的优势之一 〔4〕空间的速度要求 所谓空间速度，就是指在单位时间内，单位体积的催化剂所通过气体体积数其单位是标准m3/ m3催化剂.h 在温度压力不变的情况下，空速越大，气体在催化剂外表的接触时间越短从化学平衡角度来看，接触时间越长，反响越接近平衡，也就是单程转化率越高，但不是成正比例增加，转化率的增加比接触时间的增加幅度要小得多所以，接触时间长〔空速小〕，转化率虽然增加，但是由于单位时间内的气量小，总的产量仍然是低的如果提高空间速度，即减少接触时间虽然转化率下降，但由于单位时间通过的气量多，甲醇的时空产量就增加了实践证明，甲醇的时空产量在一定范围内与空速成正比例 化学反响的生成物不断移走，生成物浓度较低时，化学平衡能够向正方向移动对于甲醇合成来说，力求将催化剂外表的生成物迅速移去，这就要求有足够的空速 联醇生产中，空间速度还与热量平衡有着密切的关系，合成塔内空速越大。

被气体带走的热量就多，在没要外加热量〔不用电加热器〕时，只有当反响热大于气体带走热量的情况下，操作中才可能维持触媒层温度，使生产继续下去这就不允许有很高的空速 联醇生产中，除催化剂复原初期，短时间能维持较高的空速外，一般只能维持在12000m3/〔m3催化剂.h〕 〔5〕原料气组分的要求 联醇生产原料气除主要成分CO与H2之外,还存在有以下几种性质的气体组分:从原料气中带入和合成反响时生成的惰性气,如甲烷、氩气等；原料气中存在少量的CO2;合成氨生产必不可少的氮气 a．甲烷 甲醇合成气中甲烷的存在，起到抑制竞争反响的有利作用.由于联醇生产是局部循环,原料气与生成的甲烷不会积累，一般低于1%的数量级,因此，甲烷对合成甲醇反响的影响可以忽略不计 b．氮 与甲烷相似的惰性气―氮,是联醇生产原料气中的重要组分,合成甲醇以后的气体组分中氮气约占1/4在甲醇合成中虽然没有发生任何变化,但它的存在是原料气中H2和CO的分压相应降低了氮气的存在虽然对氢气和一氧化碳的分压有影响，但是对于高活性的铜基催化剂来说，恰恰能使合成反响得到缓和，使反响温度易于控制，有效的防止过分剧烈的反响所引起的超温和温度的大幅度波动。

同时，也减少了由于反响温度高而产生的副反响，对提高合成甲醇的质量起了积极的作用 c．二氧化碳 从反响式来看，CO2也参加合成甲醇反响CO2合成甲醇比CO要多消耗一个H2,同时多生成一个水，因此，当生产原料气中氢气含量较低的情况下 。