2023年溫度與壓力等合成工藝條件對聯醇生產的影響及選擇

年溫度與壓力等合成工藝條件對聯醇生產的影響及選擇溫度與壓力等合成工藝條件對聯醇生產的影響及選擇聯醇生產由于串聯在合成氨生產工藝中,工藝條件的選擇不僅要考慮到催化劑的特性的要求、反應壓力、反應溫度、空間速度、有效氣體的濃度、合成反應器的結構乃至全系統(tǒng)的熱量利用,而且還要做到在這些特定的條件下對合成氨廢氣、2充分利用,故聯醇生產對于各項工藝指標的選擇,受到更多條件的限制。

聯醇生產;工藝條件;反應環(huán)境;熱量利用;技術先進;經濟合理0引言合成氨聯產甲醇在甲醇生產法中占據一個比較重要的位置。

聯醇裝置它串聯在合成氨工藝中,既要滿意氨合成的工藝條件,又要滿意甲醇合成的工藝要求,要達到整個裝置的最優(yōu)化操作,取決于甲醇合成塔結構是否合理、流程是否配套和脫硫等問題。

1最相宜溫度的作用及掌握方法從甲醇合成反應的化學平衡來看,溫度低對于提高甲醇的產率是有利的,但是從反應的速度來看,提高反應溫度能夠提高反應速度,所以必需兼顧這兩個條件,選擇最相宜的操作溫度,這樣就打算于選用催化劑的性能。

甲醇合成反應是參加的碳、氫、氧三元素之間的簡單的反應,合成反應的條件,尤其反應溫度對于生成物的性質起著重大的作用。

以原料氣中和2所參與的反應,有許多副反應和生成甲醇的主反應相競爭,表1中和2在不同的溫度下,競爭反應標準等壓位差。

表1氫與一氧化碳競爭反應等壓位差一覽表由表中可以看出,當溫度在327℃以上時,生成甲醇與生成其它產物的反應位差越來越接近,就是說在這樣的溫度下,副產物的生成越來越多,所以過高的反應溫度對粗甲醇的生成是不利的,同時由于部分原料氣消耗在副產物上,使每生產1噸粗甲醇的原料氣消耗也因此上升。

不僅如此,操作溫度還打算于合成的壓力、氣體的組份、空間速度、催化劑的性能及設備的選用狀況等因素。

同一種反應在不同的催化劑上要求反應分子的活化能是不同的。

溫度過低達不到催化劑的活性溫度,反應不能進行,溫度太高不僅增加了副反應,消耗了原料氣,而且反應過分猛烈,溫度難以掌握,簡單使催化劑年輕、失活。

我公司聯醇生產選擇了207銅基催化劑,它能在低溫下合成甲醇,這種經還原催化劑的活性溫度約為250-260℃,即使到使用后期也不超過300℃。

這種操作條件下,副反應少,因此甲醇中的甲酸、高級醇、二甲醚、醛、***等其它不純物都降低到最低的限度,其總量不超過1%。

2最相宜反應壓力的選擇及影響合成反應壓力對于產量的關系,可以用下面的式子表示:=銅基催化劑,式中為單位數量催化劑得到的甲醇量;為壓力。

下圖為使用銅基催化劑當空間速度為30003及不同壓力下與甲醇生成量的關系。

圖1合成壓力與甲醇生產量的關系由公式及圖表可以看出,合成的壓力越高,甲醇的生成量越大。

由250-350℃幾組溫度可以明顯的看出提高反應壓力,相對應的反應溫度越低,產量越大。

的轉化率也由于壓力的提高而上升,在一氧化碳轉化率與實際生產平衡轉化率的曲線圖上可以看出。

反應溫度300℃時,理論平衡轉化率達到80%以上,曲線就趨于平直,而實際的轉化率幾乎是與反應壓力成正比例直線上升。

甲醇的合成反應是一個有體積變化的可逆反應,反應向著體積縮小的方向進行,提高壓力無疑是對合成反應平衡向正方向運行是有利的,在合成反應的同時伴隨著一些副反應的發(fā)生,產生雜質,雖然副反應也都大部分向著體積縮小的方向進行,但是縮小的比例大多不如生成甲醇反應大,所以提高壓力對提高粗甲醇的質量有利。

但是提高壓力也不是沒有限度的,過高的反應壓力不僅提高了設備受壓等級的要求,而且增加了能耗。

一般轉化率在壓力達到8以上,反應溫度在300℃以下時,平衡轉化率變化幅度不大,過分的提高壓力是不合理的,同時甲醇合成反應壓力在15-20之間,反應的熱效應比較穩(wěn)定,有利于催化床的溫度掌握。

3原料氣中氫與一氧化碳比例的要求從反應的方程式來看,合成甲醇時氫與一氧化碳的分子比為2:1,但是在實際生產中以2:1組成的合成氣,合成甲醇時的轉化率是相當低的,有討論證明,當應用超過化學計算量的氣體進行反應時,其產量比依據質量作用定律所估計的要降得更低,而把2含量超過化學計算量時,轉化率比估計的降低得要少。

反應氣體受催化劑的表面吸附及其他一些因素的影響,要求反應氣體中氫氣的含量要大于理論量,以提高反應速度。

聯醇生產的2:值的掌握,既要從合成甲醇來考慮,又要考慮反應后的氣體為合成氨生產保持2:2=3:1的比值,對于聯醇來說,由于甲醇合成以后的氣體要保持相當量的氫去參與氨的合成,所以氫是過量的,但是確定聯醇生產中氫與一氧化碳的比例必需考慮甲醇產量在總氨產量中所占的比例,也即原料氣中的氫在制醇和制氨中如何安排的問題。

在聯醇生產中,通常以轉變變換氣中一氧化碳的含量來調整甲醇產量在總氨中的比例。

在合成氣中原來已經具備過量的氫氣,只要略微轉變一下一氧化碳的含量,合成甲醇的產量就有明顯得到變化,正常生產中,醇氨比維持在40-50%,甲醇合成塔后一氧化碳含量在2%左右,此時水洗氣中一氧化碳大約維持在8-10%。

在原料氣中保持過量的氫,在原料氣的配比上足以保證合成甲醇時一氧化碳的轉化率,這個也是聯醇生產的優(yōu)勢之一。

4空間速度溫度壓力確定后,反應氣體的空間速度就成為甲醇合成生產掌握的主要因素。

所謂空間速度就是指在單位時間內,單位體積的催化劑所經過的氣體體積數。

在溫度、壓力不變的狀況下,空速越大,則氣體在催化劑表面的接觸時間越短。

從化學平衡的角度來說,接觸時間越長,反應越接***衡,也就是單程轉化率越高,但不是成正比例增加,轉化率的增加比接觸時間的增加的幅度要小得多,所以接觸時間長空間速度小,轉化率雖然增加,但是單位時間通過的氣量小,總的產量仍舊是很低的。

假如提高空間速度,即削減接觸時間,雖然轉化率下降,但是由于單位時間通過的氣量增多,甲醇的時空產量卻相應的增多,甲醇的時空產量卻相應地增加了。

實踐證明,甲醇的時空產量在肯定的范圍內與空間速度成正比例關系的。

化學反應在反應生成物不斷移走,生成物濃度較低時,化學平衡向正方向移動,對于甲醇合成來說,催化劑表面的生成物通過氣體不斷帶走使反應的速度加快;同時,要是催化劑表面的生成物仍舊留在催化劑表面,或者在表面停留時間過長,生成物甲醇將連續(xù)反應,使碳鏈增長,生成各種高級醇。

5原料氣組份對合成反應的影響聯醇生產原料氣主要組份除一氧化碳之外,還存在有下列幾種氣體組份:原料氣中帶入和合成反應時生成的惰性氣,如甲烷、氬氣等;原料氣中存在的少量二氧化碳;還有合成氨生產中必不行少的氮氣。

依據質量作用定律,反應物的分子分壓與化學反應成正比。

在氫和一氧化碳合成甲醇過程中,生成甲烷的副反應是存在的,但是由于甲醇生產部分循環(huán)的特點,甲烷的產生量與醇后氣的帶走的量可以視作是平衡的,而且是在高壓下合成甲醇時,反應氣體中有適當的高濃度的甲烷的存在,對甲醇產品的存在是有利的。

這是由于甲烷氣體的存在,降低了反應氣體中氫氣和一氧化碳的分壓,致使甲醇反應有效的得到了抑制,甲烷的熱容量遠比氫氣和一氧化碳要高,反應熱量使氣體的溫升降低。

因此甲烷對合成反應的影響幾乎可以不必考慮。

聯醇生產中,由于合成甲醇以后的氣體組分中氮氣的約占四分之一,氮氣的存在雖然對氫氣和一氧化碳的分壓有影響,但是對于高活性的銅基催化劑,恰恰能使合成反應得到緩和,使反應溫度易于掌握,有效的防止過分猛烈的反應所引起的超溫柔溫度的大幅度的波動。

同時也削減了由于反應溫度高而產生的副反應,對提高合成甲醇質量起了樂觀作用。

二氧化碳合成甲醇比一氧化碳要多消耗一個氫,同時多生產一個水,因此當生產原料中氫氣含量較低的狀況下,應當使更多的氫氣和一氧化碳生產甲醇。

當采納高空速反應時,氣體中有少量的二氧化碳存在對合成甲醇起有利的作用。

它可以在肯定程度上抑制二甲醚的生成,阻擋一氧化碳轉化成二氧化碳,可更加有利于調整溫度,防止超溫,。

所以有二氧化碳參與的合成反應可以抑制合成溫度上升。

當反應在較高的溫度下進行時,這個反應能用氧化鋅催化。

這個吸熱反應起了調整系統(tǒng)的作用,因而阻擋了催化劑發(fā)生過熱的現象。

聯醇生產使用銅基催化劑時,二氧化碳還有一個重要的作用,就是愛護銅基催化劑的活性,延長銅基催化劑的使用壽命,因此少量的二氧化碳的存在對于甲醇合成反應是有好處的。

因此在聯醇生產中,水洗氣的二氧化碳一般含量掌握在1-3%左右,假如原料氣中氫氣的含量高時,還可以適當提高。

系統(tǒng)的惰性氣一部分來自原料氣中帶入的氮、甲烷、氬氣等,另外一部分來自合成甲醇時生成的副產品,其中主要是甲烷及其它不凝性的有機化合物。

合成氣中惰性氣體的含量很高,使氫氣與一氧化碳的分壓降低,對化學平衡不利,將影響合成反應的速度。

單醇生產時,合成氣體全部循環(huán),甲醇合成是全部生產的終端,循環(huán)氣中惰性氣不斷積累,假如不是常常排放,將影響轉化率,同時使合成系統(tǒng)壓力上升,所以單醇生產時必需不斷排放惰性氣。

使用鋅基催化劑的單醇生產工藝,每生產1粗甲醇大約要排放700-9003的惰性氣。

聯醇生產的特點是部分循環(huán),塔后氣體始終有一部分要經過銅洗作為合成氨的原料氣,所以聯醇生產中不存在惰性氣體的積累問題。

因此聯醇生產的原料消耗比單醇低得多,這個正是聯醇的優(yōu)勢之一。

6結束語總之,聯醇生產的優(yōu)勢是在于原