甲醇合成工艺条件优化

化工设计通讯　第３８卷第１期　・　７２　・　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　２０１２年２月　甲醇合成工艺条件优化　魏　明　（中海石油建滔化工有限公司，海南东方５７２６００）　摘　要：利用Ｄａｖｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司设计的日产２　５００　ｔ甲醇装置合成单元进行实验，研究工艺　参数对甲醇合成反应转化率、产率以及甲醇选择性的影响。分析研究结果表明，最佳的工艺条件组合是温　度为２２２℃，压力为７．８　ＭＰａ，氢碳比为２．５，进合成系统的原料气流量为３２１　８５０ｍ　／ｈ。　关键词：甲醇；合成；催化剂；工艺条件　中图分类号：ＴＱ２２３．１２　１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３—６４９０（２０１２）０１—００７２—０７　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｔｈａｎｏｌ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ＷｒＥ工Ｍｉｎｇ　（ＣＮＯＯＣ　Ｋｉｎｇｂｏａｒｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｄｏｎｇｆａｎｇ　Ｈａｉｎａｎ　５７２６００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｕｐｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｒａｔｅ，　ｙｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｏｌ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｉｎ　２　５００　ｔ／ｄ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｕｎｉｔ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂｙ　Ｄａｖｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　２２２℃，ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｆ　７．８　ＭＰａ，ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ—ｃａｒｂｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　２．５，ｔｈｅ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｇａｓ　ｆｌｏｗ（ｔｏ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ）ｏｆ　３２１　８５０　ｍ。／ｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｈａｎｏｌ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｃａｔａｌｙｓｔ；ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　本文介绍利用Ｄａｖｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公　等来自于前系统转化单元和变压吸附单元。　司设计的中海油建滔化工公司日产２　５００　ｔ甲醇　（２）反应装置　甲醇合成塔（Ｄ１２１、Ｄ１２２）。　装置合成系统，进行实验、数据分析以及理论分　（３）冷凝分离单元　进出口换热器（Ｅ１２１、　析，研究工艺参数对甲醇合成反应转化率、产率　Ｅ１２３Ａ／Ｂ）、冷凝器（Ｅ１２２、Ｅ１２４）、气液分离器　以及甲醇选择性的影响，为甲醇生产企业提供操　（Ｄ３２１、Ｄ３２２）、过滤器（Ｈ３２１Ａ／Ｂ、Ｈ３２２Ａ／　作参考，进而实现节能降耗、降低生产成本、提　Ｂ）、流量调节阀、压力调节阀、温度控制阀。　高企业经济效益的目的。　（４）分析检测单元　气体组分在线分析仪、　甲醇合成采用的催化剂为ＫＡＴＡＬＣＯ５１—９。　在线热电偶、压力表、流量计等。　目前ＫＡＴＡＬＣＯＳ１—９型催化剂在国内甲醇生产　１．２总工艺流程　中应用较为广泛，市场占有率超过５Ｏ　。因此，　原料气ＣＯ、Ｈ２、Ｃ０２、Ｎｚ、ＣＨ４等以一定　本研究不仅具有一定的理论意义，更具有较好的　的比例并配以不同量的循环弛放气经过不同的进　实际应用价值。　出塔换热器后进入两合成塔，在一定温度、压力　１　系统简介　和催化剂作用下部分转化为甲醇。反应后的气体　经冷凝、分离为气液两相物流。为了排掉合成反　１．１合成系统组成　应过程中不能反应的惰性组分，合成系统必须放　合成系统按功能主要划分为气源、反应装　掉一部分弛放气。由流量计、在线分析仪测量元　置、冷凝分离、分析检测等４个单元。各单元的　件，得到弛放气排放量、各组分浓度等实验数　组成如下。　据，液相产品通过流量计分析检测单元得到所需　（１）气源单元　Ｃ０、Ｈ２、ＣＯ２、Ｎ　、ＣＨ　实验数据。实验流程如图１所示。　收稿日期：２０１卜ｌｌ—Ｏ２　作者简介：魏明（１９８５－－），男，内蒙古乌兰察布人，助理工程师，主要从事化工基础原料生产研究工作。　第１期　魏明：甲醇合成工艺条件优化　・　７３　・　蒸汽　Ｄ１　弛放气　一　■——————　日—一　ＦＩＣ３　一Ａ　Ｉ２￣￣１＂Ｔ　蚴　ＡＩ３￣７０２　ＰＩＣ３３０２　给　水　粗甲醇　图１　甲醇合成实验流程示意图　Ｄ１２１一第一合成塔；Ｄ１２２一第二合成塔；Ｄ１２３一第一合成汽包；Ｄ１２４一第二合成汽包；Ｅ１２１一第一合成塔进出口换热器；Ｅ１２３Ａ／　Ｂ一第二合成塔进出口换热器；Ｅ１２２一第一合成塔冷凝器；Ｅ１２４～第二合成塔冷凝器；Ｄ３２１一第一合成塔气液分离器；Ｄ３２２一第二　合成塔气液分离器；Ｈ３２１Ａ／Ｂ－－Ｄ３２１出口过滤器；Ｈ３２２Ａ／Ｂ—Ｄ３２２出口过滤器；ＦＶ３５０３－－粗甲醇流量调节阀；ＦＶ３３Ｏ１一合成回　路压力调节阀；ＴＶ３４ｏ１一第一合成塔入口温度控制阀；ＴＶ３４ｏ２～第二合成塔入口温度控制阀；ＡＩ３７Ｏｌ／３７０２／２２０１－－气体组分在线　分析仪；Ｔｃ一合成塔入口温度控制显示表；ＰＩＣ３３０２－－合成回路压力控制显示表；ＦＩｃ３５Ｏ３一粗甲醇流量控制显示表；Ｊ１１１／２一合成　气压缩机；Ｊ１２１一合成回路循环压缩机　２测试前装置状况　据测试工作在催化剂耐热后，即轻负荷运行之后　进行。催化剂还原结束后，系统用Ｎ。逐步升压　试验是在装置开车轻负荷运行之后进行的，　至３．０ＭＰａ，Ｎ　含量达到１００　，催化剂床层温　催化剂的状况及开车情况如下。　度达２００℃，在较低温度情况下切人原料气，系　２．１　催化剂的装填与还原情况　统正式进入轻负荷运行阶段，时间约为１　ｄ。　ＤＩ２１合成塔、Ｄ１２２合成塔底部分别装了　巾６　ｍｍ瓷球和＋１３　ｍｍ耐火球，每个塔装ＫＡＩＡＬ—　３试验结果与讨论　ＣＯ　５１－９催化剂３９６桶，约重８３．１６　ｔ。装填完成　轻负荷运行之后，分别就温度、压力、进合　后，合成回路氮气充压到０．６５　ＭＰａ，启动循环　成系统新鲜气量、氢碳比等工艺条件对甲醇合成　机，控制氮气循环量在３８　５００￣４３　０００　ｍ３／ｈ，进　ＣＯ、ＣＯ。、总碳转化率，粗甲醇产量，甲醇选　行配氢、升温还原，直到合成催化剂升温还原全　择性以及精甲醇产量的影响进行了实验，并找出　部结束，整个还原共计１５３ｈ。期间Ｄ１２１累计出　其中的规律，给出合理的解释。为了便于取点计　水５４．５桶（１１　４４５　ｋｇ），Ｄ１２２累计出水５６桶（约　算，以上所有转化率计算值都为总转化率，同　１１　７６０　ｋｇ）。在催化剂还原期间，出口ＣＯ　间歇　时，安排了正交实验，就各条件对甲醇合成综合　排放，控制出口ＣＯ　含量小于２Ｏ　。还原结束　性指标（精甲醇产量）的敏感性进行分析，得出了　后转入轻负荷运转。　影响程度的次序。　２．２轻负荷运行　通常对每个工艺条件实验要求测定三到四个　轻负荷运行是进入满负荷运行前的一个必须　点，每个点的测定时间间隔至少２　ｈ以上，这是　程序。催化剂活化后，初活性较高，一般高于耐　充分考虑了某一个工艺参数调整后，系统恢复稳　热后活性３０　，为防止催化剂床层超温，延长　定需要一定的时间确定的，因此必须在系统重新　催化剂使用寿命，一般都需要经历轻负荷运行过　稳定之后才可以测定实验数据。　程。另外，为保证实验结果前后的一致性，不因　３．１反应温度的影响　催化剂活性降低而影响到测试数据的可靠性，数　在（Ｈ　一ＣＯ２）／（ＣＯ＋ＣＯ２）＝２．２５，进合成　・　７４　・　化Ｉ设升通讯　第３８卷　系统新鲜气量为３２１　８５０　ｍ。／ｈ，且两合成塔　Ｄ１２１与Ｄ１２２的新鲜气比例为１：２，合成系统　压力Ｐ　７．５５　ＭＰａ的条件下，考察了合成塔人口　温度对ＫＡＴＡＬＣＯ５１—９催化剂甲醇合成反应性　能的影响，考察结果如表１。　表１合成塔入口温度对甲醇合成反应的影响　根据实验数据，温度对ＣＯ、ＣＯ　、总碳转　化率的影响如图２所示，对粗甲醇产量的影响如　图３，对选择性的影响如图４，对精甲醇产量的　影响如图５。　９８　９６　９４　萋　嚣　８６　８４　图２温度对ＣＯ、ＣＯ　、总碳转化率的影响　ｌｌ８．５　１ｌ８　童　１１７．５　瑚１　１１７　各　ｌ１６．５　ｌ１６　靼　１１５．５　１１５　温度，℃　图３　温度对粗甲醇产量的影响　８３．１　８３　８２・９　８２・　蓝亵８２．７　．６　链８２．５　旺　８２．４　８２．３　温度／￣ｃ　图４温度对甲醇选择性的影响　９８．５　９８　９７．５　９７　链　９６　庄卜　９５．５　蜒　９５　９４．５　温度，　图５温度对精甲醇产量的影响　由图２可以看出，合成塔入口温度在２１６～　２２２℃之间，ＣＯ、总碳转化率呈增长趋势。ＣＯ。　转化率呈先增加后下降趋势，在２２０℃出现最高　点。　图３、４、５显示，在低温时粗甲醇产量低、　选择性较差、精甲醇产量也低，以２２０℃开始，　粗甲醇产量、选择性、精甲醇产量迅速增加，　２２２℃达最高值。合成塔入口设计温度为２３０℃，　由此可见，人口温度低于设计温度对甲醇合成有　不利的影响。　合成甲醇主要化学反应为ＣＯ和Ｈ　的反　应：　Ｃ０＋２Ｈ２．－－－－￣ＣＨ３ＯＨ（ｇ）一９０．８　ｋＪ／ｍｏｌ　（１）　Ｃ０ｚ与Ｈ。发生以下反应：　Ｃ０２＋３Ｈ２　＝　ＣＨ。ＯＨ（ｇ）＋Ｈ２０（ｇ）－４９．５　ｋＪ／ｔｏｏｌ（２）　Ｃ０２＋Ｈ２—　ＣＯ＋Ｈ２Ｏ（ｇ）＋４１．３　ｋＪ／ｔｏｏｌ　（３）　同时，反应过程除生成甲醇外，还伴随发生　一些副反应，生成少量的烃、醇、醛、醚、酸和　酯等化合物［３］。　甲醇合成主反应为强放热反应，温度升高，　从热力学角度来看，降低了反应的平衡常数，使　甲醇合成反应向着生成甲醇的逆方向进行，导致　总碳转化率和甲醇产量下降。但从动力学角度来　看，提升温度可以较大幅度提高甲醇合成过程中　各反应的速率常数，因此各反应的反应速率升　高，从而使相同时间内总碳转化率和甲醇产量还　是升高。　另外，虽然温度升高对甲醇合成过程中正副　反应速率有着等同的影响，但从图４可以看出，　随着温度逐渐接近设计温度，甲醇的选择性明显　提高，这对实际生产中减小甲醇精馏工段负荷、　降低能耗，提高经济性非常有利。　由图５得知，该合成反应在入口温度为２２２℃　时，精甲醇的产量最高。由于催化剂活性随着使　第ｌ期　魏明：甲醇合成工艺条件优化　・　７５　・　用时间的增长会逐渐降低，所以目前在催化剂使　用初期，催化剂活性最高，应控制在低于设计温　度，如２２０。Ｃ。如若控制过高，虽然甲醇产量会　增加，但由于此时催化剂活性高，会导致反应剧　烈放热，引起催化剂床层过热，进而降低催化剂　的使用寿命。随着催化剂使用时间的推移，活性　慢慢降低，应逐渐提高合成塔入口温度，靠近设　计温度，或略高于设计温度，以提高反应速率，　保证甲醇的产率。如果催化剂初期就控制较高温　度，等到催化剂后期则没有更多的提温空间，而　不能保证甲醇的产率。　因此，实际工业生产过程反应器的操作温度　要兼顾到催化剂使用的初期、中期和后期，根据　反应状况，制定出合理的温度操作范围，实时调　整操作温度。　３．２反应压力的影响　在（Ｈ　一ＣＯ。）／（ＣＯ＋Ｃ０　）＝２．２５，进合成　系统新鲜气量为３２１　８５０　ｍ。／ｈ且两合成塔Ｄ１２１　与Ｄ１２２的新鲜气比例为１：２，合成塔人口温度　为２２２℃的条件下，考察了合成系统压力对　ＫＡＴＡＬＣＯ５１—９催化剂甲醇合成反应性能的影　响，考察结果如表２。　表２合成系统压力对甲醇合成反应的影响　实验点　１　２　３　４　压力／ＭＰａ　７．１４　７．４Ｏ　７．５５　７．７７　ＣＯ转化率／　９３．２６　９３．９６　９４．２１　９６．０３　ＣＯ２转化率／　８４．５６　８６．４６　９０．３２　９１．０６　总碳转化率／　８９．７４　９０．９７　９３．０９　９４．０３　粗甲醇产量／ｔ／ｈ　１１４．２　１１５．３　１１６．４　１１８．１　甲醇选择性／　８Ｏ．８１　８Ｉ．９４　８３．６１　８３．１４　精甲醇产量／ｔ／ｈ　９２．２９　９４．４８　９７．３２　９８．１９　压力对ＣＯ、ＣＯ　、总碳转化率的影响如图　６所示，对粗甲醇产量影响如图７，对选择性影　响如图８，对精甲醇产量的影响如图９。　１；ｌＬ　僻　压力／ＭＰａ　图６压力对ＣＯ、ＣＯ：、总碳转化率的影响　ｌ１９　１ｌ８　ｌ１７　１１６　｛Ｌ　１１５　薹　：：　ｌ１２　压力，ＭＰａ　图７压力对粗甲醇产量的影响　８４　８３．５　８３　８２．５　８　，８１　ｓ　７９．５　７９　压力　Ｐａ　图８压力对甲醇选择性的影响　９９　９８　ｊ　９７　９６　皿删　９５　＋Ｌ　９４　链　９３　Ｅ壬－　９２　９１　９ｏ　８９　压力／ＭＰａ　图９压力对精甲醇产量的影响　由式（１）和式（２）可知，合成甲醇反应是体积　缩小的反应，压力提高，有利于反应向生成甲醇　的方向进行；从动力学角度考虑，反应速率与反　应物浓度的幂次方成正ｌ：ｔＥ见式（４），（５）］Ⅲ，压　力提高，气体浓度增大，反应速率加快，这也有　利于甲醇的生成。　一尺一尺　ＣＯ－－————————————　—————一　（１＋Ｋｃｏｆｃｏ＋Ｋｃ％ｆｃ％＋Ｋ．２ｆＨ￣）ａ（１－Ｂ（１－Ｂ　）（４）１）（４）　ｃ％Ｐ　Ｈ２　（ＲｃｏＫｚｆ　＝　２１－＆）（５）　式中　一　，ＦｍＪｔＨ２０　从图６、７、９可以看出，随着压力的提高，　ＣＯ转化率、ＣＯ　转化率、总碳转化率、粗甲醇　以及精甲醇产量均呈上升趋势。从图８看出，甲　醇选择性在合成压力７．５５　ＭＰａ时最高，随后则　呈下降趋势，主要原因是生成大分子副产物，如　・　７６　・　化工设计通讯　第３８卷　乙醇、甲醚等反应速率的增长速度更快，相对而　言甲醇选择性降低。　现代甲醇合成多在７．０　ＭＰａ以上进行，压　力升高，在其他工艺条件相同的情况下，必然要　求合成气压缩机的输出功更大，能耗也就更高；　当然，各设备的材料强度要求也会更高，初期投　资相对更多。　３．３进合成系统新鲜气量的影响　在（Ｈ２一ＣＯ　）／（ＣＯ＋ＣＯ　）一２．２５，合成系　统压力Ｐ　７．５５　ＭＰａ和合成塔入口温度为２２２℃　的条件下，考察了进合成系统不同的新鲜气量　（两合成塔Ｄ１２１与Ｄ１２２的新鲜气比例不变，仍为　１：２）对甲醇合成反应的影响，考察结果如表３。　表３进气■对甲醇合成反应的影响　根据实验结果，进气量对ＣＯ、ＣＯ：、总碳　转化率的影响如图１０，对粗甲醇产量的影响如　图１１，对选择性的影响如图１２，对精甲醇产量　的影响如图１３。　９６　９４　９２　｛舞Ｌ　９ｏ　８８　蜱　８６　８４　８２　进气量，ｍ，／Ｉｌ　图１Ｏ进气量对ＣＯ、ＣＯｚ和总碳转化率的影响　１２２　１２ｌ　１２０　面删　１１９　１１８　Ⅲ冀１１６　ｌ１５　进气量／ｍ３／ｈ　图１１进气量对粗甲醇产量的影响　８１．８　８１．６　８１Ｉ４　８１．２　簧　Ｅ　－８０．６　８０．４　８０．２　进气量／ｍ３／ｈ　图１２进气量对甲醇选择性的影响　９８　９７．５　９７　蜩１　９６．５　｛Ｌ　９６　链９５．５　Ｅ－９５９４．５　９４　进气量／ｍ　图１３进气量对精甲醇产量的影响　由图１０可知，ＣＯ以及总碳转化率随着原　料气进气量的升高而降低，这是因为随着合成系　统原料气进气量的增加，气体流速增大，意味着　单位反应气体与催化剂相对接触时间变短，所以　ＣＯ以及总碳转化率随之降低。由于ＣＯ　在催化　剂表面相对Ｈ　、ＣＯ吸附速率更快，原料气进　气量的增加使更多的ＣＯ　占据了催化剂的表面，　所以ＣＯ以及总碳转化率随进气量的增加呈下降　趋势，而ＣＯ。的转化率呈增长趋势。　随着原料气流量的增加，精甲醇产量增加，见　图１３。进气量由３１２０００ｍ３／ｈ增加到３１６　５４０ｍ３／ｈ，　即合成系统进气量增加１．６　，精甲醇产量增加　１．９　。这是因为随着原料气进气量的增加，与　单位催化剂接触的原料气增多，所以产量升高。　因此，适当增加进气量有利于提高甲醇产量，但　进气量的提高也会带来催化剂床层压降变大、合　成气压缩机动力消耗增加等弊端。　在３１２　０００～３１６　５４０　ｍ。／ｈ之间，随着进气　量的增加，甲醇选择性上升，见图１２。这可能　是由于副反应的反应速率相对降得更快，致使甲　醇选择性升高。之后随着原料气流量增加，甲醇　的选择性呈下降趋势。　３．４氢碳比（Ｈ：一Ｃｏ　）／【ＣＯ＋ＣＯ：）的影响　在合成塔人口温度为２２２℃，进合成系统新　鲜气量为３２１　８５０　ｍ。／ｈ，且两合成塔Ｄ１２１与　第１期　魏明：甲醇合成工艺条件优化　・　７７　・　Ｄ１２２的新鲜气比例为１：２，合成系统压力Ｐ　７．５５　ＭＰａ的条件下考察了氢碳比（Ｈ　一ＣＯ。）／　（ｃｏ＋ＣＯ　）对甲醇合成反应的影响，考察结果　兰　如表４。　表４氢碳比对甲醇合成反应的影响　实验点　１　２　３　氢碳比　ＣＯ转化率／　ＣＯ２转化率／　总碳转化率／　粗甲醇产量／ｔ／ｈ　甲醇选择性／　精甲醇产量／ｔ／ｈ　氢碳比对ＣＯ、ＣＯ　、总碳转化率的影响如　图１４所示，对粗甲醇产量的影响如图１５，对甲　４　２　３　８　６　４　２　２　８　６　４　醇选择性的影响如图１６，对精甲醇产量的影响　如图１７。　由图１４可知，总碳转化率随氢碳比的增加　而不断上升。氢碳比升高，意味着原料气中Ｈ。　浓度的升高，而ＣＯ的浓度减少。从反应动力学　考虑，这有利于总碳转化率的提高。　当（Ｈ２一ＣＯ２）／（ＣＯ＋ＣＯ２）一２．１４或２．５　时，精甲醇产量都较大。氢碳比为２．１４时，符　合甲醇合成反应［式（１）与式（２）］要求的化学计量　配比，但此时氢碳比低而不利于碳的转化反应。　从图１４、１５、１６可以看出，由于符合甲醇合成　反应要求的化学计量配比，甲醇选择性较高，由　于氢碳比低而不利于碳的转化，因此粗甲醇产量　很小，但通过图１７看出，此时的精甲醇产量很　高，由此得出氢碳比为２．１４时甲醇选择性提高　占据主导地位，而ＣＯ、总碳转化率降低则次　之，故最后表现为虽然碳转化率较低，但精甲醇　产量还是很高。　、　褂　蜱　氢碳比　图１４氢碳比对ＣＯ、ＣＯ。、总碳转化率的影响　龛　氢碳比　图１５　氢碳比对粗甲醇产量的影响　鞲　磕　Ｅ巳－　氢碳比　图１６氢碳比对甲醇选择性的影响　９８．２　９８　皇　９７．８　蛰　９卿　９７．６４　　．日壬－　９７．２　９７　９６．８　氢碳比　图１７氢碳比对精甲醇产量的影响　当氢碳比为２．３４时，精甲醇产量最小，虽　然此时氢碳比的提高会导致碳转化率以及粗甲醇　产量的提高，但由于此时偏离甲醇合成反应要求　的化学计量配比，甲醇选择性很低，导致精甲醇　产量降低，此氢碳比下甲醇选择性依然占据主导　地位。　当氢碳比为２．５０时，精甲醇产量又迅速增　加，虽然此时氢碳比已远远偏离甲醇合成反应要　求的化学计量配比而导致甲醇选择性降低，但此　时氢碳比的提高会使碳转化率、粗甲醇产量迅速　提高，导致精甲醇产量增加，此时氢碳比的提高　使碳转化率、粗甲醇产量升高并占据主导地位。　通过图１７看出，当（Ｈ。一ＣＯ　）／（ＣＯ＋　ＣＯ。）：２．５０时，精甲醇产量最大。氢碳比控制　・　７８　・　化工设计通讯　第３８卷　在２．５Ｏ较为合适。　氢碳比过低、过高对甲醇生产都是不利的。　氢碳比过低不仅影响到甲醇产量，还会促使结炭　反应的发生，影响催化剂的使用寿命；氢碳比过　高，虽然甲醇产量升高，但带来的是由于甲醇选　择性差导致精馏负荷增加、氢气回收负荷加大以　及循环机能耗增加等不利结果。　３．５　工艺条件对合成过程的敏感性分析　由上述分析可见，各工艺条件对甲醇合成均　有不同程度的影响，为了找出主要影响因素，设计　了三水平四因素的正交实验，实验配比如表５。　选择温度、压力、新鲜气量以及氢碳比等四　因素对综合指标——精甲醇产量的影响进行了极　差分析。“极差”是同一因素不同水平间的最大　值与最小值的差。“极差”是衡量主要影响因素　。。　。。　和次要影响因素的一个重要标准，“极差”越大，　说明该因素对甲醇合成的影响越大；“极差”小，　则说明该因素为次要因素。而且精甲醇产量指标　是最大特性指标，则选使Ｋ最大的水平作为该　因素的好水平。　表５　Ｌ９《３　）试验设计方案　试号　厶口一丁／℃　　一Ｐ／ＭＰａ　氢碳比　进气量／ｍａ／ｈ　３１２　０００　３１６　５４０　３２１　８５０　３２１　８５０　３１２　０００　３１６　５４０　３１６　５４０　３２１　８５０　３１２　０００　Ｒ　提高精甲醇产量，合成塔入口温度２２０℃水平要　一如表７，第一列温度因素Ｋ。＞Ｋ。＞Ｋ　，说明　　比２１８℃水平好，２２２℃水平还要比２２０。Ｃ水平　好。同样，第－－Ｎ压力因素的好水平是７．８ＭＰａ，　第三列氢碳比因素的好水平是２．５，第四列进合　成系统原料气量因素的好水平是３２１　８５０　ｍ。／ｈ。　综合上述，最佳的组合为，温度为２２２℃，　压力为７．８ＭＰａ，氢碳比为２．５，进合成系统的　原料气流量为３２１　８５０　ｍ。／ｈ。由极差Ｒ确定各　因素对指标的影响程度顺序。依照极差大小，各　因素对精甲醇产量指标影响的大小顺序为：温度　＞进合成系统的原料气量＞氢碳比＞压力。　一般来说，当因素之间不存在交互作用时，　通过计算分析得到的好条件要优于直接分析得到　的好条件。如果存在交互作用，情况就比较复　杂，需要配合其他方法再仔细分析，本文不考虑　各因素之间的交互作用。　４　结　论　本研究工作得到下列主要结论。　（１）甲醇合成存在最佳的温度操作范围，温　度过高或者过低不但会大幅度降低甲醇合成的转　化率和产率，也会降低产物中甲醇的选择性，　ＫＡＴＡＬＣ０５１—９催化剂最佳操作温度为２２２℃。　（２）提高反应压力，有利于甲醇合成转化率　和产率的提高，但甲醇选择性会有所降低。　（下转第９３页）　第１期　张平军等：汽机缸体膨胀受阻的原因及措施　‘９３。　旋转角度　热胀方向　（１）立体图　（２）平面图　图２　Ⅱ型组合补偿器作用原理（平行布置）　当补偿器布置不在两固定支架中心，而偏向　合情况如下：　热管较短的一端，在运行时力偶臂Ｌ的中心Ｏ　设计压力Ｐ一４．０　ＭＰａ，设计温度￡一４００℃；　偏向较短的一端，回绕来吸收两端方向相对、大　免维护旋转补偿器ＧＳＪ为对焊连接，Ｌ一５３０　ｍｍ，　小不等的膨胀量△１，△２。　接管规格为４３２３．９×１４．２　ｍｍ，接管材料２０Ｇ，　此类补偿器的布置和球形补偿器类似，在吸　管道制造标准ＧＢ５３１０—１９９５，免维护旋转补偿　收热膨胀时，力偶臂旋转到１／２０处热管道出现　器ＧＳＪ的补偿量为２５　ｍｍ。补偿器旋转角度为　最大的摆动Ｙ值。因此，离补偿器第一只导向　１８０。。　支架的布置距离要加大。　另外，还采取了以下措施。　一般在自然地形、补偿量和安装条件许可的　（１）在机组大修时检查轴承箱下自润滑块，　情况下，Ｌ尽量选择大一点。　并且加入新的润滑油。　虽然吸收热胀随着转角０或力偶臂Ｌ的加大　（２）适当延长暖机时间，控制暖机转速，在　而增加，但为了限止Ｙ摆动过大，对ｅ值不超过　暖机过程中严密监视胀差及膨胀量的变化。　推荐值，Ｌ选在２～６ｍ范围内为宜。　（３）冲转后及时投入汽缸夹层和法兰加热装　该补偿器适应性较广，对平行路径、转角路　置。　径和直线路径及地埋过渡至架空，均可布置。　３．４旋转补偿器参数　４效　果　通过数据和理论推理，在汽机缸体两侧高压　２００９年８月采取上述措施后，７３机组再没　主进汽管线加上两个同样型号　的旋转补偿器　有出现过汽缸膨胀值突增的现象，为机组的安全　ＧＳＪ—ｖ，以达到补偿同样量的作用，该补偿器综　稳定运行奠定了基础。　（上接第７８页）　２．５，进合成系统的原料气流量为３２１　８５０　ｍ３／ｈ。　（３）原料气流量适当增加会提高甲醇的选择　性，增加精甲醇产量，但过多的提高进合成系统　参考文献：　的原料气流量会使甲醇的选择性降低，同时也带　Ｅ１３张明辉．大型甲醇技术发展现状评述［Ｊ］．化学工业，　来催化剂床层压降变大、合成气压缩机动力消耗　２００７，２５（１０３：８～１２．　增加等弊端。　Ｅｚ３　Ｉｐａｔｉｅｆｆ　Ｖ．Ｎ．，Ｍｏｎｒｏｅ　Ｇ．Ｓ．．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　Ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｆｒｏｍ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｄｉｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｏｖｅｒ　Ｃｏｐｐｅｒ－－Ａｌｕｍｉｎａ　Ｃａｔａ—　（４）甲醇合成原料气（Ｈ：一ＣＯ。）／（ＣＯ＋　ｌｙｓｔｓ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ　ＥＪ］．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，　ＣＯ　）最佳比例为２．５。　１９４５，６７（１２），ＰＰ　２１６８￣２１７１．　（５）在选定的各工艺参数变化范围内，对精　Ｅ３３魏文德主编．有机化工原料大全（第二版）ＥＭ３．北京：化学　甲醇产量的影响因素从大到小依次为温度、进合　工业出版社，１９９９，８０４～８２２．　成系统的原料气量、氢碳比、压力，最佳的工艺条　Ｅ４３应卫勇，曹发海，房鼎业．碳一化工主要产品生产技术　ＥＭ３．北京：化学工业出版社，２００４，１６４～１６７．　件组合是温度为２２２℃，压力为７．８ＭＰａ，氢碳比为