超临界合成甲醇中试装置实施中的若干工程问题.pdfVIP

超临赛合成甲醇中试装置 实施中的若干工程问题 刘黎董桂燕李丈怀钟炳 中国科学院山西煤炭化学研究所，太原(030001) 摘要：本文通过对超临界合成甲醇中试装置设计过程中的工艺、设备等方面若干 问题的叙述与讨论，分析了工艺流程的主要特点与反应器结构设计中需要考虑的若 干问题，对该装置的进一步工业放大做了前景展望。 主题词：超临界流体工程设计甲醇合成 一、前言 甲醇作为重要的化学工业原料和能源工业原料，工业化生产已有几十年的历 史了。正是由于甲醇在国计民生中占有重要的地位，探索合成甲醇的新工艺、新 过程、新方法才具有其更深刻的意义。在传统的甲醇合成工艺中，工艺过程的设 计受到了反应热力学平衡的限制，其结果导致系统中气体的循环量很大，造成了 大的动力消耗。另一方面，甲醇的合成属于强放热反应，如何及时地移出反应热， 保证床层温度均匀一直是设计者们关心的话题。李文怀、钟炳等人在研究中发现 [1]，在超临界溶剂存在的条件下，由于超临界流体的选择性吸附、溶解作用 及其高比热特性，可以大幅度地提高CO的单程转化率，并将反应放热及时移出， 保证了床层温度的均匀、稳定。 为了完成超临界合成甲醇的中试，就必须面向工程，解决由小试向工业化规 L的超临界萃取工业装置， 模的放大问题。近些年来，我们曾设计过数套2X250 在超临界流体的工程应用方面积累了一定的经验，对流体在超临界状态下的性质 及其在循环过程中的热力学变化、与之相适应的设备结构等都有了比较深刻的认 识。但是，反应工程与萃取工程毕竟不完全相同，超临界合成甲醇也与传统的甲 醇合成工艺不同，它有它自己的特殊性。通过对超临界合成甲醇中试装置的过程 一284．． 开发，我们又在这一新的领域里积累了一些经验，为今后向工业化装置再放大打 下了基础。目前，该中试装置已经完成了500小时考核运行。现将该中试装置的 工程开发工作简述如下。 ， 二、工艺设计 该装置的概略流程见图1。合成反应在8．5Mpa的压力下进行。经加热器1 预热的合成气与经加热器4预热的溶剂在混合器2中混合后进入反应器3中。这 里的反应器采用固定绝热床。经过反应器后CO的转化率远高于其平衡转化率， 系统温升≤60C。处于超临界状态的溶剂携带着反应产物随尾气一同从反应器底 l、4、加热器2、混合器3、反应器5、热交换器6、冷却器7、8、 lO、分离器 9、冰冷器1l、萃取器12、沉降分离器13、溶剂循环 槽14、循环泵 图I超临界合成甲醇概略流程图 部排出，经热交换器5将热量用来加热循环溶剂，然后经水冷器冷却至常温后进 入分离器7分成气液两相，尾气自分离器项部排出放空，溶剂与甲醇的混合液体 则自分离器底部排出并减至常压。因减压后液体中的溶解气体得以释放逸出，故 经分离器8分出的气体经冰冷器9、分离器10回收液体后放空。对于甲醇与溶剂 的混合液体则采用蒸馏水连续萃取的方法将甲醇产物溶解到水中，再静置分层。 溶剂作为轻组分分出后供循环使用，甲醇——水溶液送去精馏得到甲醇产品。 由本流程可以看出，从超临界介质的循环过程来看，基本上与超临界萃取过 程中的CO：介质循环相同，都是先由泵将介质的压力加至PPc，再升温至TTc， 在反应器里溶入溶质(反应生成物)后，再经减压、分离，最后溶剂又回到循环 槽中。这里与萃取过程不同的有两点：一是以反应器代替了萃取器，二是因反应 放出了大量的热，这些热量要靠溶剂来带出反应器。因此，这部分在工艺流程的 设置、设备的选型及结构设计方面与CO：超临界萃取工程大同小异。 从流程中还可以看出，对于合成气来说，取消了传统甲醇合成反应中的循环 回路。因合成气在反应过程中CO、CO：的转化率均很高，故气体无须循环，这 一点是对传统甲醇合成工艺的巨大革新。我们知道，在传统的甲醇合成工艺中， 循环机的电耗在甲醇的生产成本中占有较大的比重，这是因为通过循环机的气量 是进入合成系统新鲜原料气量5—6倍的缘故。通过在反应器中加入超临界溶剂 来提高一次转化率，最终达到取消气体循环的目的，