煤气化制甲醇（年产40万吨）的研究 毕业论文

图3. 4冷激式绝热反应器

这类反应器把反应床层分为若干绝热段，段间直接加入冷的原料气使反应气体冷却，故称之为冷激式绝热反应器。图是冷激式绝热反应器的结构示意图，反应器主要由塔体、气体喷头、气体进出口、催化剂装卸口等组成。催化剂由惰性材料支撑，分成数段。反应气体由上部进入反应器，冷激气在段间经喷嘴喷入，喷嘴分布于反应器的整个截面上，以便冷激气与反应气混合均匀。混合后的温度正好是反应温度低限，混合气进入下一段床层进行反应。段中进行的反应为绝热反应，释放的反应热使反应气体温度升高，但未超过反应温度高眼，于下一段间再与冷激气混合降温后进入再下一段床层进行反应。

冷激式绝热反应器在反应过程中流量不断增大，各段反应条件略有差异，气体的组成和空速都不一样。这类反应器的特点是：结构简单，催化剂装填方便，生产能力大，但要有效控制反应温度，避免过热现象发生．冷激气和反应气的混合及均匀分布是关键。冷激式绝热反应器的温度分布如图所示。

图3-5 冷激式反应器温度分布

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②列管式等温反应器

图3.6 列管式等温反应器

该类反应类似于列管式换热器，其结构示意如图所示。催化剂装填于列管中，壳程走冷却水（锅炉给水）。反应热由管外锅炉给水带走，同时产生高压蒸汽。通过对蒸汽压力的调节，可以方便地控制反应器内反应温度，使其沿管长温度几乎不变，避免了催化剂的过热，延长了催化剂的使用寿命。

列管式等温反应器的优点是温度易于控制，单程转化率较高，循环气量小，能量利用较经济，反应器生产能力大，设备结构紧凑。

③反应器材料合成气中合有氢和一氧化碳，氢气在高温高压下会和钢材发生脱碳反应（即氢分子扩散到金属内部，和金属材料中的碳发生反应生成甲烷逸出的现象），会大大降低钢材的性能。一氧化碳在高温高压下易和铁发生作用生成五碳基铁，引起设备的腐蚀，对催化剂也有一定的破坏作用。为防止反应器被腐蚀，保护反应器机械强度，一般采用耐腐蚀的特种不锈钢（如1Cr18Ni18Ti）加工制造。[6]

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3.3物料衡算

(1) 计算范围：反应器

(2) 主反应： CO+2H2?CH3OH CO2+3H2?CH3OH+H2O 副反应：CO+3H2?CH4+H2O

4CO+8H2?C4H9OH+3H2O

2CO+4H2?CH3OCH3+H2O (3) 计算任务：合成气消耗量和产物量：

甲醇的产率为：40% C4H9OH：6% CH3OCH3 10% CH4：4% (4) 基准： 年工作时：8000h

400000t?1000kg?8000h=50000kg/h 以1h为基准（以下计算不再写h-1） (5)选择数据。

产物气冷凝、精馏等单程质量收率为95.6%；一氧化碳生成的甲醇量为：80% 一氧化碳的转化率为：60% 二氧化碳的转化率为70%

合成气组成(摩尔组成)：CO 25.8% H2 67.4% CO2 3% CH4 1.8% O2 1% N2 0.81% H2O 0.19% (6)计算过程

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产物气中CH3OH量:

50000?95.6%?52301.1kg?1634409.4mol

由CO生成的CH3OH:

1634409.4?80%?1307527.5mol

由CO2生成的CH3OH:

1634409.4?1307527.5mol?326881.9mol

反应消耗CO量：

1307527.5mol?36610.8mol

CO消耗的H2量：

130752705mol?2?2615055mol?5230.1kg

反应消耗CO2量：

326881.9mol?14382.8kg

CO2消耗的H2量：

326881.9mol?3?980645.7mol

主反应H2总消耗量:

2615055mol ?980645.7mol ?3595700.7mol

主反应CO总反应量:

1307527.5mol?40%?3268818.75mol?91526.9kg

纯CO加入量：

3268818.75mol?60%?5448031.25mol ?115934.9kg

合成气总加入量：

5448031.25mol?25.8%?21116400.19mol

合成气中O2含量：

21116400.19mol?1%?211164mol

合成气中N2含量：

21116400.19mol?0.81%?171042.8mol ?4789.2kg

合成气中H2O含量：

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