三相浆态床中合成甲醇与二甲醚_1课件

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1、三相浆态床中合成甲醇与二甲醚反应过程研究开发房鼎业华东理工大学化工学院（上海市梅陇路，200237）气液固三相催化反应技术在新一代天然气化工和煤化工中有着特别重要的地位，本文着重介绍三相浆态床中甲醇合成和二甲醚合成的研究开发。一、气液固三相催化反应技术的特点与应用反应物系中同时存在气、液、固三相的化学反应称气液固三相反应，若其中催化剂为固相，称气液固三相催化反应。进行气液固三相反应的设备称为三相床反应器。2.三相床反应过程的主要特点(以三相床合成甲醇与二甲醚为例)2.1床层的等温性●导热系数大、热

2、容大的惰性液相热载体●高度湍动的气－液－固三相导致反应热迅速分散和传向冷却介质，使得床层接近等温。因而，优于气－固催化法：不会出现床层温度不合理分布；不会出现局部过热；不会对催化剂和设备造成危害。2.2反应的高效性●细颗粒催化剂的采用；●高浓度反应组分(CO、H2)采用的可能性；●较佳温度的维持催化剂内表面利用率极高；高浓度反应组分有利于正反应速率；较佳的温度兼顾了平衡推动力，因此，可获得较大的原料气转化率和主产物选择性。2.3原料的适应性●优良的传热性能●合理的副产蒸汽配置使得液相合成气制甲醇和

3、二甲醚的三相床反应器原料气适应性强，反应物主要组分CO可在大范围内变化，可用副产蒸汽量的大小来调节，床层仍可维持恒温在设定的较佳温度。而这对于气－固相催化法是不可能的。2.4操作的可塑性●优良的传热性能与合理的产汽配置●极低的床层压降操作气速(或质量空速)可在较大范围内变化而反应器内仍能正常稳定操作。这是气－固相催化法不可能的；主要取决于起始流化速度与床层节涌速度；与分布器的类型、设计参数和反应器的结构设计有关。2.5节能的现实性●对二甲醚，原料气转化率高(＞75％)，选择性好（＞85%)●副产中

4、压蒸汽循环气量减少，热效率高。因而，合成工序可节能25％～30％左右。2.6联产的可行性●原料气适应性强●可不经变换因而，原则上可与各种有合成气的工业过程联合生产。特别是可使发电和化工联产，形成多联供，可同时改善经济效益和生产可调性。二、气液固三相浆态床中甲醇合成在70年代，美国化学系统公司提出液相法甲醇合成的概念，开发了三相床甲醇合成工艺。研究工作主要在实验室进行，包括液相介质选择、催化剂评价、合成气在液相介质中的溶解度以及合成气组成对过程的影响等。80年代，美国能源部资助，由美国空气产品和化学

5、品公司主持，在该公司的德克萨斯州拉波特(Laporte)联合企业建立了日产5吨甲醇的浆态床中试系统。此后，便投入了大量的人力、物力、财力开展了操作运转、经济评价、概念设计等方面的工作，将此研究命名为LPMEOH。1989年底，美国能源部宣布，历时约15年的三相床甲醇合成研究，所开发的技术被选为煤炭液化技术而立项。美国能源部拨出9000万美元，支持伊斯曼公司的煤气化联合循环电厂建成日产260吨的三相床甲醇合成工业示范装置，并已于1997年2月在田纳西州金斯波特投入生产。我校从1993年起开展三相床甲

6、醇合成研究工作，“九五”期间完成了工业热模试验。1.研究内容与成果我校在三相床甲醇合成方面的研究内容与成果如下：(1)惰性液相热载体特性研究经筛选，确定医用液体石蜡油为三相床甲醇合成的惰性液相热载体。为了进一步掌握规律，对其进行了多项物性测试，包括：不同温度下的密度、粘度、表面张力、热容和导热系数。通过对实验数据处理得到各上述物性与温度的关联式。(2)高浓度CO三相床合成动力学研究和操作适应性研究A.高浓度CO条件下甲醇合成本征动力学通过试验在三相床甲醇合成工业反应条件下，确定了高浓度CO条件下由

7、西南化工研究院开发的C302催化剂甲醇合成本征动力学规律，得到了动力学方程；B、三相床中甲醇合成反应条件的研究用富CO合成气考察由西南化工研究院开发的C302催化剂及惰性液相介质在三相床甲醇合成过程中的适应性。考察了温度、压力、质量空速对三相床甲醇合成过程的影响规律，掌握了各种因素对三相床甲醇合成过程的影响规律。C、三相床中甲醇合成宏观动力学研究了三相床中适用于富CO合成气的宏观动力学模型；三相床甲醇合成过程因液相的存在所产生的传递阻力影响；获得了C302催化剂合成动力学方程；为合成条件的确定、三

8、相床甲醇合成过程的数学模拟和工程分析，以及热模试验方案的确定，提供了依据。(3)三相淤浆床反应器流体力学研究试验采用与热模相同内径(φ200)的反应器、气体分布器、顶部分布器。测定了物料流动情况，床层气含率和床层压降，测定了影响流体力学的主要因素；考察了气体分布器性能和反应器内换热元件对流体力学的影响等。流体力学试验在上海吴泾化工总厂进行，装置安装在该厂甲醇车间内。冷模用反应器由有机玻璃制造，其型式与尺寸与热模反应器相同。冷模试验以空气－液体石蜡油－催化剂为研究对象，试验条件为：催