1、甲醇合成操作52个问题解答doc甲醇合成操作52个问题解答1、甲醇合成工段的主要任务是什么？在高温、高压和有催化剂的条件下，使H2、CO和CO2混合气在合成塔内反应生成甲醇，反应后的气体经冷却、冷凝，分离出甲醇,未反应的气体和补充的新鲜气经升压后返回合成塔继续反应，甲醇合成产生的反应热用于副产2.5Mpa的蒸汽。2、甲醇合成过程中的化学反应有哪些？（1）主反应：CO+2H2=CH3OH+QCO2+3H2=CH3OH+H2O+Q（2）副反应：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O+QCO+3H2=CH4+H2O+Q4CO+8H2=C4H9OH+3H2O+QCO2+H2=CO+H2O-QnCO+2
2、nH2=(CH2)n+nH2O+Q由此可见,甲醇反应过程中有一系列副反应,生成了水和几十种微量的有机杂质,这些含有水和有机杂质的甲醇称为粗甲醇。3、甲醇合成反应的特点是什么？(1)可逆反应(2)放热反应(3)体积缩小的反应(4)需要触媒才能进行的气-固相反应。4、影响甲醇反应的因素有哪些？(1)温度(2)压力(3)气体组成(4)触媒性能(5)空速(6)惰性气含量5、温度是如何影响甲醇反应的？从热力学观点来看，低温有利于甲醇的合成，但从动力学角度来看，提高反应温度能提高反应速度，所以必须兼顾这两个条件，选择最适宜的反应温度。温度过低达不到催化剂的活性温度，反应不能进行；温度太高，反应过快，温度难
3、以控制，易使催化剂衰老失活，而且随着温度逐渐增加，平衡常数逐渐降低，反应速度甚至下降。另外，反应温度越高，副反应增多，所以对于一定的反应物组成应有一个最适宜的反应温度。6、压力对甲醇合成反应的影响如何？答:压力的高低,取决于使用触媒的性质,对铜基触媒而言,压力越高,反应越易向生成甲醇的方向进行,平衡甲醇含量越高,甲醇越易冷凝及分离,生产强度越高。7、甲醇催化反应过程有几个步骤？答:甲醇合成反应是一个气固相催化反应的过程,共分五步:（1）CO和H2扩散到催化剂表面；（2）CO和H2被催化剂表面吸附；（3）CO和H2在催化剂表面进行化学反应；（4）CH3OH在催化剂表面脱附；（5）CH3OH扩散到
4、气相中去。其中第三步进行的较慢,整个反应过程取决于该步骤进行的速度,因此,影响反应的各个因素应控制在最合适反应进行的条件下。8、催化剂层的灵敏温度和热点温度各指什么为什么要严格控制热点温度？答:催化剂的灵敏温度,是指入催化剂层的第一个点,由它来反映出催化剂层中的温度变化。热点温度,指的是催化剂层中的最高温度。这个温度虽是催化剂层内某一点的温度,但能全面反映温度的操作情况,所以要严格控制。热点温度应根据不同型号的催化剂和催化剂在不同时期的活性及当时的操作条件,而有所变动。9、在实际操作中为什么尽可能将热点温度维持低些？答:这是因为:(1)热点温度低,对甲醇反应的平衡有利(2)可以延长催化剂的使用
5、寿命；(3)高温容易破坏金属的机械性能和加速化学腐蚀。由反应理论可知,催化剂理想的温度分布是先高后低,即热点位置在催化剂上部。10、热点温度为什么会下移？答:(1)催化剂长期处于高温下或温度波动大,活性下降。(2)毒物影响致使上层催化剂活性下降,热点下移。(3)催化剂还原不好,上层催化剂活性较差,热点下移。(4)操作不当,循环气量过大,使上层温度下降,热点下移。11、如何控制合成塔的温度？合成塔的温度主要是通过调节汽包蒸汽压力来控制的,在4.0Mpa附近,蒸汽压力变化0.1Mpa,对应温度变化约1.35,利用合成汽包蒸汽压力来控制塔温度,既简单又可靠。合成塔的温度一般随触媒使用时间的不同而做适
6、当的调整。当通过调整温度、压力和空速也不能维持甲醇产量或合成塔压差超过规定值时,则需停车更换触媒。12、合成塔催化剂层的温度突然下降,可能有哪些因素如何处理？(1)液体甲醇带入塔内会引起催化剂层的温度迅速下降。(2)气体组分的变化使合成塔催化剂层的温度下降。如新鲜气氢碳比不当,甲烷含量增多都会影响甲醇合成反应,减少了反应热量使合成塔催化剂层的温度下降。(3)新鲜气量突然减少,也会引起合成塔催化剂层的温度下降。气量减少原因也可能是压缩机跳车或设备、管道的泄漏引起的。(4)合成塔内件损坏。(5)仪表失灵而引起的温度下跌假象。13、合成塔催化剂层温度上涨的原因？(1)循环气量减少会使塔温上升。(2)
7、气体组分变化,如新鲜气中甲烷含量下降也会使塔温上涨。(3)仪表失灵引起的温度上涨假象。14、合成塔进口压力上涨有哪些原因？合成甲醇时,无论采用何种生产工艺,其反应压力都有一个平衡点,在正常生产时这个压力平衡点较为稳定,压力如上涨,可能有以下几个原因:(1)反应温度下跌,合成反应变差,甚至恶化。而新鲜气源又不断送入造成系统压力上涨,甚至超压。(2)循环气中甲烷含量升高会影响甲醇合成反应,也是造成进口压力上涨的原因。(3)合成气经循环水冷却器时冷却效果差，使生成的甲醇不能分离出去。(4)增加新鲜气量而未及时通知合成岗位。(5)触媒活性下降，转化率不高。15、合成塔进口压力下降有哪些原因？生产中如发
8、现合成塔进口压力突然或缓慢下降,应引起重视,查明原因。(1)新鲜气量突然减少会引起合成塔进口压力下降。(2)粗甲醇分离器液位失控引起跑气。(3)合成系统的设备、管道损坏引起泄漏。(4)压力表失灵。16、对甲醇合成触媒的要求是什么？(1)低温活性好;(2)耐热、抗毒性好;(3)机械强度高,阻力小;(4)原料易得,价格便宜。17、铜基触媒为什么要还原？厂家生产的触媒是氧化态的,而氧化态的触媒没有活性,必须把其中的氧化铜还原才具有活性,即将触媒中组分CuO还原为单质铜。并和组分中的ZnO熔固在一起,才具有活性。铜基触媒还原的反应方程式：CuO+H2=Cu+H2O+Q。该反应为放热反应,还原过程出水量
9、为催化剂重量的20%左右。18、催化剂的装填有什么要求？(1)整个过程专人负责,包括从领出到装填完毕。(2)轻搬轻放,严禁猛摔猛抛,避免催化剂破损。(3)催化剂绝对不能受潮。(4)装填时严禁任何杂物混入塔内,尤其是铁质,因为铁在合成塔内是促使合成产生甲烷的催化剂。(5)催化剂应均匀的装入每个列管内,使每个管内间隙松实一致。19、催化剂还原时为什么要向系统内加氢气加氢气时注意哪些问题？在采用低氢还原法时,将催化剂中的氧还原出来生成水,加氢气就是催化剂开始化学反应,出化学水。加氢气时一定要缓慢,切忌过猛过快。如果加氢气过猛易使催化剂剧烈反应,造成局部烧结或局部快速还原出水,使催化剂还原颗粒快速长大
10、,活性大幅度下降,严重时整炉催化剂活性受损报废,损失极大。20、催化剂升温还原中的注意事项有那些？(1)系统置换时,要使O20.2%。(2)补氢时切忌间断加氢或猛加氢。(3)炉温控制要稳,严防过热或温度忽高忽低。(4)升温时要靠蒸汽的热量,不得用反应热来调节温度。(5)温度升到100时注意仪表的准确性。(6)如遇循环机跳车时,应立即停止加热,停止补氢。(7)还原结束时,出口温度应到达要求(视不同型号催化剂而定)。(8)出水量控制在30Kg/h以下。(9)每小时记录一次出水量、温度、压力等,每班做2-3次氢含量分析。21、影响水冷器冷却效果的主要原因有哪些？在甲醇生产中,循环水冷却器起着冷却合成
11、气的作用,使甲醇和水冷凝下来。当发现水冷效果不好时,可以从以下几个方面找原因:(1)水量小或水压低,应开大进水阀或提高水压。(2)冷却器换热管结垢,清理积垢。(3)冷却水温度高,联系供水,降低水温。(4)合成甲醇时有石蜡生成,附着在水冷器管壁上,降低水冷效果。可适当减少冷却水量,用温度较高的合成气来熔化石蜡。22、影响甲醇分离效率的因素有哪些？(1)甲醇的冷却温度。(2)合成气的压力。(3)分离器的结构好坏,内件结构是否合理。(4)适当的气体流速,一般气体流速为1-1.5m/s。(5)分离器液位的高低。23、造成分离器出口带液的原因有哪些如何处理？(1)分离器液位太高,应开大排放阀降低液位。(
12、2)进分离器的气速过大,使甲醇液滴来不及分离。应减少气速。(3)分离效果差,设备故障,停车后排除。24、造成甲醇膨胀槽压力突然猛涨的原因是什么如何处理？(1)分离器液位低,排放阀开的太大,关小自调阀。(2)甲醇膨胀槽排液自调失灵全关,应走旁路。并联系仪表检修自调。(3)精馏工序粗甲醇槽进口阀关,造成膨胀槽液位大幅度上升,因缓冲空间小而压力猛涨。应立即打开贮槽阀及膨胀槽放空阀,将压力调至正常。25、甲醇分离器压力波动会对合成系统造成什么影响？压力波动过大时,会引起压缩机入口压力波动,从而引起压缩机的出口压力波动,造成气量波动,最终影响到系统生产的稳定。26、为什么要设置汽包液位低低联锁停车？汽包
13、的液位太低,使反应热不能及时带走,催化剂温度升高,对催化剂的使用寿命造成极大危害,严重时会烧毁催化剂乃至合成塔内件,故设汽包液位低低联锁停车。27、为什么长期停车要对汽包进行干法或湿法保护？为防止氧气进入设备及系统造成腐蚀,故用N2保护或加药满水保护。28、分离器底部甲醇液排放阀有什么重要性？分离器底部的甲醇液排放阀是一个压差较大的截流阀,阀前为高压合成区,阀后是压力为0.3-0.6Mpa的低压甲醇,该阀是合成系统高压区和低压区的界限,因此控制位置十分重要。开度过大易造成分离器液位过低,高低压窜气,膨胀槽超压；开度过小,分离器液位过高,会造成带液事故的发生。此阀在生产过程中时刻受液体甲醇的冲刷
14、,长期使用后,可能会发生内漏并影响液位控制,停车后应检修。29、甲醇合成系统短期停车,合成塔卸压后为何要置换？(1)短期停车,合成塔卸压后,系统内残留少量的CO和甲醇,在检修设备时,这部分CO和甲醇会流入空气中,影响检修人员身体健康,所以在合成塔卸压后用N2置换。(2)气体中CO对设备管道有羰基腐蚀作用。合成塔停车卸压后,温度逐渐下降，当温度降到150-200时,残留在系统中的CO将对设备管道的腐蚀速度加快,所以必须用N2对系统进行置换。(3)为防止停车卸压后,空气进入系统内氧化催化剂,需用N2置换系统略带微正压,确保催化剂的安全。30、停车卸铜基催化剂前，为什么要对其钝化？答：甲醇合成塔内的
15、铜基催化剂在投运前已将其中的氧化铜还原为金属铜，原子态铜在卸出催化剂管时，由于空气中的氧与催化剂充分接触，迅速反应并产生大量的反应热，以致产生局部温度过高，或温差猛增，损害合成塔内件。催化剂的钝化是指将其从塔内卸出之前，利用循环气中通入少量的有控制的氧气，对催化剂进行缓慢地氧化，在其外表形成氧化覆盖膜，从而阻止氧气和原子铜进一步反应，可阻止在卸催化剂时，造成合成塔内件的损害。31、合成系统停车时应该注意那些事项？答：长期停车时，应减小压缩机速度，降负荷，然后循环降温，降温期间应避免温度骤变，最大降温速率为40-50h,循环降温停止后，通过放空使回路降压，降压速率0.3MPaMin。当压力卸至常
16、压时,用N2置换,并封死合成塔,保持微正压,防止空气进入合成塔内。32、甲醇合成时,对循环气压缩机有哪些要求？答:循环压缩机的任务是把出合成塔未反应的气体,加压后又送回合成塔,根据甲醇生产的特点,对压缩机有以下要求:(1)要求较大的打气量与较大的调节幅度。甲醇铜基催化剂使用初期活性高,反应热量大,需要较大的循环量来维持塔内反应热的平衡,铜基催化剂容易衰老,到催化剂使用后期反应热难以维持塔内热平衡,循环量减的很小。(2)铜基催化剂活性高但抗毒性差,造成催化剂中毒的物质很多,润滑油就是毒物之一。因此甲醇生产要求循环机采用无油润滑。(3)铜基催化剂活性高,反应剧烈,温度变化快,因此要求压缩机调节气量
17、方便,稳定可靠。(4)容易安装,检修方便,能量利用高,运行周期长是基本要求。33、什么是临界温度和临界压力？临界温度是指气体液化时的最高温度,临界压力是指临界温度下,气体液化的最低压力。34、合成塔入口甲醇含量是由哪些因素决定的？它取决于水冷器的冷却深度,操作压力及分离器分离效果。35、为什么新鲜气中氢碳比的控制应略大于2,而入塔气中H2:CO远大于2？甲醇合成时H2:CO是按2:1消耗的,H2:CO2是按3:1消耗的,故新鲜气中氢碳比略大于2。但由于CO在催化剂活性中心吸附速率比H2快的多,所以要达到吸附相中H2:CO=2:1,就要使气相中的氢气过量一些,一般认为H2:CO=4-5较为合适,
18、而且氢过量对减少副反应及降低催化剂的中毒程度有利。36、合成系统氢碳比失调后会出现什么状况？首先,使反应温度降低,系统压力升高,并且大幅度波动,引起循环气量波动,因为循环气流量的波动,使整个工艺系统流量不稳定,形成恶性循环。37、甲醇分离器出口为什么要加除沫器？生产时分离器出口会产生一些液沫,如有液体带入压缩机,就有可能对压缩机叶轮产生损害,带入合成塔会造成塔温下降,影响触媒的使用寿命,因此要加除沫器。38、管壳式甲醇合成塔的产汽原理是什么？甲醇合成塔反应是放热反应,在合成塔列管内进行,反应热由管内传向管间的热软水,形成汽水混合物,密度变轻,向上移动并不断汽化,最后通过升汽管进入合成汽包,在汽
19、包内气液分离。上部饱和蒸汽通过阀门排放,下部为密度较大的水,靠自重通过下降管进入合成塔管间继续受热,从而形成自然对流循环,不断产生饱和蒸汽。39、锅炉给水和炉水的PH值应控制在什么范围最好为什么？为防止给水系统腐蚀,给水的PH值应控制在8.2-9.2之间,炉水PH值应在9-10之间。这是因为:(1)PH值低时,水对锅炉钢材腐蚀性增强。(2)炉水中的磷酸根与钙离子的反应,只有在PH值足够高的条件下,才能生成易排污的水渣。(3)为了抑制炉水中硅酸盐的水解,减少硅酸在蒸汽中的溶解携带量,PH值应高些,但也不能过高,否则游离的NaOH较多,容易引起碱性脆蚀。40、汽包间歇排污和连续排污的目的是什么？间
20、歇排污的目的是排走汽包底部固体杂质、水垢；连续排污的目的是除去锅炉液面上的悬浮物,同时控制水碱度,PH值,氯离子含量。41、弛放气为什么要在洗涤塔中用水洗涤？合成工段弛放气中甲醇含量为0.49%,其对膜的密封材料有腐蚀性,影响密封效果,通过洗涤,既回收了甲醇,又防止甲醇对膜密封材料的腐蚀。42、膜分离原理是什么有哪些特点？两种或两种以上的气体混合物通过高分子膜时,由于各种气体在膜中扩散系数的差异,导致不同气体在膜中相对渗透速率不同而被分离,利用这一原理将不同气体分离的技术称为膜分离技术。其特点有:(1)易于操作,维护方便。(2)易于安装,寿命长。(3)安全可靠,能耗低。(4)连续运行,适用范围
21、宽。43、原料气为什么要进行脱除硫化物？(1)硫化物能导致催化剂中毒。(2)硫化物能腐蚀设备、管道。(3)硫化物在合成时能参加反应生成硫醇等杂质,造成粗甲醇质量下降。44、合成塔内催化剂绝热层的作用是什么？(1)绝热层能较快的将床层温度提高至反应的最佳温度区域。(2)因为催化剂层上部负荷大,老化中毒较快,反应热将很快减少,在取走它的热量后,上层温度会降低,不利于发挥所有催化剂的活性作用。床层温差大,不易操作。45、催化剂失活的原因有哪些？(1)毒物被牢固的吸附在催化剂的活性中心上,使催化剂表面失去活性。(2)铜基催化剂的活性中心存在于被还原的Cu-CuO界面上,合成气中充满着H2、CO等还原物
22、质,合成温度也适合CuO被还原,随着时间推移,这部分作为活性中心的界面就会越来越小,使催化剂失活。(3)由于催化剂的传热系数小,反应热不可能及时被带走,使催化剂经常在较高的温度下工作,使Cu的晶粒长大,甚至有时操作控制不当;使催化剂超温等都是催化剂失活的原因。(4)催化剂的风化,破碎也是催化剂失活的原因。46、催化剂的使用与维护应注意哪些？(1)严格控制原料气中的硫含量,使总硫0.1ppm。(2)要正确制定和严格执行催化剂的还原方案,防止还原时温度失控和出水过分集中。(3)催化剂过筛,冲装要减少撞击、搓擦,并尽可能填匀、填实。(4)控制合成塔的生产负荷,尤其是不能使合成塔超温运行。(5)循环压
23、缩机跳车,应立即放掉系统压力。47、催化剂还原时注意事项有哪些？(1)还原过程中应注意贯彻“提温不提氢,提氢不提温”的原则。(2)确保循环压缩机正常运行,万一发生故障,应立即切断氢源与加热源,并加大N2流量,尽可能保持床层温度稳定。(3)进出口氢浓度的分析要及时可靠,确保还原过程按方案平稳进行。(4)操作人员应精心操作,认真做好记录,发现异常情况要及时处理和上报。(5)分离器严防带醇、带水。48、判定触媒还原结束的方法(1)合成塔进出口氢含量一致。(2)合成塔不再有水生成,分离器液位不涨。(3)合成塔出口有甲醇生成。49、惰性气体含量对甲醇合成有何影响？甲醇原料气中甲烷、N2等惰性气体不参与合
24、成反应,而且在合成系统中越积越多,降低了原料气中CO、CO2及H2的有效分压,对甲醇合成反应不利,而且增加了压缩机的动力消耗。但在系统中,又不能排放过多,否则会引起有效气体损失。50、空速对甲醇合成反应有何影响？在甲醇生产中,气体一次通过合成塔仅有3-6%的转化率,新鲜气的甲醇合成率不高,因此新鲜气必须循环使用。此时合成塔空速常由循环机动力、合成系统阻力等因素来决定。空速低,反应过程中气体混合物的组成与平衡组成较接近,催化剂生产强度较低,但单位甲醇产品所需循环气量较小,气体循环的动力消耗较少,预热为反应气体到催化剂进口温度所需换热面积较小,并且离开反应器的气体温度较高,其热能利用价值较高。如果
25、采用较高的空速，催化剂生产强度可能提高，但增大了预热所需的传热面积，出塔气热能利用价值降低，增大了循环气体通过设备的压力降及动力消耗，并且由于气体中反应产物的浓度降低，增加了分离反应产物的费用空速达到一定程度后，催化剂温度将不能维持，在甲醇生产中，空速一般控制在10000-20000/h之间51、原料气中O含量的高低对甲醇生产有何影响？CO2的存在,其与H2合成甲醇的热效应相对于CO为小,催化剂床层温度易于控制,对延长催化剂的使用寿命有利。但CO2浓度过高,会造成粗甲醇含水量增多,降低压缩机生产能力,增加气体压缩与精馏粗醇的能耗，故CO2在原料气中有一个最佳含量。52、甲醇生产中汽包给水突然中断应如何处理？如果汽包液位在报警线以上,应先和调度联系,查找原因,尽快恢复供水。如果已出现报警,还不能恢复供水,应立即停压缩机,关闭自产蒸汽排放阀,合成塔封塔,系统保压。
