甲醇合成原理方法與工藝

圖1 煤制甲醇流程示意圖

     煤氣經(jīng)過(guò)脫硫、變換，酸性氣體脫除等工序后，原料氣中的硫化物含量小于0。1mg／m³。進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后的工藝氣體進(jìn)入合成塔，在催化劑作用下合成粗甲醇，并利用其反應(yīng)熱副產(chǎn)3.9MPa中壓蒸汽，降溫減壓后飽和蒸汽送入低壓蒸汽管網(wǎng),同時(shí)將粗甲醇送至精餾系統(tǒng)。

一、甲醇合成反應(yīng)機(jī)理

    自CO加氫合成甲醇工業(yè)化以來(lái)，有關(guān)合成反應(yīng)機(jī)理一直在不斷探索和研究之中。早期認(rèn)為合成甲醇是通過(guò)CO在催化劑表面吸附生成中間產(chǎn)物而合成的，即CO是合成甲醇的原料.但20世紀(jì)70年代以后，通過(guò)同位素示蹤研究，證實(shí)合成甲醇中的原子來(lái)源于CO2，所以認(rèn)為CO2是合成甲醇的起始原料。為此，分別提出了CO和CO2合成甲醇的機(jī)理反應(yīng)。但時(shí)至今日，有關(guān)合成機(jī)理尚無(wú)定論，有待進(jìn)一步研究。

    為了闡明甲醇合成反應(yīng)的模式,1987年朱炳辰等對(duì)我國(guó)C301型銅基催化劑，分別對(duì)僅含有CO或CO2或同時(shí)含有CO和CO2三種原料氣進(jìn)行了甲醇合成動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，三種情況下均可生成甲醇，試驗(yàn)說(shuō)明：在一定條件下，CO和CO2均可在銅基催化劑表面加氫生成甲醇。因此基于化學(xué)吸附的CO連續(xù)加氫而生成甲醇的反應(yīng)機(jī)理被人們普遍接受。

    對(duì)甲醇合成而言，無(wú)論是鋅鉻催化劑還是銅基催化劑，其多相（非勻相)催化過(guò)程均按下列過(guò)程進(jìn)行：

    ①擴(kuò)散——?dú)怏w自氣相擴(kuò)散到氣體一催化劑界面；

    ②吸附—-各種氣體組分在催化劑活性表面上進(jìn)行化學(xué)吸附；

    ③表面吸附-—化學(xué)吸附的氣體，按照不同的動(dòng)力學(xué)假說(shuō)進(jìn)行反應(yīng)形成產(chǎn)物；

    ④解析-—反應(yīng)產(chǎn)物的脫附；

    ⑤擴(kuò)散—-反應(yīng)產(chǎn)物自氣體一催化劑界面擴(kuò)散到氣相中去。

    甲醇合成反應(yīng)的速率,是上述五個(gè)過(guò)程中的每一個(gè)過(guò)程進(jìn)行速率的總和，但全過(guò)程的速率取決于最慢步驟的完成速率。研究證實(shí),過(guò)程①與⑤進(jìn)行得非常迅速，過(guò)程②與④的進(jìn)行速率較快，而過(guò)程③分子在催化劑活性界面的反應(yīng)速率最慢，因此,整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的速率取決于表面反應(yīng)的進(jìn)行速率.

    提高壓力、升高溫度均可使甲醇合成反應(yīng)速率加快，但從熱力學(xué)角度分析,由于CO、C0₂和H₂合成甲醇的反應(yīng)是強(qiáng)放熱的體積縮小反應(yīng)，提高壓力、降低溫度有利于化學(xué)平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，同時(shí)也有利于抑制副反應(yīng)的進(jìn)行。

二、甲醇合成的主要反應(yīng)

    (1)甲醇合成主要反應(yīng)

            CO+2H₂       CH₃OH

            CO₂+3H₂     CH₃OH+H₂O

    同時(shí)CO₂和H₂發(fā)生逆變換反應(yīng)

            CO₂+H₂    CO+H₂O

    （2)甲醇合成副反應(yīng)

    甲醇合成的副反應(yīng)能生成醇類、烴類、醛、醚類、酸類、酯類和元素碳等。

         CO₂+ H₂      C2H50H+H20

         CO+H₂     HCOH

         2CO+4H₂      CH₃OCH₃+H₂O

         2CH₃OH     HCOOCH₃+H₂

          2CO     C+CO₂

    （3）合成甲醇的平衡常數(shù)

一氧化碳和氫氣合成甲醇是一個(gè)氣相可逆反應(yīng)，壓力對(duì)反應(yīng)起著重要作用，用氣體分壓來(lái)表示的平衡常數(shù)可用下面公式表示：

式中: Kp甲醇的平衡常數(shù)；p CH₃OH，pCO，PH₂  分別表示甲醇、一氧化碳、氫氣的平衡分壓。

    反應(yīng)溫度也是影響平衡常數(shù)的一個(gè)重要因素，不同溫度下的反應(yīng)平衡常數(shù)見(jiàn)表2-1。其平衡常數(shù)隨著溫度的上升而很快減小,因此，甲醇的合成不能在高溫下進(jìn)行,但是低溫反應(yīng)速率太慢,所以甲醇生產(chǎn)選用高活性的銅基催化劑，使反應(yīng)溫度控制在220～280℃.

表6-l  不同溫度下甲醇反應(yīng)的平衡常數(shù)

三、甲醇合成的方法

    目前,甲醇合成的方法有高壓法、中壓法和低壓法三種。

    工業(yè)生產(chǎn)甲醇都采用CO、CO₂加壓催化氫化法，也稱為羰基合成法。

     反應(yīng)式為:       CO+2H₂     CH₃OH（g）  △H=90。8kJ/mol

                    CO₂+3H₂    CH₃OH(g）+H₂O △H=49.5kJ/mol

    羰基合成甲醇生產(chǎn)過(guò)程由制氣、凈化、壓縮、合成、精制等工序組成

    甲醇合成一般按操作壓力進(jìn)行分類，可分為高壓法、中壓法和低壓法。

    1．高壓法

    高壓法是在壓力為30MPa，溫度為300～400℃下，使用鋅一鉻催化劑（ZnO-Cr₂O₃）合成甲醇的工藝。

高壓法生產(chǎn)工藝成熟，從1923年第一次用該方法有50多年歷史.其工藝流程如圖2所示。經(jīng)壓縮后的合成氣在活性炭吸附器1中脫除五羰基鐵后，同循環(huán)氣一起送入管式反應(yīng)器6-2中，在溫度為350℃和壓力為30．4MPa下，一氧化碳和氫氣通過(guò)催化劑層反應(yīng)生成粗甲醇。含粗甲醇的氣體經(jīng)冷卻器冷卻后，迅速送人粗甲醇分離器3中分離，未反應(yīng)的一氧化碳與氫氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮循環(huán)回反應(yīng)器2。冷凝后的粗甲醇經(jīng)粗甲醇儲(chǔ)槽4進(jìn)入精餾工序，在粗分離塔5頂部分離出二甲醚和甲酸甲酯及其他低沸點(diǎn)雜質(zhì);重組分則在精分離塔6中除去水合成反應(yīng)前，必須用活性炭吸附器除去五羰基鐵。[Fe(CO)₅],因?yàn)樵跉怏w輸送過(guò)程中，鋼管表面被CO腐蝕，形成羰基鐵，羰基鐵在溫度高于250℃時(shí)分解為單質(zhì)鐵細(xì)小微粒,促使甲烷生成，反應(yīng)溫度急劇上升，造成催化劑燒結(jié)和合成塔內(nèi)部構(gòu)件損壞，同時(shí)使原料消耗增加,反應(yīng)選擇性減小，甲醇收率降低.

    高壓法生產(chǎn)流程因壓力過(guò)高、動(dòng)力消耗大(噸甲醇能耗高達(dá)15GJ以上）、設(shè)備復(fù)雜、投資費(fèi)用高、產(chǎn)品質(zhì)量較差,現(xiàn)已基本不再采用該法生產(chǎn)甲醇。

圖2  高壓法合成甲醇工藝流程

1活性炭吸附器;2管式反應(yīng)器;3粗甲醇分離器；4粗甲醇儲(chǔ)槽；

5一粗分離塔；6精分離塔

    2．低壓法

    低壓法是操作壓力為5MPa，反應(yīng)溫度在230~270℃范圍下，使用銅基低溫高活性催化劑生產(chǎn)甲醇的工藝。

    低壓法生產(chǎn)甲醇可以說(shuō)是甲醇生產(chǎn)技術(shù)的一次重大突破。低壓法生產(chǎn)與高壓法相比較,裝置的主要設(shè)備減少13％，副產(chǎn)物產(chǎn)率低達(dá)2％，壓縮機(jī)動(dòng)力消耗降低40 9／5，熱效率可達(dá)64%，甲醇能耗下降30%，生產(chǎn)成本下降。

    該生產(chǎn)方法有英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司（ICI）法、德國(guó)魯奇公司（中、低）法，丹麥托普索公司(Topsoe)法和日本三菱重工(MGCC）法。ICI法占世界總產(chǎn)量的70％以上，Lurgi法占5%～25％，各方法的區(qū)別主要是反應(yīng)器結(jié)構(gòu)不同。

    1971年德國(guó)魯奇公司開(kāi)發(fā)了低壓法合成甲醇工藝,所建生產(chǎn)裝置達(dá)到30多套.我國(guó)1987年建成魯奇甲醇生產(chǎn)裝置，年產(chǎn)10萬(wàn)噸甲醇。齊魯石化于20世紀(jì)80年代引入Lurgi法(見(jiàn)圖3).低壓法操作壓力較小，但設(shè)備體積龐大，生產(chǎn)能力較小，且甲醇的合成收率較低.

    合成氣用透平壓縮機(jī)1壓縮至4．053～5．066MPa后,送入合成塔2中。合成氣在銅基催化劑存在下，反應(yīng)生成甲醇。合成甲醇的反應(yīng)熱用以產(chǎn)生高壓蒸汽，并作為透平壓縮機(jī)的動(dòng)力。合成塔出口含甲醇的氣體與混合氣換熱冷卻，再經(jīng)空氣或水冷卻，使粗甲醇冷凝，在分離器7中分離。冷凝后的粗甲醇至閃蒸罐3閃蒸后，送至精餾裝置精制。粗甲醇首先在粗餾塔4中脫除二甲醚、甲酸甲酯及其他低沸點(diǎn)雜質(zhì)。塔底物即進(jìn)入第一精餾塔5.經(jīng)精餾后，有50％的甲醇由塔頂出來(lái)，氣體狀態(tài)的精甲醇用來(lái)作為第二精餾塔再沸器加熱的熱源;由第一精餾塔底出來(lái)的含重組分的甲醇在第二精餾塔6內(nèi)精餾，由塔頂部采出精甲醇，底部為殘液。第二精餾塔來(lái)的精甲醇經(jīng)冷卻至常溫后，得到純甲醇成品并送入儲(chǔ)槽。

圖3  Lurgi低壓法合成甲醇生產(chǎn)工藝流程

1透平壓縮機(jī);2合成塔；3 閃蒸罐;4 粗餾塔;5第一精餾塔；6第二精餾塔;7 分離器

    低壓法又分為氣相法與液相法.上述流程為低壓氣相法，該方法單程轉(zhuǎn)化率低，一般只有10%~15%，有大量的未轉(zhuǎn)化氣體被循環(huán);反應(yīng)氣體的H2/CO比值一般為(5～10）：1，遠(yuǎn)大于理論量的2:1;又由于循環(huán)比大于5，惰性組分量累積，原料氣中含氮量必須控制，這為原料氣制備提出新的要求.

    低壓液相法工藝有兩種。一種是漿態(tài)床工藝，以CuCrO₂／CH₃OK或CuO_ZnO／A1₂O₃。作催化劑,以惰性液體有機(jī)物為反應(yīng)介質(zhì)，催化劑呈極細(xì)的粉末狀分布在有機(jī)溶劑中，反應(yīng)器可用間歇式或連續(xù)式，也可將單個(gè)反應(yīng)器或多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)使用；另一種是液相絡(luò)合催化法工藝技術(shù),所用催化劑為金屬有機(jī)物或羰基化合物,催化劑與溶劑及產(chǎn)物甲醇呈單一的均相存在，目前該技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

    漿態(tài)床反應(yīng)是一個(gè)氣、液、固三相并存的反應(yīng)，其中非極性有機(jī)溶劑和甲醇作反應(yīng)介質(zhì)，CH₃OK大部分分散在溶劑中,部分沉積在CuCrO₂表面,CuCrO₂呈粉末狀懸浮于溶劑中。由于溶劑的存在，提高了反應(yīng)的傳熱效率，降低了反應(yīng)溫度。其反應(yīng)溫度為80~160℃，壓力為4.0~6.5MPa。與氣相法比,漿態(tài)床反應(yīng)生產(chǎn)的合成氣的單程轉(zhuǎn)化率高,產(chǎn)物選擇性好。但CO對(duì)加氫反應(yīng)有較強(qiáng)的抑制作用；CO₂和H₂對(duì)羰基合成催化劑有一定的毒化作用，且單程產(chǎn)率較低.改進(jìn)方法有：采用多級(jí)反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)尾氣不循環(huán)直接用作發(fā)電廠原料；可增加原料氣中H₂／CO比的操作彈性；有效地改善CO₂和H₂對(duì)羰基合成催化劑的毒化作用。但反應(yīng)溫度增加到200℃時(shí),壓力則控制在5。0~6.0MPa之間.

    3．中壓法

中壓法是在低壓法基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，在5～10MPa下合成甲醇的方法。該法成功地解決了高壓法壓力過(guò)高對(duì)設(shè)備、操作所帶來(lái)的問(wèn)題，同時(shí)也解決了低壓法生產(chǎn)甲醇所需生產(chǎn)設(shè)備體積過(guò)大、生產(chǎn)能力小、不能進(jìn)行大型化生產(chǎn)的困惑，有效降低了建廠費(fèi)用和生產(chǎn)成本.其生產(chǎn)工藝流程如圖6-4所示。

l轉(zhuǎn)化爐；2，3，7換熱器；4壓縮機(jī)；5循環(huán)壓縮機(jī)；6甲醇冷凝器；8合成塔；9粗分離塔；10精制塔

    合成氣原料在轉(zhuǎn)化爐1內(nèi)燃燒加熱，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)填充鎳催化劑.從轉(zhuǎn)化爐出來(lái)的氣體進(jìn)行熱量交換后送入合成氣壓縮機(jī)4，經(jīng)壓縮與循環(huán)氣一起，在循環(huán)壓縮機(jī)5中預(yù)熱，然后進(jìn)入合成塔8，其壓力為8。106MPa，溫度為220℃。在合成塔里,合成氣通過(guò)催化劑生成粗甲醇。合成塔為冷激式塔，回收合成反應(yīng)熱產(chǎn)生中壓蒸汽。出塔氣體預(yù)熱進(jìn)塔氣體,然后冷卻，將粗甲醇在冷凝器6中冷凝出來(lái),氣體大部分循環(huán)。粗甲醇在粗分離塔9和精制塔10中，經(jīng)精餾分離出二甲醚、甲酸甲酯及雜醇油等雜質(zhì)，即得精甲醇產(chǎn)品。合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇(簡(jiǎn)稱聯(lián)醇）是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的新工藝，主要是針對(duì)合成氨廠銅氨液脫除微量CO而開(kāi)發(fā)的。聯(lián)醇的生產(chǎn)條件是合成操作壓力為10～12MPa，溫度為220~300℃，采用銅基催化劑。

  四、合成工藝條件控制

  合成甲醇的主要化學(xué)反應(yīng)是CO、CO₂與H₂在催化劑存在下進(jìn)行的反應(yīng)。

CO+2H₂     CH₃OH(g)  △H=90。8kJ/mol

CO₂+3H₂     CH₃OH（g)+H₂O △H=49.5kJ/mol

    反應(yīng)過(guò)程除生成物甲醇外,還生成少量的烴、醇、醛、醚和酯等化合物。 甲醇合成反應(yīng)有如下四個(gè)特點(diǎn)，即甲醇合成是放熱、體積縮小、可逆和催化反應(yīng)。為了提高選擇性和收率，減少副反應(yīng)發(fā)生，必須選擇合適的工藝條件。工藝條件的控制主要有溫度、壓力、原料氣組成和空速等.

    1．反應(yīng)溫度

    甲醇合成是可逆放熱反應(yīng)。從化學(xué)平衡考慮,升高溫度，對(duì)平衡不利。但從動(dòng)力學(xué)考慮,溫度升高，有利于加快反應(yīng)速率;同時(shí),升高溫度，副反應(yīng)產(chǎn)物增多，由于甲酸的生成，造成設(shè)備的腐蝕，且溫度過(guò)高也會(huì)影響催化劑的使用壽命.因此,需選擇最佳反應(yīng)溫度，不同催化劑的活性溫度不同，反應(yīng)溫度取決于催化劑的活性溫度。對(duì)于ZnO／Cr₂O₃系催化劑,反應(yīng)活性溫度在320～400℃；而銅基催化劑CuO／ZnO／A1₂O₃則適宜在210～280℃操作。當(dāng)然，還要根據(jù)催化劑的型號(hào)及反應(yīng)器型式不同，其最佳操作溫度范略有不同,如管殼式反應(yīng)器采用銅基催化劑時(shí)的最佳操作溫度在230～260℃之間。工業(yè)生產(chǎn)中,為了延長(zhǎng)催化劑的壽命，防止催化劑因高溫而加速老化，反應(yīng)初期在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，宜采用較低溫度，使用一段時(shí)間后再升溫至適宜溫度。

因?yàn)榧状己铣墒菑?qiáng)烈的放熱反應(yīng)，必須在反應(yīng)過(guò)程中不斷地將熱量移走，反應(yīng)才能正常進(jìn)行。對(duì)于管殼式反應(yīng)器，一般利用管與殼體問(wèn)副產(chǎn)中壓蒸汽來(lái)移走熱量.這樣，合成反應(yīng)溫度將利用副產(chǎn)品中壓蒸汽壓力來(lái)控制.合成塔殼側(cè)的鍋爐水,吸收管程內(nèi)甲醇合成的反應(yīng)熱后變成沸騰水，沸騰水上升進(jìn)入汽包后在汽包上部形成與沸騰水溫度相對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓，即為汽包所控制的蒸汽壓力，合成塔催化劑的溫度就是靠調(diào)節(jié)此汽包蒸汽壓力得以實(shí)現(xiàn).因此通過(guò)調(diào)節(jié)汽包壓力就可相應(yīng)地調(diào)節(jié)催化劑床層溫度.一般是汽包壓力每改變0．1MPa，床層溫度就相應(yīng)改變1。5℃。

    另外生產(chǎn)負(fù)荷、循環(huán)量、氣體成分、冷凝溫度等的改變都能引起催化劑床層溫度的改變，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)汽包壓力，維持其正常操作溫度，避免大幅度波動(dòng)。

    2．反應(yīng)壓力

    從反應(yīng)式可見(jiàn)，甲醇合成的主、副反應(yīng)均為體積減小的反應(yīng)，增加壓力對(duì)提高甲醇平衡分壓有利；同時(shí)，從反應(yīng)速率考慮，提高壓力，反應(yīng)速率加快。但加壓生產(chǎn)要消耗能量,且受設(shè)備強(qiáng)度限制。

    目前工業(yè)上采用高壓、中壓和低壓法生產(chǎn)，主要是催化劑不同。由于采用鋅-鉻催化劑的高壓法生產(chǎn)需在25～30MPa下操作，CO與H₂生成二甲醚、甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，同時(shí)放出大量的熱，造成床層溫度控制難度增加，催化劑易損壞.現(xiàn)廣泛采用中壓、低壓法生產(chǎn)，均使用銅基催化劑，低壓合適的操作壓力是5。0~10。0MPa。但由于低壓流程設(shè)備和管道均較龐大，且由于操作壓力較低，熱能回收與利用效益不高。為解決這一問(wèn)題,開(kāi)發(fā)了中壓流程.中壓操作時(shí),壓力控制在10。0～15。0MPa之間。

    在生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)于合成氣中二氧化碳含量較高的情況,采用較大壓力對(duì)提高反應(yīng)速率有比較明顯的效果。壓力是甲醇合成反應(yīng)過(guò)程中重要的工藝條件之一。

    合成系統(tǒng)在生產(chǎn)負(fù)荷一定的情況下合成塔催化劑層溫度、氣體成分、空速、冷凝溫度等變化均能引起合成系統(tǒng)壓力的變化，操作應(yīng)準(zhǔn)確判斷、及時(shí)調(diào)整,確保工藝指標(biāo)在規(guī)定范圍內(nèi)。當(dāng)合成條件惡化、系統(tǒng)壓力升高時(shí),可適當(dāng)降低生產(chǎn)負(fù)荷，提高汽包壓力；必要時(shí)打開(kāi)放空閥控制系統(tǒng)壓力在指標(biāo)范圍內(nèi)，不得超壓，以維持正常生產(chǎn).系統(tǒng)減量要及時(shí)提高汽包壓力,調(diào)整循環(huán)量，控制溫度在指標(biāo)范圍之內(nèi).

    調(diào)節(jié)壓力時(shí)，必須緩慢進(jìn)行,確保合成塔溫度正常。如果壓力急劇上升會(huì)使設(shè)備和管道的法蘭接頭和壓縮機(jī)填料密封遭到破壞。一般壓力升降速度可控制在≤0.44MPa／min

  3．原料氣組成

  合成甲醇的反應(yīng)為：

    CO+2H₂        CH₃OH（g)  △H=90.8kJ/mol

CO₂+3H₂    CH₃OH(g）+H₂O △H=49.5kJ/mol

    合成甲醇時(shí),氫碳比是重要的控制指標(biāo)，氫碳比（f或M）有以下兩種表示方法。

 煤為原料時(shí)制得原料氣的氫碳比較低，利用CO加水蒸氣變換為H₂和CO₂增加氫碳比.生產(chǎn)過(guò)程中，氫碳比一般會(huì)選擇2.05～2。15.

    在合成過(guò)程中,H₂對(duì)減少五羰基鐵與高級(jí)醇、高級(jí)烴和還原物質(zhì)的生成，減少H₂S中毒和延長(zhǎng)催化劑壽命有一定作用,可提高粗甲醇的濃度和純度。當(dāng)CO含量過(guò)高時(shí),溫度不易控制，且會(huì)導(dǎo)致五羰基鐵聚積在催化劑上,引起催化劑失活.同時(shí)，又因氫氣的導(dǎo)熱性好，可有利于防止局部過(guò)熱和降低整個(gè)催化層的溫度.但氫氣過(guò)量會(huì)降低生產(chǎn)能力。

    另外，如果在原料氣中有CO₂存在時(shí)，因CO₂與H₂反應(yīng)放出的熱量比CO與H₂放出的反應(yīng)熱小，有利于催化劑床層溫度的控制，抑制二甲醚等副產(chǎn)物生成。但當(dāng)CO₂含量過(guò)高時(shí),甲醇產(chǎn)率又會(huì)降低。一般CO₂含量為3%～5%較好。

    原料氣中除有效成分外，還有CH₄、N₂、Ar等惰性氣體存在，它們會(huì)在合成系統(tǒng)中反復(fù)循環(huán)逐漸累積增多，降低CO、CO₂、H₂有效氣體分壓，反應(yīng)速率減慢，降低甲醇合成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率，同時(shí)使循環(huán)動(dòng)力和壓縮機(jī)消耗增大。操作中需排放一部分循環(huán)氣體.排放后使循環(huán)氣中惰性氣體含量控制在20％～25 ％。若含量太低，弛放氣損失加大,將損失有效氣體.一般操作時(shí)，在催化劑使用前期,由于反應(yīng)速率高，惰性氣體含量可高一些，弛放氣可少些;在催化劑使用后期，反應(yīng)速率降低，要求惰性氣體含量低，弛放氣就大一些. 排放量由下式計(jì)算：

式中  Vi放空氣和新鮮氣的體積，m³/h；

     xi——放空氣和新鮮氣中惰性組分的含量，%。

      實(shí)際生產(chǎn)中，由于部分惰性氣體溶于液體甲醇中，弛放氣體體積要較計(jì)算值小，為減少放空氣體積，應(yīng)盡量減少新鮮氣中惰性氣體含量。

4．空速及氣體的循環(huán)

    可用來(lái)表示反應(yīng)器的生產(chǎn)能力,即空速越高，單位體積催化劑處理能力越大,生產(chǎn)能力就越大。空速是合成甲醇的一個(gè)重要控制參數(shù)。

    甲醇生產(chǎn)時(shí),氣體一次通過(guò)合成塔僅能得到3％～6％的甲醇，原料氣轉(zhuǎn)化率不高，因此原料氣必須循環(huán)使用.

    適宜空速的選擇與催化劑活性、反應(yīng)溫度及進(jìn)料組成有關(guān)，另外還要由循環(huán)機(jī)動(dòng)力、循環(huán)系統(tǒng)阻力與生產(chǎn)任務(wù)來(lái)決定.一般用鋅基催化劑時(shí)，空速為35000～40000h^-1；用銅基催化劑時(shí)為10000～20000h^-1。當(dāng)然，不同反應(yīng)器，空速不同，對(duì)于管式反應(yīng)器，空速要更低一些,一般控制在8000～10000h^-1。

5. 液位的控制

    ①汽包液位。為了保證合成反應(yīng)熱能夠及時(shí)移出，汽包必須保證有一定的液位,同時(shí)，為了確保汽包蒸汽的及時(shí)排放，防止蒸汽出口管中帶水,汽包液位又不能超過(guò)一定的高限.在正常生產(chǎn)中，汽包液位一般控制在汽包容積的1/3～1/2之間.鍋爐水上水壓力和上水閥門的開(kāi)度都能直接影響到汽包的液位，當(dāng)液位處于不正常時(shí)及時(shí)檢查，及時(shí)恢復(fù)正常，防止合成氣壓縮機(jī)因汽包液位過(guò)低而聯(lián)鎖停車。

    同時(shí)汽包排污大小也可以對(duì)其壓力和液位進(jìn)行微調(diào)，必要時(shí)可加大排污量來(lái)迅速降低汽包液位和壓力，以調(diào)節(jié)合成塔催化劑層溫度。

    操作指標(biāo)：正常值30%～60 %；高限報(bào)警值90%；低限報(bào)警值15 %。

    ②甲醇分離器液位。分離器分離出液態(tài)甲醇的多少，隨著生產(chǎn)負(fù)荷的大小、水冷器出口溫度高低、塔內(nèi)反應(yīng)的好壞而變化,液面控制的過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響合成塔的正常操作,甚至造成事故。因此操作者要經(jīng)常檢查，早發(fā)現(xiàn)、早調(diào)節(jié),將液位嚴(yán)格控制在指標(biāo)之內(nèi)。

    如果分離器液位過(guò)高,會(huì)使液態(tài)甲醇隨氣體帶入壓縮機(jī)，使填料溫度下降,帶液嚴(yán)重時(shí),會(huì)產(chǎn)生液擊損壞壓縮機(jī);而且入塔氣中甲醇含量增高，惡化了合成塔內(nèi)的反應(yīng)，加劇了合成副反應(yīng)進(jìn)行，使粗甲醇質(zhì)量下降.如果液位過(guò)低則易發(fā)生竄氣,高壓氣竄入甲醇閃蒸槽，造成超壓或爆炸等其他事故。

    操作指標(biāo)：正常值30％～50％；高限報(bào)警值85％；低限報(bào)警值15％。

 6. 循環(huán)量的控制

    循環(huán)量是指每小時(shí)合成氣回到壓縮機(jī)循環(huán)段的氣量.提高循環(huán)量可以提高合成塔催化劑的生產(chǎn)能力，但系統(tǒng)阻力增加，催化劑床層溫度下降。正常生產(chǎn)操作中，在壓縮機(jī)新鮮氣量一定的情況下可以通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)量來(lái)控制入塔氣量，進(jìn)而調(diào)節(jié)催化劑床層的溫度。循環(huán)量的大小主要是靠壓縮機(jī)循環(huán)近路閥,加減循環(huán)量應(yīng)緩慢進(jìn)行,不得過(guò)快。

 7. 空速的控制

    所謂空速即空間速度，就是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位體積催化劑的反應(yīng)混合氣的體積.

    在溫度、壓力不變時(shí)，空速越大，則氣體在催化劑表面的接觸時(shí)間越短。

    實(shí)踐證明,甲醇的時(shí)空產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)與空速成正比關(guān)系。

    在甲醇生產(chǎn)中，氣體一次通過(guò)合成塔僅能得到3％～6％的甲醇，原料氣的甲醇合成率不高，因此原料氣必須循環(huán)使用。此時(shí)，合成塔空速常由循環(huán)機(jī)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)阻力與生產(chǎn)任務(wù)來(lái)決定?？账龠^(guò)高，使氣體通過(guò)催化床層的阻力增加，動(dòng)力消耗增加，還可能是催化劑破碎；空速過(guò)小，往往不能滿足生產(chǎn)任務(wù)的要求。

     在甲醇生產(chǎn)中，空速一般在10000～30000h^-1之間

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