化工过程安全工程9(2)

化工过程安全工程9

工艺是由造气、压缩、合成以及粗甲醇精制四个工序组成的。 9.2.3 三相流化床反应器合成甲醇工艺流程 合成塔内用液态惰性烃进行循环，催化剂悬浮在液态烃中， 含有H2、CO的原料气由塔底进入，与液态烃一起向上流动，液 态烃能使催化剂分散流化，在合成反应器内形成固、液、气三相 流。在三相流中进行合成反应。反应热被液态烃吸收。固、液、 气三相物料反应器顶部分离，催化剂留在反应器内，

液态惰性烃在反应器上部溢流堰溢出，通过换热器加热锅炉给水 ，并发生水蒸气，回收反应热。冷却后的液态烃再用泵送回反应 器。从反应器顶部出来的反应气，经过冷却冷凝分离出蒸发的惰 性烃和反应生成的甲醇，液态的惰性烃返回合成塔，甲醇送去精 制。未凝气体中还含有大量的确良H2、CO，部分排放以便维持 反应气中惰性气体浓度不积累增大，其余的气体增压后循环回反 应器。

9.3

过程反应机理与平衡条件分析

CO + 2 H 2 = CH 3OH (气)

一氧化碳加氢合成甲醇： 当反应物中有二氧化碳存在时，还能发生下述反应。 CO2 + 3H 2 = CH 3OH (气) + H 2O(气)

9.3.1

反应热效应 一氧化碳加氢合成甲醇是放热反应，在25℃的反应热为

0 ?H 298 = ?90.8kJ / mol

常压下不同温度的反应热可按下式计算。

H 0T = 4.186(?17920 ?15.84T +1.142 ×10?2 T 2 ? 2.699 ×10?6 T 3 )

0 ?H T 式中 —— 溶压下合成甲醇反应热，J/mol；

Ｔ —— 开氏温度，Ｋ。

9.3.2

平衡常数

由一氧化碳加氢合成甲醇反应的平衡常数Kf与标准自由焓 ?G 0 的

0 关系式如下。 K f = fCH OH / f CO ? = exp ??GT / RT 3

(

)

式中 f —— 逸度；

0 ?GT —— 标准自由焓，J/mol

T

—— 反应温度，Ｋ0

由上式可以看出平衡常数Ｋf只是温度的函数，当反应温度一定 时，可以由 ?GT0 值直接求出Ｋf值。

表9-1 合成甲醇反应的?GT0 与Ｋf值 温度，K 273 373 473 523 573 ,J/mol -19917 -7367 16166 27925 39892 Ｋf 527450 10.84 1.695×10-2 1.629×10-3 2.316×10-4 温 度， K 623 673 723 773 ,J/mol 51906 63958 75967 88002 Ｋf 4.458×10-5 1.091×10-5 3.265×10-6

1.134×10-6

Ｋf值与温度关系，也可以用下式直接进行计算。

lg K f = 3921T ?1 ? 7.971lg T + 2.499 ×10?3 T ? 2.953 ×10?7 T 2 + 10.20 表9-2 合成甲醇反应的平衡常数

不同温度和压力下有不同的 值。由表9-2中的 数据可以看 出在同一温度下，压力越大 值越大，既甲醇平衡产率越高。在 同一压力下，温度越高 值越小。所以从热力学来看，低温高压 对合成甲醇有利。如果反应温度高，则必须采用高压，才有足 够大的 值。降低反应