以20萬噸/年甲醇合成設計為例 1合成工序工藝操作條件的確定 1.1操作溫度 甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區決定的。操作溫度的控制同樣是一個操作費用的控制問題，在設計中，需要延長催化劑的使用壽命，防止催化劑的迅速老化和活性衰減速度加快。一般而言，在催化劑的使用初期，反應溫度維持較底的數值，隨著使用時間的增加，逐步提高反應溫度。例如副產蒸汽型等溫甲醇合成塔采用國產銅系催化劑，使用前期，可控制床層零點溫度230～240℃，熱點溫度260℃左右；后期，可控制床層零點溫度260～270℃，熱點溫度290℃。設計采用的甲醇合成塔為列管式等溫反應器，管間走的是沸騰水，可以副產蒸汽，床層內溫差很小，接近最佳溫度操作曲線。設計中采用的甲醇合成催化劑為國產的銅系XCN-98，由它的性質可知：適合使用的溫度范圍為200～290℃。 1.2操作壓力 壓力是甲醇合成反應過程的重要工藝條件之一。甲醇合成反應時分子數變少，因此增加壓力對反應有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的生產強度也提高。操作壓力的選用與催化劑的活性有關。早期的高壓法合成甲醇工藝采用的是鋅基催化劑，由于活性差，需要在高溫高壓下操作，其操作壓力為25～35Mpa，操作溫度350～420℃。至較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產物，這些副反應的反應熱高于甲醇合成反應，使床層溫度提高，副反應加速，如果不及時控制，回造成溫度猛升而損壞催化劑。近年來普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度范圍在200～300℃，有較高的活性，對于規模小于30萬噸/a的工廠，操作壓力一般可降為5Mpa左右；對于超大型的甲醇裝置，為了減少設備尺寸，合成系統的操作壓力可以升至10Mpa左右。設采用的是低壓法（入塔壓強為5.14MPa）合成甲醇。 1.3氣體組成 對于甲醇合成原料氣，即合成工序的新鮮氣，應維持f=（H2-CO2）/(CO+CO2)=2.10～2.15，并保持一定的CO2。由于新鮮氣中（H2-CO2）/(CO+CO2)略大于2，而反應過程中氫與一氧化碳、二氧化碳的化學計量比分別為2:1和3:1，因此循環氣中（H2-CO2）/(CO+CO2)遠大于2。合成塔中氫氣過量，對減少副反應是有利的。甲醇合成過程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。二氧化碳的存在可以降低反應系統的熱效應，這對維持床層溫度也是有利的。但是過高的二氧化碳含量會降低合成系統的生產能力、增加粗甲醇含水量、增加精餾系統的負荷和能耗。所以二氧化碳的含量應該盡可能低一些，一般不超過5%。 1.4空速 空速不僅是一個和合成回路氣體循環量相關聯的工藝控制參數，也是一個影響綜合經濟效益的變量。甲醇合成過程中，首先甲醇合成塔內的氣體空速必須滿足催化劑的使用要求，國產銅基催化劑，一般要求氣體空速在8000～20000h-1之間�？账龠^低，結炭等副反應加劇，空速過高，系統阻力加大或合成系統投資加大，能耗增加，催化劑的更換周期縮短�？账俚倪x擇需要根據每一種催化劑的特性，在一個相對較小的范圍內變化。XCN-98的空速要求為6000～15000h-1，本設計空速定為12000 h-1。