內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘要目前國(guó)內(nèi)外二甲醚生產(chǎn)方法主要有兩類：合成氣一步法和甲醇法，而甲醇法又分為甲醇?xì)庀喾ê图状家合喾?。合成氣一步法工業(yè)化技術(shù)尚未完全成熟。按現(xiàn)有技術(shù)水平，生產(chǎn)成本比甲醇法高，技術(shù)缺陷有待彌補(bǔ)、技術(shù)關(guān)鍵有待探索、突破。目前已投產(chǎn)的和擬建在建的二甲醚生產(chǎn)裝置都是甲醇法。而液相法生產(chǎn)工藝由于操作壓力低、單臺(tái)反應(yīng)器產(chǎn)能低、有一定污染，造成裝置投資高、電力消耗高，不宜大面積推廣。甲醇?xì)庀喾ㄊ乾F(xiàn)階段最經(jīng)濟(jì)合理的二甲醚生產(chǎn)方法。目前國(guó)內(nèi)外擬建和在建的上規(guī)模的二甲醚生產(chǎn)裝置均為甲醇?xì)庀喾?。甲醇?xì)庀喾ê铣啥酌咽悄壳皣?guó)內(nèi)外二甲醚生產(chǎn)的主要工藝，該法以精甲醇為原料，脫水反應(yīng)副產(chǎn)物少，二甲醚純度達(dá)99.9%，工藝成熟，裝置適應(yīng)性廣，后處理簡(jiǎn)單，可直接建在甲醇生產(chǎn)廠，也可建在其它公用設(shè)施好的非甲醇生產(chǎn)廠。該法要經(jīng)過甲醇合成、甲醇精餾、甲醇脫水和二甲醚精餾等工藝。目前國(guó)外公布的大型二甲醚建設(shè)項(xiàng)目絕大多數(shù)采用兩步法工藝技術(shù)，說明甲醇?xì)庀喾ㄓ休^強(qiáng)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān)鍵詞：甲醇二甲醚氣化AbstractAthomeandabrodanddimethyletherproductionmethodbasicallyhastwokinds:onestepmethodandmethanolsynthesismethod,andmethanolmethodanddividedintomethanolgasphasemethodandmethanolliquidphasemethods.Syngastechnologyhasnotyetbeenfullyone-stepindustrializationmature.Accordingtotheexistingtechnicallevel,theproductioncostthanmethanolmethod,hightechnology,keytomakeupfordefectstoexplore,breakthrough.Atpresenthasgoneintooperationandconstructionofdimethyletherunderconstructionunitofproductionaremethanolmethod.Theliquidphasemethodsandproductionprocessduetolowoperatingpressure,singlereactorcapacityislow,thehavecertainpollutioncausedbydevice,highinvestment,highpowerconsumption,unfavorableaccumulatespromotion.Methanolgasphasemethodatpresentstageisthemosteconomicandreasonabledimethyletherproductionmethods.Athomeandabroadandplanstobuildandthescaleofbuildingindimethyletherproductiondevicearemethanolgasphasemethod.Methanolgasphasemethodsynthesisofdimethyletherisathomeandabroadanddimethylether,themaintechnologyofproductionwithfinemethanolasrawmaterials,dehydrated,reactionby-productsless,dimethyletherpurityof99.9%,thecraftismature,thedevicewideadaptability,simplepost-treatment,canbedirectlybuiltinmethanolproductionfactory,alsocanbebuiltinotherpublicfacilitiesgoodthemethanolproductionfactory.Thelawshouldpassmethanolsynthesis,methanoldistillation,methanoldehydrationanddimethyletherdistillation,etc.Craft.Atpresentforeignlargedimethyletherreleasedmostoftheconstructionprojectbytwo-stepprocesstechnology,explainmethanolgasphasemethodhasthestrongcomprehensivecompetitivepower.Keywords：MethanolDimethylethergasification目錄摘要 IAbstract II前言 1第一章 綜述 21.1 緒論 21.2 甲醇的性質(zhì) 21.2.1 甲醇的物理化學(xué)性質(zhì) 21.2.2 甲醇生產(chǎn)工藝方法 51.3 甲醇原料氣的制造與凈化 61.3.1 甲醇合成催化劑與工序 71.3.2 粗甲醇精餾工藝 81.3.3 甲醇生產(chǎn)技術(shù)的三種工藝 81.3.4 煤、天然氣、焦?fàn)t氣制甲醇的生產(chǎn)方法 101.4 目前生產(chǎn)技術(shù)主要特點(diǎn) 111.4.1 來源路線豐富化 111.4.2 大型裝置普遍化 121.4.3 能源節(jié)省多樣化 121.4.4 機(jī)器控制自動(dòng)化 131.5 甲醇的用途 141.6 中國(guó)煤制甲醇發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 15第二章 設(shè)計(jì)依據(jù) 162.1 原料及產(chǎn)品規(guī)格 162.2 設(shè)計(jì)規(guī)模和設(shè)計(jì)要求 162.3 設(shè)計(jì)參數(shù) 162.4 反應(yīng)原理 162.5 反應(yīng)條件 162.6 反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率 172.7 催化劑的選擇 172.8 流程敘述 17第三章 二甲醚合成工段物料衡算、能量衡算 183.1 物料衡算 183.2 計(jì)算催化劑床層體積 203.3 反應(yīng)器管子數(shù) 203.4 熱量衡算 20第四章 甲醚精餾塔計(jì)算 224.1 甲醚精餾塔的物料衡算 224.2 甲醚精餾塔理論板數(shù)計(jì)算 234.2.1 塔頂（露點(diǎn)）溫度的計(jì)算 234.2.2 塔底（泡點(diǎn)）溫度的計(jì)算 244.2.3 相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 254.2.4 最小回流比的計(jì)算 264.2.5 理論板數(shù)的確定 274.3 實(shí)際板層數(shù)的確定 284.4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 294.4.1 操作壓力的計(jì)算 294.4.2 操作溫度的計(jì)算 304.4.3 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 314.4.4 平均密度計(jì)算 324.4.5 液體平均表面張力的計(jì)算 344.4.6 液體平均黏度的計(jì)算 354.5 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 364.5.1 汽液相負(fù)荷計(jì)算 364.5.2 氣、液相體積流率的計(jì)算 374.5.3 精餾塔塔徑的計(jì)算 384.5.4 精餾塔有效高度的計(jì)算 414.5.5 實(shí)際塔高的計(jì)算 414.6 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 424.6.1 溢流裝置計(jì)算 424.6.2 塔板布置 454.7 浮閥塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 484.7.1 塔板壓降 484.7.2 液泛 504.7.3 霧沫夾帶 514.8 塔板負(fù)荷性能圖 524.8.1 霧沫夾帶上限線 524.8.2 液泛線 534.8.3 液相負(fù)荷上限線 534.8.4 泄漏線—?dú)庀嘭?fù)荷下限線 544.8.5 液相負(fù)荷下限線 544.8.6 塔的操作彈性 544.9 精餾塔接管尺寸計(jì)算 554.9.1 塔頂蒸氣出口管的直徑 554.9.2 回流管的直徑 564.9.3 加料管的直徑 564.9.4 塔底出料管的直徑 564.10 精餾塔筒體壁厚計(jì)算 56第五章 甲醇回收塔計(jì)算 585.1 設(shè)計(jì)方案的確定 585.2 回收塔的物料衡算 585.2.1 原料液及塔頂和塔底的摩爾分?jǐn)?shù) 585.2.2 原料液及塔頂和塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 585.2.3 物料衡算 585.3 塔板數(shù)的確定 595.3.1 理論板層數(shù)的求取 595.3.2 實(shí)際板層數(shù)的求取 615.4 回收塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 615.4.1 操作溫度計(jì)算 615.4.2 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 625.4.3 平均密度計(jì)算 625.4.4 液體平均表面張力的計(jì)算 635.4.5 液體平均粘度 645.5 回收塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 645.5.1 氣液相負(fù)荷計(jì)算 645.5.2 回收塔有效高度的計(jì)算 665.5.3 實(shí)際塔高的計(jì)算 665.6 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 675.6.1 溢流裝置計(jì)算 675.6.2 塔板布置 705.7 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 725.7.1 塔板壓降 725.7.2 液泛 735.7.3 霧沫夾帶 745.8 塔板負(fù)荷性能圖 755.8.1 霧沫夾帶上線 755.8.2 液泛線 755.8.3 液相負(fù)荷上限線 765.8.4 泄漏線-氣相負(fù)荷下限線 765.8.5 液相負(fù)荷下限線 775.8.6 塔的操作彈性 775.9 回收塔接管尺寸計(jì)算 785.9.1 塔頂蒸氣出口管的直徑 785.9.2 回流管的直徑 785.9.3 加料管的直徑 795.9.4 排液排出管徑 795.10 回收塔筒體壁厚計(jì)算 79第六章 輔助設(shè)備設(shè)計(jì) 816.1 儲(chǔ)罐的選擇 816.1.1 儲(chǔ)罐的計(jì)算與選型 816.2 泵的選型 826.3 換熱器的選型 836.3.1 甲醇預(yù)熱器 836.3.2 甲醇汽化器 876.3.3 換熱器 886.3.4 冷卻器 886.3.5 DME精餾塔全凝器 896.3.6 DME精餾塔再沸器 906.3.7 DME冷卻器 916.3.8 甲醇水換熱器 926.3.9 甲醇精餾塔全凝器 926.3.10 甲醇精餾塔再沸器 936.3.11 甲醇水換熱器 94參考文獻(xiàn) 95附錄 97致謝 98前言近幾年來，在各國(guó)尋求清潔燃料的過程中，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放的特性使其日益受到重視。二甲醚作為清潔燃料具備如下特征：（1）資源量豐富，來源廣；（2）環(huán)境友好，其排放物對(duì)環(huán)境的影響很??；（3）技術(shù)可行、成熟，可在大范圍內(nèi)使用；（4）經(jīng)濟(jì)可行，其成本有競(jìng)爭(zhēng)力；（5）易于實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)行所需要的基礎(chǔ)設(shè)施和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施基本相容，不需要另裝一套裝置。二甲醚又稱甲醚、木醚氧、二甲，是最簡(jiǎn)單的脂肪醚重要的甲醇下游產(chǎn)品之一。二甲醚的理化性質(zhì)比較獨(dú)特，熱值高，無毒、無害，具有潛在的廣泛用途，除作為有機(jī)化工原料廣泛用于制藥、染料、農(nóng)藥等，還用于替代氟里昂用作汽溶膠噴射劑和制冷劑，由于其良好的燃料性能，具有實(shí)用、通用、環(huán)保、安全、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，最近作為民用代用燃料和柴油代用燃料，二甲醚受到人民的日益重視。本設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)說明書和圖紙兩部分。說明書主要包括工藝流程的確定，物料衡算，熱量衡算，工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型等。圖紙包括設(shè)備一覽表，管道儀表流程圖，平面布置圖等。**2012年6月綜述緒論甲醇在常溫常壓下是易揮發(fā)和易燃的無色液體，具有酒精氣味，比水輕。甲醇蒸汽與空氣能形成爆炸性混合物，它是一種用途廣泛的基本有機(jī)化工原料，在世界發(fā)達(dá)國(guó)家，其產(chǎn)量?jī)H次于乙烯、丙烯和苯。甲醇主要用于制造甲醛、氯甲烷、甲胺、醋配、丙烯酸甲酷、對(duì)苯二甲酸二甲酷、甲基叔丁基醚等一系列有機(jī)化工產(chǎn)品，產(chǎn)品品種達(dá)到百余種，是大有發(fā)展的一碳化學(xué)產(chǎn)品。甲醇還是一種性能良好的液體燃料，可用作環(huán)保燃料。另外它在化學(xué)、醫(yī)藥、輕工、紡織等行業(yè)有著廣泛的用途，己成為世界大宗化工產(chǎn)品之一。隨著我國(guó)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)甲基叔丁基醚的需求也會(huì)增加，而且合成醋酸、甲醇燃料電池、直接用作機(jī)動(dòng)車輛的燃料、合成烯烴等先進(jìn)技術(shù)的推廣也會(huì)推動(dòng)甲醇的消費(fèi)，其應(yīng)用前景必將更加廣泛。在過去的5年中，世界甲醇消耗的平均年增長(zhǎng)率為3.7%，中國(guó)甲醇消耗的平均年增長(zhǎng)率為19.3%，可見由煤制甲醇及其下游產(chǎn)品的前景十分可觀?？梢灶A(yù)見在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)甲醇的產(chǎn)量和消費(fèi)量會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。甲醇工業(yè)與能源工業(yè)關(guān)系密切。甲醇生產(chǎn)需以各種燃料為原料，生產(chǎn)過程中還需燃料供給能量，因此，甲醇是一種能源消耗較大的化工產(chǎn)品，在節(jié)能減耗方面有許多潛力可挖。同時(shí)，甲醇本身可直接用于或間接用于汽車燃料，被稱為潔凈、高效的液體燃料，其用途不斷地在擴(kuò)大。所以說，甲醇將成為新一代能源化工的起始原料，以生產(chǎn)一系列深度加工產(chǎn)品，成為碳一化工的關(guān)鍵產(chǎn)品。甲醇的性質(zhì)甲醇的物理化學(xué)性質(zhì)甲醇又名：木醇，木酒精，沸點(diǎn)65℃，溶點(diǎn)-97.8℃，和水相對(duì)密度為0.7915。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶但不形成共沸物。從木焦油中獲得的粗甲醇有難聞、刺鼻氣味。甲醇有較強(qiáng)的毒性，對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會(huì)產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸汽能損害人的呼吸道粘膜和視力。一、詳細(xì)參數(shù)說明[1]：分子式CH3OH分子量32.04閃點(diǎn)16℃（開口容器）、12℃（閉口容器）自然點(diǎn)473℃（空氣中）凝固點(diǎn)-97～-97.8℃臨界溫度240℃比重

0.7913密度

0.81g/ml（0℃）比熱

2.470-2.533J/g℃(20-25℃）粘度

液體：5.945×10-4Pa·s（20℃）液體：11.4×10-6Pa·s（65℃）導(dǎo)熱系數(shù)

2.09×1000J/cm·S·K表面張力

22.55×10-5N/cm蒸發(fā)潛熱

35.295KJ/mol（64.7℃）爆炸極限

6%-36.5%（空氣中）折光系數(shù)1.32874（20℃）膨脹系數(shù)0.00119/℃蒸汽壓力-44.4℃131.45Pa20℃11825.48Pa-20℃939.9Pa50℃50888.2Pa0℃3572.98Pa64.5℃10132.2Pa10℃6679.3Pa100℃320634.6Pa燃燒熱1129.5kJ/kg熔融熱68.67～83.74kJ/kg液體熱容24.9～2.53kJ/kg氣體熱容1.63kJ/kg（77℃）二、安全機(jī)理甲醇被大眾所熟知，甲醇有較強(qiáng)的毒性，對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會(huì)產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸汽能損害人的呼吸道粘膜和視力。甲醇的致命劑量大約是30毫升。甲醇的中毒機(jī)理是，甲醇經(jīng)人體代謝產(chǎn)生甲醛和甲酸（俗稱蟻酸），然后對(duì)人體產(chǎn)生傷害。急性中毒癥狀有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導(dǎo)致呼吸中樞麻痹而死亡。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、視力減退、消化障礙。甲醇攝入量超過4克就會(huì)出現(xiàn)中毒反應(yīng)，誤服一小杯超過10克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。甲酸進(jìn)入血液后，會(huì)使組織酸性越來越強(qiáng)，損害腎臟導(dǎo)致腎衰竭。甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉?。其原理是，甲醇本身無毒，而代謝產(chǎn)物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。甲醇含有一個(gè)甲基與一個(gè)羥基。因它含有羥基，所以具有醇類的典型反應(yīng)；因它又含有甲基，所以又能進(jìn)行甲基化反應(yīng)。甲醇可以與一系列物質(zhì)反應(yīng)，所以甲醇在工業(yè)上有著十分廣泛的應(yīng)用(1)甲醇的氧化反應(yīng)，生成甲醛、甲酸甲醇在空氣中可被氧化為甲醛，然后被氧化為甲酸CH3OH+1/2O2HCHO+H2O（1.1）HCHO+1/2O2HCOOH（1.2）由甲醇制取甲醛，在600—700℃通過浮石銀催化劑或其他固體催化劑，如銅、五氧化二釩等直接氧化為甲醛。CH3OHHCHO+H2－83.68J/mol(1.3)(2)與有機(jī)酸反應(yīng)，與乙酸作用，發(fā)生酯化反應(yīng)，生成乙酸乙酯CH3OH+CH3COOHCH3COOCH3+H2O(1.4)(3)甲醇酯化，生成各種酯類化合物與硫酸作用a甲醇與甲酸反應(yīng)生成甲酸甲酯CH3OH+HCOOH→CH3COOH(1.5)b甲醇與硫酸作用生成硫酸氫甲酯﹐硫酸二甲酯CH3OH+H2SO4CH3HSO4+H2O(1.6)2CH3OH+H2SO4(CH3)2SO4+H2S(1.7)c與硝酸作用，生成硝酸甲酯CH3OH+HNO3CH3ONO2+H2O(1.8)d與鹽酸作用，生成氯甲烷CH3OH+HClCH3Cl+H2O(1.9)(4)與氨反應(yīng)生成甲胺（一甲胺、二甲胺、三甲胺）將甲醇與氨以一定比例混合，在370—420℃，5.0—20.0MPa壓力下，以活性氧化鋁為催化劑進(jìn)行合成，得一甲胺、二甲胺、三甲胺的混合物，再經(jīng)精餾，可得一、二或三甲胺產(chǎn)品CH3OH+NH3CH3NH2+H2O+20.75J/mol(1.10)2CH3OH+NH3(CH3)2NH+2H2O+60.88J/mol(1.11)3CH3OH+NH3(CH3)3N+3H2O+07.35J/mol(1.12)(5)與一氧化碳作用，生成醋酸甲醇與一氧化碳在碘化鈷均相催化劑存在，壓力65.0MPa溫度250℃下，或者在非均相銠催化劑（以碘為助催化劑）存在，壓力3.0—4.0MPa,溫度180℃下，能合成醋酸。CH3OH+COCH3COOH(1.13)(6)甲醇與氫氧化鈉反應(yīng)，生成甲醇鈉甲醇與氫氧化鈉在85—100℃下反應(yīng)脫水可生成甲醇鈉CH3OH+NaOH→CH3ONa+H2O(1.14)(7)甲醇的脫水在高溫下，在ZSM-5型分子篩甲醇可脫水生成二甲醚2CH3OH→(CH3)2O+H2O(1.15)甲醇生產(chǎn)工藝方法目前工業(yè)上幾乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加壓催化氫化法合成甲醇。典型的流程包括原料氣制造、原料氣凈化、甲醇合成、粗甲醇精餾等工序甲醇生產(chǎn)的特點(diǎn)是工藝復(fù)雜，技術(shù)密集。天然氣與石腦油的蒸汽轉(zhuǎn)化需在結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)很高的轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行。轉(zhuǎn)化爐設(shè)置有輻射室與對(duì)流室，在高溫、催化劑存在下進(jìn)行烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)。轉(zhuǎn)化爐的設(shè)計(jì)、操作，爐管的材料都有非常嚴(yán)格的要求。重油部分氧化需在高溫氣化爐中進(jìn)行。碳黑的回收，熱量的利用，高溫下油、氣混合噴嘴的結(jié)構(gòu)與材料等都是很復(fù)雜的技術(shù)問題。甲醇的合成是在高溫、高壓、催化劑存在下進(jìn)行的，是典型的復(fù)合氣固相催化反應(yīng)過程。由于甲醇合成銅基催化劑很易受含硫化合物的毒害，所以原料氣在送往甲醇合成前需凈化，去除毒物。甲醇生產(chǎn)的發(fā)展與脫硫等氣體凈化技術(shù)的發(fā)展有十分密切的聯(lián)系。粗甲醇存在水分、高級(jí)醇、醚、酮等雜質(zhì)，需要進(jìn)行精制。因此，甲醇生產(chǎn)總流程長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，根據(jù)不同原料與不同的凈化方法可以演變?yōu)槎喾N流程。甲醇原料氣的制造與凈化天然氣、石腦油、重油、煤及其加工產(chǎn)品（焦炭、焦?fàn)t煤氣）、乙炔尾氣等均可作為生產(chǎn)甲醇合成氣的原料。甲醇合成氣要求,不同原料中氫、碳比不同，所以生產(chǎn)流程也不同。(1)以天然氣為原料以天然氣為原料有以下幾種原則流程：a蒸汽轉(zhuǎn)化前補(bǔ)加二氧化碳原料天然氣與一定量的二氧化碳（由外部供給，或從轉(zhuǎn)化爐煙道氣中回收），經(jīng)鈷鉬加氫、串聯(lián)氧化鋅脫硫后，與本工序產(chǎn)生的蒸汽按預(yù)定比例混合，進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐管，在2—3MPa,600—800℃下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。轉(zhuǎn)化氣的組成符合甲醇合成新鮮氣要求，經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量，及水冷卻后送往壓縮合成工序。轉(zhuǎn)化爐的對(duì)流段與廢熱鍋爐回收熱量，產(chǎn)生蒸汽，除自供工藝蒸汽外，還可外供。b蒸汽轉(zhuǎn)化后補(bǔ)加二氧化碳原則為使轉(zhuǎn)化氣的組成符合甲醇合成氣要求，經(jīng)脫硫后的二氧化碳于轉(zhuǎn)化后補(bǔ)加。與轉(zhuǎn)化前相比，在轉(zhuǎn)化后補(bǔ)加的二氧化碳量較少，蒸汽轉(zhuǎn)化的負(fù)荷可以減輕。c二段轉(zhuǎn)化法以天然氣為原料的二段轉(zhuǎn)化法，在第一段管式轉(zhuǎn)化中，只有約四分之一的甲烷進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，第二段進(jìn)行的是天然氣部分氧化。由于第二段進(jìn)行放熱反應(yīng)，溫度高達(dá)800℃以上，殘留的甲烷減少。但本法需要氧氣。(2)石腦油為原料石腦油經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化后，其組成恰可滿足合成甲醇之需要。既無需在轉(zhuǎn)化前后補(bǔ)加二氧化碳或設(shè)二段轉(zhuǎn)化，也無需經(jīng)變換、脫碳調(diào)整其組成。(3)以重油為原料重油部分氧化法所生成的合成氣，由于原料重油中碳?xì)浔雀?，合成氣中一氧化碳與二氧化碳含量過量，需將部分合成氣經(jīng)過變換，使一氧化碳與水蒸氣作用生成氫氣與二氧化碳，然后脫除二氧化碳，以達(dá)所需之組成。同時(shí)由于重油原料中含硫高，需對(duì)合成氣進(jìn)行濕法脫硫，保證凈化后的合成氣中含硫量小于0.1ppm.。根據(jù)通過變換的氣量是全氣量還是部分氣量，可以分為以下兩種流程：a部分氣量通過變換以重油為原料，在加壓（6MPa）下以部分氧化法制氣，采用石腦油萃取法回收炭黑，在常溫下用甲醇—二乙醇氨法脫出硫化物，脫硫后氣體分倆路，一路氣體經(jīng)變換，甲基吡咯烷酮法脫出二氧化碳后至甲醇合成;另一路氣體直接送往甲醇合成。以重油為原料的魯奇低壓法就用此流程。這種部分氣量通過變換的流程一定要建立在脫硫方法十分可靠、保證達(dá)到高凈化度的基礎(chǔ)上。b全氣量通過變換以重油為原料，在加壓（1.6MPa）下部分氧化法制氣，采用重油萃取回收碳黑，在常溫下用改良A.D.A法脫除硫化物，全氣量通過變換，變換率為50%—60%，變換氣經(jīng)改良A.D.A法二次脫硫，及氨基乙酸法脫除二氧化碳，并經(jīng)干法脫硫“把關(guān)”后，送往壓縮機(jī)至甲醇合成。我國(guó)南化公司氮肥廠就用此流程。國(guó)內(nèi)所采用的脫硫方法尚不能達(dá)到很高的凈化要求，特別對(duì)有機(jī)硫脫除效率差。采用全氣量通過變換，可以使有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為硫化氫，通過二次脫硫后除去，以延長(zhǎng)催化劑使用壽命。(4)以固體燃料為原料以固體燃料為原料時(shí)，可用間歇?dú)饣蜻B續(xù)氣化制水煤氣。間歇?dú)饣ㄒ钥諝?、蒸汽為氣化劑，將吹風(fēng)、制氣階段分開進(jìn)行；連續(xù)氣化以氧氣、蒸汽為氣化劑，過程連續(xù)進(jìn)行。固體燃料氣化所得之水煤氣，需經(jīng)脫硫、變換、脫碳，調(diào)整氣體組成及清除雜質(zhì)后送往甲醇合成。甲醇合成催化劑與工序一氧化碳，二氧化碳加氫合成甲醇是可逆熱反應(yīng)為了加速反應(yīng)，必須采用催化劑，因此甲醇合成的操作條件決定于催化劑活性。目前甲醇生產(chǎn)主要采用兩類催化劑。鋅﹑鉻催化劑反應(yīng)溫度350—420℃，壓力30MPa。出塔甲醇含量3%—5%。能量高，副反應(yīng)多，產(chǎn)品質(zhì)量差。粗甲醇中含有二甲醚5000—10000ppm，高級(jí)醇3000—5000ppm，甲酸甲酯80—200ppm銅基催化劑反應(yīng)溫度230—290℃，壓力5—10MPa。出塔甲醇含量5%—7%。能量低，副反應(yīng)少，產(chǎn)品質(zhì)量好，粗甲醇中雜質(zhì)少，煤制粗甲醇含二甲醚150ppm，高級(jí)醇700ppm甲醇合成與氨合成類似，合成工序采用循環(huán)流程，但甲醇從循環(huán)氣中分離比氨的分離容易，只需水冷即可，無需多級(jí)氨冷。其原則流程如下：以各種原料制得并經(jīng)凈化的甲醇合成新鮮氣經(jīng)加壓后，同循環(huán)氣混合，與出合成塔氣體換熱，進(jìn)入合成塔，在合成塔催化床層中進(jìn)行反應(yīng)。出塔氣經(jīng)換熱后，通過水冷器冷卻，冷凝的粗甲醇在甲醇分離器中分離，送往中間貯槽或直接送往精餾。為控制循環(huán)氣中惰性氣體含量，一小部分氣體放空，大部分氣體經(jīng)循環(huán)機(jī)加壓后循環(huán)送往合成塔甲醇合成工藝與甲醇合成塔近20年來發(fā)展趨勢(shì)很快，主要有以下一些類型(1)國(guó)內(nèi)冷管型甲醇合成塔國(guó)內(nèi)多數(shù)工廠采用單管逆流、單管并流、三套管等型式。近年來較有特色的是雙層并聯(lián)式，形冷管式與軸徑向冷管式。(2)多段絕熱、段間冷激型甲醇合成塔典型的有英國(guó)I.C.I甲醇合成塔與日本三公公司甲醇合成塔(3)管殼型甲醇合成塔典型的有西德魯奇甲醇合成塔與日本管殼—冷管復(fù)合型的高轉(zhuǎn)化率合成塔。粗甲醇精餾工藝粗甲醇中含有多種有機(jī)雜質(zhì)和水分，需要精制。精制過程包括精餾與化學(xué)處理。化學(xué)處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié)PH。精餾主要是除去易揮發(fā)組分，如二甲醚、以及難以揮發(fā)的組分，如乙醇、高級(jí)醇、水等甲醇的精餾普遍采用雙塔流程。第一塔為加壓操作，分離易揮發(fā)物。第二塔接近常壓操作，主要分離高沸物與水。近年來，為了提高甲醇收率和降低蒸汽消耗，發(fā)展了三塔流程。即將第二精餾塔分成上、下兩塔，上塔加壓操作，回收純甲醇，下塔常壓操作分離高沸物與水。甲醇生產(chǎn)技術(shù)的三種工藝甲醇的合成是在高溫、高壓、催化劑存在下進(jìn)行的，是典型的復(fù)合氣-固相催化反應(yīng)過程。隨著甲醇合成催化劑技術(shù)的不斷發(fā)展，目前總的趨勢(shì)是由高壓向低、中壓發(fā)展。當(dāng)代甲醇生產(chǎn)技術(shù)主要采用中壓法和低壓兩種工藝，并以低壓為主，而高壓法發(fā)展已處停滯狀態(tài)。中低壓兩種工藝生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇總產(chǎn)量的80%以上?，F(xiàn)將三種工藝分別敘述如下:高壓法（19.6～29.4MPa）：高壓法是最初生產(chǎn)甲醇的方法，高壓工藝流程一般指采用鋅鉻催化劑，在300～400℃，30MPa高溫高壓下合成甲醇的流程。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，高壓法也在逐步采用活性高的銅系催化劑，以改善合成條件，達(dá)到提高效率和增產(chǎn)甲醇的效果。高壓法雖有70多年的歷史，但由于原料和動(dòng)力的消耗大，反應(yīng)溫度高，生產(chǎn)粗甲醇中的有機(jī)雜質(zhì)含量高，而且投資太高,其發(fā)展長(zhǎng)期以來處于停滯狀態(tài)。低壓法（4.9～9.8MPa）：ICl低壓甲醇法為英國(guó)ICl公司在1966年研究成功的甲醇生產(chǎn)方法。從而打破了甲醇合成的高壓法的壟斷，這是甲醇生產(chǎn)工藝上的一次重大變革，它采用高活性的51-1型銅基催化劑，合成壓力5MPa。低壓法的高活性的銅系催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低（240～300℃），因此在較低的壓力下可獲得較高的甲醇收率.。銅系催化劑不僅活性好，且選擇性好，因此減少了副反應(yīng)，改善了粗甲醇的質(zhì)量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動(dòng)力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易。ICl法所用的合成塔為熱壁多段冷激式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器，使冷激氣均勻地進(jìn)入催化劑層，用以調(diào)節(jié)塔內(nèi)溫度。低壓法合成塔的型式還有聯(lián)邦德國(guó)Lurgi公司的管束型副產(chǎn)蒸汽合成塔及美國(guó)電動(dòng)研究所的三相甲醇合成系統(tǒng)。70年代，我國(guó)輕工部四川維尼綸廠從法國(guó)Speichim公司引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料日產(chǎn)300噸低壓甲醇裝置(英國(guó)ICI專利技術(shù))。80年代，齊魯石化公司第二化肥廠引進(jìn)了聯(lián)邦德國(guó)Lurgi公司的低壓甲醇合成裝置。中壓法（9.8～19.6MPa）：中壓法是在低壓法研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的，由于低壓法操作壓力低，導(dǎo)致工藝管路和設(shè)備體積相當(dāng)龐大，不緊湊，不利于甲醇生產(chǎn)的大型化。因此在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法，它能更有效地降低建廠費(fèi)用和甲醇生產(chǎn)成本。并且中壓法仍采用高活性的銅系催化劑，反應(yīng)溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應(yīng)的動(dòng)力消耗略有增加。例如ICI公司研究成功了51-2型銅基催化劑，其化學(xué)組成和活性與低壓合成催化劑51-1型差不多，只是催化劑的晶體結(jié)構(gòu)不相同，制造成本比51-1型高貴。由于這種催化劑在較高壓力下也能維持較長(zhǎng)的壽命，從而使ICI公司有可能將原有的5MPa的合成壓力提高到l0MPa，所用合成塔與低壓法相同也是四段冷激式，其流程和設(shè)備與低壓法類似。中國(guó)所獨(dú)創(chuàng)的聯(lián)醇工藝，實(shí)際上也是一種中壓法合成甲醇的方法。所謂聯(lián)醇即與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)甲醇，這是一種合成氣的凈化工藝，以代替合成氨生產(chǎn)中用銅氨液脫除微量碳氧化物而開發(fā)的一種新工藝。聯(lián)醇生產(chǎn)時(shí)在壓縮機(jī)五段出口與銅洗工段進(jìn)口之間增加一套甲醇合成裝置，包括甲醇合成塔、循環(huán)機(jī)、水冷器、分離器和粗甲醇貯槽等有關(guān)設(shè)備。煤、天然氣、焦?fàn)t氣制甲醇的生產(chǎn)方法1、煤制甲醇生產(chǎn)工序主要分為原料氣制備、變換和脫碳、氣體凈化、氣體壓縮、甲醇合成、粗甲醇精餾以及涉及安全環(huán)境保護(hù)（如廢催化劑回收、水處理）等工序。原料氣制備方法主要有煤氣化法（德士古TEXACO水煤漿氣化、謝爾SHELL干粉煤氣化、GSP干粉煤氣化、魯奇碎煤氣化和UGI常壓氣化）、天然氣轉(zhuǎn)化法、焦?fàn)t煤氣法，原料氣處理、精制、壓縮工藝的生產(chǎn)則同傳統(tǒng)的合成氨生產(chǎn)工藝類似。甲醇合成工藝則有：ICI低壓甲醇合成工藝、Lurgi低壓甲醇合成工藝、TEC的新型反應(yīng)器以及正趨向成熟的液相法甲醇合成工藝。煤炭氣化已有150多年的歷史，氣化方法達(dá)70～80種。開發(fā)新一代煤炭氣化技術(shù)，不僅是經(jīng)濟(jì)、合理、有效地利用煤炭資源的重要途徑，也是今后發(fā)展煤化工的基礎(chǔ)。由煤生產(chǎn)合成氣，工業(yè)上應(yīng)用較廣的有固定床汽化和沸騰床汽化法。通常用的固定床汽化法是將水蒸氣通入炙熱的煤層，使其發(fā)生下列反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為合成氣。C+H2O→CO+H2△H0=118.8kJ/mol(1.17)C+2H2O→CO2+2H2△H0=75.2kJ/mol(1.18)C+CO2→2CO△H0=162.4kJ/mol(1.19)CO+H2O→CO2+H2(1.20)2、天然氣為原料生產(chǎn)合成氣技術(shù)有部分氧化法和蒸汽轉(zhuǎn)化法。部分氧化法需要使用純氧為氣化劑，目前已較少采用。蒸汽轉(zhuǎn)化法又有一段蒸汽轉(zhuǎn)化法，加熱型兩段蒸汽轉(zhuǎn)化法和換熱式兩段轉(zhuǎn)化法之分。一段轉(zhuǎn)化法由于流程短，投資省，應(yīng)用最廣泛。加熱型兩段轉(zhuǎn)化法第一段用蒸汽轉(zhuǎn)化，第二段用純氧或富氧作氣化劑，但用于制氨時(shí)可用空氣替代純氧作氣化劑，同時(shí)又可減少一段爐的負(fù)荷，節(jié)省高鎳合金鋼，故廣泛應(yīng)用于制氨。換熱式兩段轉(zhuǎn)化工藝最有發(fā)展前途。其二段轉(zhuǎn)化爐出口高溫氣體熱量供一段爐所需的熱量，故可大幅度減少燃料天然氣的熱用量，存在的問題是副產(chǎn)蒸汽量減少。但從節(jié)能的角度來看，這種方法最有競(jìng)爭(zhēng)能力，是今后大型裝置的主要發(fā)展方向。3、焦?fàn)t煤氣的主要組分為H2、CO、CH4、CO2等氣體，隨著煉焦配比和操作工藝參數(shù)的不同，焦?fàn)t煤氣組成略有變化。一般焦?fàn)t煤氣的組成為：組分H2COCO2CH4CmHnN2O2％（V）54.0～59.05.0～8.02.0～4.023.0～27.02.0～3.03.0～6.00.2～0.4焦?fàn)t煤氣是很好的氣體燃料和寶貴的化工原料氣，凈化后的焦?fàn)t煤氣除用作城市燃?xì)馔?，還可用于制造甲醇、合成氨、提取氫氣和發(fā)電，其中以制造甲醇的附加值最高，經(jīng)濟(jì)效益最好。若將全國(guó)每年放散的350×108M3焦?fàn)t煤氣全用于制造甲醇，可產(chǎn)甲醇1600萬噸，可大大緩解我國(guó)石油供應(yīng)的緊張局面，從而帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。目前生產(chǎn)技術(shù)主要特點(diǎn)近20多年來，甲醇生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展很快，在原料路線、生產(chǎn)規(guī)模、節(jié)能減耗、過程控制與優(yōu)化、與其他化工產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)等各方面都有新的突破與進(jìn)展。來源路線豐富化合成甲醇的原料構(gòu)成在幾十年中經(jīng)歷了很大變，早期甲醇生產(chǎn)多以煤與焦炭為原料，采用固定床氣化的方法制甲醇原料氣。20世紀(jì)50年代以來，天然氣、石油資源得到大量開采，由于以甲烷為主要組成的天然氣便于輸送，適合于加壓操作，能降低甲醇裝置的投資與成本，在性能較好的轉(zhuǎn)化催化劑、耐高溫的合金鋼管相繼出現(xiàn)后，以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)流程被廣泛采用。同時(shí)由于抗結(jié)炭的石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑研制成功，在天然氣缺乏的地區(qū)，可以以石腦油為原料。60年代以后，又開發(fā)了重油部分氧化法制甲醇合成原料氣。于是在國(guó)外甲醇原料中基本上以烴類為主，估計(jì)在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，國(guó)外的甲醇生產(chǎn)仍以烴類為主。但是，今后以煤為原料生產(chǎn)甲醇的比例將會(huì)上升，煤終將成為甲醇生產(chǎn)中最主要的原料。這主要由以下幾個(gè)原因所決定：(1)從世界能量結(jié)構(gòu)來看，固體燃料的貯量遠(yuǎn)多于液體與氣體，石油與天然氣貯量正在減少。(2)煤不能直接用作汽車、柴油機(jī)等的燃料，煤加工為甲醇后就可以作為汽車，柴油機(jī)的燃料甲醇用作液體燃料頗具吸引力，將成為其主要用途。由煤生成甲醇被稱為煤的間接液化，這是煤炭利用的重要發(fā)展方向。(3)煤氣化技術(shù)發(fā)展迅速，除傳統(tǒng)的固定床UGI氣化爐外，固定床魯奇氣化爐、流化床溫克勒氣化爐、氣流床K—T爐、氣流床德士古氣化爐的開發(fā)取得進(jìn)展，并都已在工業(yè)上得到使用。大型裝置普遍化一般所謂大型甲醇裝置是指日產(chǎn)600噸以上甲醇的裝置，且每種機(jī)器與設(shè)備都只有一臺(tái)，除個(gè)別有備用泵外，一般都沒有并聯(lián)與備用的設(shè)備與機(jī)器。甲醇生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一是單系列、大型化。由于高壓設(shè)備尺寸的限制，50年代以前，甲醇合成塔的單塔生產(chǎn)能力一般不超過100—200t/d,60年代不超過200—300t/d。但近十幾年來，單系列大型甲醇合成塔被開發(fā)，并在工業(yè)生產(chǎn)中使用。Lurgi管殼型甲醇合成塔單塔能力可達(dá)1000—1500t/d.I.C.I多段冷激型甲醇合成塔單塔生產(chǎn)能力可達(dá)2500t/d.隨著由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的大型離心壓縮機(jī)研制成功，為合成氣壓縮機(jī)、循環(huán)機(jī)的大型化提供了條件。這些大型壓縮機(jī)、循環(huán)機(jī)一般采用背壓式透平，驅(qū)動(dòng)透平的蒸汽由甲醇原料氣制造工序所產(chǎn)生。大型烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐、重油部分氧化爐、煤氣化爐的開發(fā)與應(yīng)用也為甲醇裝置的大型化創(chuàng)造了條件。國(guó)內(nèi)的甲醇裝置的規(guī)模偏小，除引進(jìn)的Lurgi與I.C.I裝置單系列年產(chǎn)10萬噸甲醇外，較多中型化肥廠中單系列甲醇裝置，僅年產(chǎn)3—4萬噸，更有一些單醇與聯(lián)醇裝置，年產(chǎn)僅數(shù)千噸。今后必須不斷創(chuàng)造條件，增大單系列甲醇裝置的生產(chǎn)規(guī)模能源節(jié)省多樣化甲醇成本中能源費(fèi)用占較大比重，目前甲醇生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)放在采用低能耗工藝、充分回收與合理利用能量等方面。主要方向是研制性能更好的轉(zhuǎn)化與合成催化劑，降低甲醇合成壓力，開發(fā)新的凈化方法，降低燃料消耗，采用節(jié)能型精餾工藝與設(shè)備，高、中、低位熱能的合理配置與低位能熱能的合理使用等措施。(1)對(duì)烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制甲醇原料氣對(duì)烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制甲醇的原料氣，節(jié)能的主要方向?yàn)椋篴有條件的裝置，采用二段轉(zhuǎn)化法；b采用高活性轉(zhuǎn)化催化劑，降低操作水碳比；c增設(shè)燃燒空氣預(yù)熱器，降低煙氣排放溫度；d改進(jìn)轉(zhuǎn)化爐型與優(yōu)化對(duì)流段換熱器配制方式，使熱量得到合理使用；e開發(fā)天然氣直接制甲醇的新工藝。(2)對(duì)煤制甲醇的原料氣對(duì)煤制甲醇的原料氣，節(jié)能的主要方向?yàn)椋篴采用煤連續(xù)氣化新爐型；b改進(jìn)固定床氣化的爐篦，優(yōu)化操作工藝條件，提高煤的燒出率與蒸汽分解率；c降低吹風(fēng)系統(tǒng)的阻力；d改進(jìn)造氣余熱回收；e采用合成氨聯(lián)合生產(chǎn)甲醇工藝及城市煤氣聯(lián)合生產(chǎn)甲醇流程。(3)原料氣脫硫原料氣脫硫，最主要是確保脫硫效果。引進(jìn)裝置中的低溫甲醇法、甲醇二乙醇胺法都是良好的脫硫方法。國(guó)內(nèi)的全氣量部分通過變換工藝將有機(jī)硫轉(zhuǎn)變?yōu)橐壮サ牧蚧瘹洌〉昧肆己玫男Ч?。但?guó)內(nèi)甲醇（特別是聯(lián)醇）的脫硫，并未徹底解決，仍需進(jìn)一步研究高效率低能耗脫硫劑與脫硫工藝。(4)脫除二氧化碳節(jié)能措施為選用再生汽耗低的脫碳工藝（主要是改進(jìn)熱鉀堿中的活化劑）；采用兩段再生、貧液閃蒸、富液節(jié)流回收能量等。機(jī)器控制自動(dòng)化甲醇生產(chǎn)是連續(xù)操作、技術(shù)密集的工藝，目前正向高度自動(dòng)化操作水平發(fā)展?；み^程優(yōu)化控制在甲醇生產(chǎn)中得到推廣與應(yīng)用。在甲醇原料氣烴類蒸汽轉(zhuǎn)化工序，已有采用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制反應(yīng)溫度，控制過程由檢測(cè)元件及變送器、控制器與執(zhí)行器組成。甲醇合成工序已有采用計(jì)算機(jī)控制，采用屏幕顯示CRT和人—機(jī)通信方式，操作工在操作臺(tái)上對(duì)整個(gè)工序的生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)操作優(yōu)化。國(guó)內(nèi)甲醇裝置的過程控制水平還停留在儀表顯示與單參數(shù)控制的水平，采用數(shù)學(xué)模型方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，也已有初步成果。引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)控制技術(shù)，進(jìn)一步提高自控水平，對(duì)發(fā)展我國(guó)甲醇工業(yè)很有意義。甲醇的用途甲醇是多種有機(jī)產(chǎn)品的基本原料和重要溶劑，廣泛用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國(guó)防等工業(yè)。甲醇化工已成為化學(xué)工業(yè)中一個(gè)重要的領(lǐng)域。甲醇的消費(fèi)已超過其化工用途，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。今后甲醇的速度將更為迅速[2]。甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可缺少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產(chǎn)丙烯酸甲酯、對(duì)苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機(jī)合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農(nóng)藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇的有機(jī)溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制油漆。一些無機(jī)鹽如碘化鈉、氯化鈣、硝酸銨、硫酸銅、硝酸銀、氯化銨、氯化鈉都或多或少地能溶于甲醇。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的分離，還用于檢驗(yàn)和測(cè)定硼。甲醇是一種優(yōu)良燃料可作能源。在汽車燃油中可直接添加3%～5%的甲醇，目前直接將甲醇當(dāng)燃料已引起世界各國(guó)的興趣，它已被某些發(fā)電站作燃料。1985年5月加拿大政府曾宣布過一項(xiàng)全國(guó)性的計(jì)劃，試驗(yàn)用甲醇做公共汽車和運(yùn)輸卡車的燃料。1987年我國(guó)在北京順義也建成投產(chǎn)第一座年產(chǎn)萬噸的甲醇汽油廠，甲醇汽油由50%的汽油、40%的甲醇和10%的添加劑組成。前些年我國(guó)汽車用“高比例甲醇汽油”的研制和應(yīng)用也取得成果，并通過鑒定。使用這種燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)無需改裝，燃料辛烷值高，造成空氣污染遠(yuǎn)比柴油、汽油要小，該項(xiàng)科技成果對(duì)緩解我國(guó)燃油短缺，促進(jìn)煤炭深加工和環(huán)境保護(hù)有重要意義。在宇宙航空中甲醇能作火箭燃料。甲醇可以做防凍劑，嚴(yán)冬時(shí)節(jié)在汽車水箱中添加適量甲醇，能使水箱中循環(huán)冷卻水不凍，在禁酒國(guó)家中甲醇用作酒精變性劑，將甲醇摻在乙醇之中得到變性乙醇，具有一定毒性使之不宜飲用。甲醇經(jīng)微生物發(fā)酵可生產(chǎn)甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質(zhì)，具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)，是頗有發(fā)展前景的飼料添加劑，能廣泛用于牲畜、家禽、魚類的飼養(yǎng)。綜上所述，甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料，也是清潔代用燃料，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織等行業(yè)具有廣泛的用途。世界基礎(chǔ)有機(jī)化工原料中，甲醇消費(fèi)量?jī)H次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)甲醇需求量不斷增加。2005年我國(guó)的甲醇消費(fèi)量超過600萬噸，創(chuàng)下歷史新高。中國(guó)煤制甲醇發(fā)展歷史及現(xiàn)狀我國(guó)甲醇生產(chǎn)起于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)吉化、蘭化、太化等企業(yè)先后從前蘇聯(lián)引進(jìn)高壓合成甲醇工藝，建成了數(shù)套以煤為原料的甲醇生產(chǎn)裝置，規(guī)模均在300t/a左右。60、70年代在合成氨的基礎(chǔ)上進(jìn)一步中壓聯(lián)醇工藝。70年代四川維尼綸廠和齊魯石化公司分別引進(jìn)了ICI和Lurgi公司低壓合成甲醇技術(shù)，建成了以乙炔尾氣和渣油為原料的甲醇生產(chǎn)裝置。之后我國(guó)自行開發(fā)了適合于低壓合成甲醇的催化劑，年產(chǎn)10萬噸以下的生產(chǎn)裝置已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化。但與國(guó)外技術(shù)相比，無論工藝技術(shù)還是設(shè)備加工制造還有一定差距。目前我國(guó)甲醇生產(chǎn)以中小型聯(lián)醇裝置為主，年產(chǎn)萬噸以下的生產(chǎn)企業(yè)的總生產(chǎn)能力約占全國(guó)總生產(chǎn)能力的一半。國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)和引進(jìn)的中型甲醇裝置均未形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模。以煤制甲醇的大型現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)成熟，但需投入較大的資金。國(guó)外學(xué)者和企業(yè)家們一般認(rèn)為汽油與煤的比價(jià)超過10:1時(shí)，煤制甲醇在經(jīng)濟(jì)上就具備了條件，而且煤制甲醇的生產(chǎn)規(guī)模越大，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本越低。國(guó)內(nèi)甲醇建設(shè)規(guī)模發(fā)展趨勢(shì)是大型化，選擇50萬t/a規(guī)模投資約需18億元，理想建設(shè)周期需3年，建設(shè)工期長(zhǎng)。但從對(duì)甲醇的潛在需求量看，大規(guī)模的具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的甲醇企業(yè)仍有較大發(fā)展空間，而產(chǎn)量低的小型裝置的命運(yùn)不容樂觀。當(dāng)前所要解決的問題是應(yīng)該充分利用原有以煤.為原料的中小合成氨企業(yè)的資源、技術(shù)力量和設(shè)備聯(lián)產(chǎn)甲醇，在可能的情況下引進(jìn)更加先進(jìn)的技術(shù)提高單套裝置的生產(chǎn)能力。煤一甲醇聯(lián)產(chǎn)非常適于在煤炭?jī)?chǔ)量豐富的地區(qū)建廠，如內(nèi)蒙、青海、山西、遼寧等地，省去煤炭運(yùn)輸環(huán)節(jié)。如重慶與日本合資80萬噸甲醇、山東充州礦務(wù)局50萬噸甲醇、永城煤電50萬噸甲醇等項(xiàng)目已經(jīng)在設(shè)計(jì)或建設(shè)中。一些化肥企業(yè)已經(jīng)涉足煤炭開采，包攬了從原料煤的生產(chǎn)到甲醇的生產(chǎn)。煤炭企業(yè)自身應(yīng)該在原有開采煤炭的技術(shù)力量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓寬深加工渠道，以此獲得更大的收益。設(shè)計(jì)依據(jù)原料及產(chǎn)品規(guī)格原料：精甲醇甲醇含量99.5wt%水含量0.5wt%產(chǎn)品：二甲醚含量99.95wt%甲醇含量ppmwt水含量0.05ppm設(shè)計(jì)規(guī)模和設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)規(guī)模：260000噸二甲醚/年，按照每年8000小時(shí)開工計(jì)算設(shè)計(jì)要求：產(chǎn)品中的二甲醚：回收率99.8%，純度為99.95wt%回收的甲醇：塔頂甲醇含量99.5%，塔底廢水中甲醇含量3%設(shè)計(jì)參數(shù)甲醇預(yù)熱器：用的飽和水蒸氣將甲醇從加熱到。二甲醚精餾塔的操作壓力適宜范圍為0.6~0.8MPa，這一采用塔頂壓力為0.67MPa，塔底壓力為0.8MPa。反應(yīng)原理方程式：反應(yīng)條件本過程采用連續(xù)操作，反應(yīng)條件：T=~，反應(yīng)壓力：P=0.8MPa，反應(yīng)器冷卻換熱到，反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，系統(tǒng)熱損失為2%。反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率選擇性：該反應(yīng)為催化脫水，在以下時(shí)，該反應(yīng)過程為單一、不可逆、無副產(chǎn)品的反應(yīng)，選擇性為100%。轉(zhuǎn)化率：該反應(yīng)為氣相反應(yīng)，甲醇轉(zhuǎn)化率為80%。催化劑的選擇本設(shè)計(jì)采用催化劑γ-AL2O3，催化劑為球形顆粒，直徑為5mm，床層空隙率ε為0.48。流程敘述經(jīng)原料庫(kù)來的新鮮精甲醇和未完全反應(yīng)的甲醇循環(huán)物流相混合由進(jìn)料泵加壓到0.9MPa左右，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到154，進(jìn)入汽化器被加熱汽化，在進(jìn)換熱器用反應(yīng)出料氣體加熱至反應(yīng)溫度，然后進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)溫度為250~370之間，在反應(yīng)器的催化劑床層進(jìn)行氣相催化脫水反應(yīng)，從換熱器出來的二甲醚、甲醇、水混合氣體通過冷卻器冷卻到進(jìn)料口溫度，再經(jīng)過冷凝器冷凝為飽和液體進(jìn)入二甲醚精餾塔，塔頂采出產(chǎn)品，塔底出來的以甲醇和水為主的殘餾液經(jīng)過換熱器降到一定溫度進(jìn)入甲醇精餾塔，甲醇精餾塔塔頂出來的精甲醇經(jīng)冷卻器冷卻到25打回到原料罐循環(huán)使用。二甲醚合成工段物料衡算、能量衡算化工計(jì)算是化工設(shè)計(jì)最基本也是最重要的內(nèi)容，是化工設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)?；どa(chǎn)工藝計(jì)算主要有物料平衡計(jì)算和熱量平衡計(jì)算，其中物料衡算是能量衡算的基礎(chǔ)?；すに囉?jì)算是作為化工工藝過程的設(shè)計(jì)、工藝管路、設(shè)備選擇及生產(chǎn)管理、工藝條件選擇的主要依據(jù)；對(duì)于平衡原料、產(chǎn)品產(chǎn)量，選擇最佳工藝條件，確定操作控制指標(biāo)，合理利用生產(chǎn)中的廢料、廢氣，廢熱都有重要作用。物料平衡和熱量平衡是以質(zhì)量守恒、能量守恒和化學(xué)計(jì)算理論為基礎(chǔ)的，通常分為理論的和實(shí)際的計(jì)算方法。理論的計(jì)算是遵循反應(yīng)方程式的化學(xué)計(jì)量來計(jì)算，進(jìn)行這樣的計(jì)算只需要知道反應(yīng)方程式和各組分的分子量，以求得投入的原料量可能產(chǎn)生的產(chǎn)品理論量；而實(shí)際的平衡計(jì)算，除涉及理論計(jì)算量外，還必須考慮生產(chǎn)的實(shí)際情況，如反應(yīng)的效率、組分的過剩量、催化劑的轉(zhuǎn)化率及中間過程的消耗等，計(jì)算記過與實(shí)際生產(chǎn)比較解禁。工藝計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通常有如下幾個(gè)來源：（1）工藝設(shè)計(jì)或生產(chǎn)提供的計(jì)算依據(jù)。如生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)條件、產(chǎn)品要求等；（2）工業(yè)化試驗(yàn)提供的試驗(yàn)依據(jù)。如主、副反應(yīng)方程式，催化過程的轉(zhuǎn)化率、原料的配比、化學(xué)反應(yīng)的條件及熱量變化等；（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況和工作狀況的物化數(shù)據(jù)。如各組分的密度、黏度、熱熔、沸點(diǎn)、溶解度，蒸汽壓及焓等；（4）計(jì)算中必須的生產(chǎn)測(cè)定數(shù)據(jù)，如流量、溫度、壓力等。物料衡算將原料及產(chǎn)品規(guī)格換算成摩爾分率原料：甲醇含≥99.5wt%,水含量≤0.5wt%產(chǎn)品：DME≥99.95wt%,甲醇≤500ppm,水≤0.05ppm(質(zhì)量分?jǐn)?shù))即原料：甲醇≥99.12%，水≤0.88%產(chǎn)品：DME≥99.926%，甲醇≤0.072%，水≤（摩爾分?jǐn)?shù)）要求年產(chǎn)26萬噸二甲醚，則每小時(shí)應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品的量為：其反應(yīng)方程式為：2CH3OH→CH3OCH3+H2O設(shè)二甲醚的回收率為99.8%，則則反應(yīng)器應(yīng)生產(chǎn)二甲醚的量為：由反應(yīng)方程式知，反應(yīng)器應(yīng)加入甲醇的量為：甲醇原料進(jìn)料量：按化學(xué)計(jì)量關(guān)系計(jì)算反應(yīng)器出口氣體中各組分含量：計(jì)算結(jié)果列表如下，見表3.1。表3.1物料衡算組分二甲醚00706.4932540.93甲醇1766.2356590.00353.2511318.13水14.47260.75722.1713013.50合計(jì)1781.9156850.751781.9156872.56計(jì)算催化劑床層體積反應(yīng)器管子數(shù)反應(yīng)器管擬采用管徑為Ф27×2.5mm，故管內(nèi)徑d=0.022mm，管長(zhǎng)6m，催化劑充填高度L為5.7m，所以采用正三角形排列，實(shí)際管數(shù)取3450根。熱量衡算基準(zhǔn)溫度為25℃，設(shè)反應(yīng)器溫度為300℃，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》得二甲醚：，，甲醇：,,查《化工原理（上）》得，水則原料氣帶入熱量：反應(yīng)后氣體帶走熱量：反應(yīng)放出熱量：查《物理化學(xué)（上）》得，，則所以，該反應(yīng)的反應(yīng)熱為傳給換熱物質(zhì)的熱量：用飽和水蒸