【正文】 ................................. 17 物料衡算 ............................................................................................................................................. 19 第四章 結(jié)論 .................................................................................................................................................. 25 低壓法合成甲醇的影響因素 ..................................................................................................... 25 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 1 溫度對 CH3OH 合成的影響 .............................................................................................. 25 壓力對 CH3OH 合成的影響 ............................................................................................. 25 空速對甲醇合成的影響 ....................................................................................................... 26 氫碳比的控制對甲醇合成的影響 ............................................................... 26 惰性氣體含量對 CH3OH 合成的影響 ........................................................ 27 甲醇合成催化劑以及催化劑對甲醇合成的影響 ........................................ 27 第五章 結(jié)束語 ............................................................................................................................................. 29 致謝 ................................................................................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................................... 31 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 2 前言 中國作為一個(gè)煤資源比較豐富，但油資源較為貧乏的國家。 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，經(jīng)過化學(xué)加工對煤的綜合利用越來越社會發(fā)展的趨勢，將煤炭利用率和附加值、煤炭深加工等的增值可達(dá)到幾十甚至幾百倍，這給新型煤化工發(fā)展奠定了基礎(chǔ)和有力的發(fā)展空間。煤中 有機(jī)質(zhì) 的 化學(xué)結(jié)構(gòu) ，是以芳香族為主的稠環(huán)為單元核心，由 橋鍵 互相連接，并帶有各種 官能團(tuán) 的 大分子 結(jié)構(gòu)，通過 熱加工 和催化加工，可以使煤轉(zhuǎn)化為各種燃料和化工產(chǎn)品。如柴油、汽油、乙烯原料、甲醇、二甲醚等以及一些化工產(chǎn)品。國內(nèi)近年來加大了對煤炭氣化開發(fā)和利用，一些新合成工藝和新生產(chǎn)方法的應(yīng)用技術(shù)，使煤炭氣化得到迅速發(fā)展。主 要有EastmanKODA 路線，即煤 —— 合成氣 —— 甲醇 —— 醋酐 —— 醋酸纖維 —— 膠片和MonsantoBP路線，即合成氣 —— 甲醇 —— 醋酸。 (一 )地面氣化 將煤從煤從地下挖掘出來再經(jīng)過各種氣化技術(shù)獲得煤氣的方法稱為地面氣化。 根據(jù)氣化用煤的主要特征，將氣化煤大致分為以下四類： 第一類，氣化時(shí)不黏結(jié)也不產(chǎn)生焦油，代表性原料有無煙煤、焦煤、半焦和貧焦。煙煤屬于中等變質(zhì)程度的煤種。這些高溫保證所有品種和等級（包括石油焦和無煙煤）的煤的高轉(zhuǎn)化率。間接煤液化（氣化伴隨著合成氣接觸反應(yīng)的變換）是發(fā)展此工藝的最初原因。其中噴嘴為三通道，工藝氧走一、三通道，水煤漿走二通道，介于兩股氧射流之間。合理的流程安排，取決與粗煤氣的溫度以及可冷凝副產(chǎn)物在氣體中的含量。物理溶劑法很適合于從高壓氣流中脫出酸性氣體，該法的優(yōu)點(diǎn)是：溶液再生時(shí)耗熱極少或不耗熱，富液經(jīng)過減壓后可再生，同時(shí)溶液的酸性氣體閃蒸而出。在第二級，氣體被冷卻到 30～ 38℃，此處只收集油和水。甲醇具有毒性，內(nèi)服 10ml 兒有失明的危險(xiǎn)， 30ml 能致人死亡。 我國現(xiàn)有甲醇生產(chǎn)企業(yè) 200 多家，以煤炭為主要原料的生產(chǎn)廠家占到 70％，其他以天然氣、焦?fàn)t氣、渣油等為原料，總體來說，我國甲醇生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能普遍偏低，我國 2020 年產(chǎn)能 萬噸， 2020 年產(chǎn)能 600 萬噸， 2020 年產(chǎn)能 740 萬噸。屆時(shí)，我國甲醇生產(chǎn)能力將達(dá)到 10000 千噸 /年左右。但對高比例摻合的 M85 或M100 則因?qū)ζ吞娲葹?～ ，甲醇與汽油價(jià)格比將影響其經(jīng)濟(jì)性。如果采用低壓法搞這樣的大型工廠，由于處理氣量大，會出現(xiàn)設(shè)備龐大而一次性投資高的弊病，以 及帶來設(shè)備制作和運(yùn)輸?shù)睦щy。 低壓法合成甲醇的工藝 一氧化碳加氫可發(fā)生許多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。 圖 3－ 3 低壓法甲醇合成的工藝流程 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 16 1— 加熱器 2— 轉(zhuǎn)化器 3— 廢熱鍋爐 4— 加熱器 5— 脫硫器 1 1 2 24— 水冷器 7— 氣液分離器 8— 合成氣壓縮機(jī) 9— 循環(huán)氣壓縮機(jī) 10— 甲醇合成塔 1 15— 熱交換器 13— 甲醇 分離器 14— 粗甲醇中間槽 16— 脫輕組分塔 18— 分離器 1 22— 再沸器 20— 甲醇精餾塔 23— CO2吸收塔 這是目前各生產(chǎn)廠家普遏采用的工藝流程。 粗甲醇中除含甲醇外，還含有兩大類雜質(zhì)。 甲醇合成反應(yīng)器 甲醇合成反應(yīng)器是甲醇合成系統(tǒng)的最重要的設(shè)備，亦稱甲醇轉(zhuǎn)化器或甲醇合成塔。 ⑥便于操作控制和工藝參數(shù)調(diào)節(jié)。段中進(jìn)行的反應(yīng)為絕熱反應(yīng)，釋放的反應(yīng)熱使反應(yīng)氣體溫度 升高，但未超過反應(yīng)溫度高眼，于下一段間再與冷激氣混合降溫后進(jìn)入再下一段床層進(jìn)行反應(yīng)。 列管式等溫反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是溫度易于控制，單程轉(zhuǎn)化率較高，循環(huán)氣量小，能量利用較經(jīng)濟(jì)，反應(yīng)器生產(chǎn)能力大，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。 低壓法合成甲醇的影響因素 溫度對 CH3OH 合成的影響 在甲 醇合成過程中，溫度對反應(yīng)混和物的平衡和速率都有很大的影響。 另外，甲醇合成反應(yīng)溫度越高，則副反應(yīng)越多，生成的粗 CH3OH 中的有機(jī)雜質(zhì)組分的含量增多，給后期 CH3OH 的精餾加工帶來困難。另外，空速增大到一定程度之后，催化劑溫度將不能維持，在甲醇合成生產(chǎn)中，空速一般控制在 1000030000h1 之間。 惰性氣體含量對 CH3OH 合成的影響 甲醇原料氣的主要組分是： CO、 CO H2，其中含少量 CH4，或 N2 及其它氣體組分。但是純氧化鋅或氧化銅的催化劑的活性相當(dāng)?shù)停?某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 28 只有和其它金屬氧化物共同構(gòu)成某些多組分催化劑，則具有較高活性和較長的壽命。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。在此向張 老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。三年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)際工作中去?？刂蒲h(huán)氣中惰性氣體含量的主要方法是排放粗甲醇分離器后的氣體。 例如：在 Lurgi(魯奇 )合成流程中，甲醇合成塔入氣口 CO 占 %， CO2 %，H2 %；在 JopsΦ e(托普索 )合成流程中，合成循環(huán)氣中含 CO5%， CO2 5%， H2 90%。 如果采用較低的空速，反應(yīng)過程中氣體混和物的組成與平衡組成較接近，催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度較低，但是單位 CH3OH 產(chǎn)品所需循環(huán)氣量較小，氣體循環(huán)的動力消耗較低，預(yù)熱未反應(yīng)氣體到催化劑進(jìn)口溫度所需換熱面積較小，并且由于氣體 中反應(yīng)產(chǎn)物的濃度降低，增大了分離反應(yīng)產(chǎn)物的費(fèi)用。對每種催化劑在活性 溫度范圍內(nèi)都有適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟葏^(qū)間，如 ZnCr 催化劑的 370380℃左右，銅基催化劑為 250270℃左右。碳 —— 化學(xué)是在20 世紀(jì) 70 年代兩次石油危機(jī)中得到迅速發(fā)展的其目的在于尋求化工原料“多樣化”和能源資源“非石油化”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。反應(yīng)熱由管外鍋爐給水帶走，同時(shí)產(chǎn)生高壓蒸汽。反應(yīng)氣體由上部進(jìn)入反應(yīng)器，冷激氣在段間經(jīng)噴嘴噴入，噴嘴分布于反應(yīng)器的整個(gè)截面上，以便冷激氣與反應(yīng)氣混合均勻。 ⑤合成反應(yīng)器應(yīng)能防止氫、一氧化碳、甲醇、有機(jī)酸及羰基物在高溫下對設(shè)備的腐蝕 ,要求出塔氣體溫度不得超過 160℃。甲醇精餾塔力 60～ 70 塊塔板。甲醇分離器分出的氣體含大量的氫和一氧化碳，返回循環(huán)氣壓縮機(jī)循環(huán)使用。特別是生成甲烷的反應(yīng)為一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，不利于反應(yīng)溫度的操作控制，而且生成的甲烷不能隨產(chǎn)品冷凝，甲烷在循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，更不利于主反應(yīng)的化學(xué)平衡和反應(yīng)速率。銅基催化劑的選擇性比鋅 鉻催化劑好，因此，消耗在副反應(yīng)中的原料氣和粗甲醇中的雜質(zhì)都比較少。 （ 1）高壓法 即用一氧化碳與氫在高溫（ 340420℃）高壓（ ）下用鋅－鉻氧化物作催化劑合成甲醇。 目前燃料甲醇與甲醇汽車經(jīng) 20 年的探索與試用，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，推廣阻力來自缺少政策扶持和目前高價(jià)位兩方面。 目前因甲醇利潤高，投資者對大型甲醇項(xiàng)目十分關(guān)注，特別是煤產(chǎn)地和天然氣產(chǎn)地 ,在積極研究建設(shè)大型甲醇項(xiàng)目的可能，有的已經(jīng)開工建設(shè)。 40～ 100 千噸 /年 (不含 100 千噸 /年 )規(guī)模的有 22 套。甲醇的電導(dǎo)率，主要決定于它含有的能電離的雜質(zhì)，如胺、酸、硫化物和金屬等，工業(yè)生產(chǎn)的精甲醇都含有一定量的有機(jī)雜質(zhì)。重質(zhì)焦油（大部分顆粒物質(zhì)積聚在此焦油內(nèi)）返回到氣化爐。這些氣體雜質(zhì)的清除往往需要在較低的溫度下進(jìn)行。 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 11 圖 32 德士古氣化爐示意圖 合成氣的凈化 煤氣的凈化包括固體顆