【正文】 不需改變發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，可直接使用。 2020 年，我國(guó)甲醇進(jìn)口總量中，江蘇省進(jìn)口比例占%，廣東省所占比例為 %，福建省比例為 %，浙江省比例為 %。進(jìn)入 2020 年在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)大好、甲醇需求增長(zhǎng)以及國(guó)內(nèi)外甲醇市場(chǎng)價(jià)格暴漲的影響， 2020 年 110月國(guó)內(nèi)甲醇的表觀消費(fèi)量達(dá)到了 萬噸，同比 2020 年 110 月增長(zhǎng)了 %。 圖 西德某產(chǎn)高壓合成甲醇工藝流程 （ 2）中壓法 (～ )隨著甲醇工業(yè)規(guī)模的大型化， (目前已有日產(chǎn) 2020t的裝置甚至更大單系列裝置 )，如采用低壓法，勢(shì)必導(dǎo)致工藝管道和設(shè)備較大，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?？傊蛪悍ū雀邏悍ㄓ酗@著的優(yōu)越性。由于高壓設(shè)備尺寸的限制， 20 世紀(jì)50 年代以前，甲醇合成塔的單塔生產(chǎn)能力一般不超過 100200t/d， 20 世紀(jì) 60 年代不超過 200300t/d，但近幾十年來單系列大型甲醇合成塔不斷被開發(fā)，并在工業(yè)生產(chǎn)中使用。用不同的方法生產(chǎn)的粗甲醇組成見表 ： 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 表 不同生產(chǎn)方法粗甲醇組成 粗甲醇中雜質(zhì)的分類 粗甲醇中所含有的雜質(zhì)種類很多，根據(jù)其性質(zhì)可以歸納為一下幾類： 有機(jī)雜質(zhì)包含了醇、酮、醛、醚、酸、烷烴等有機(jī)物，根據(jù)其沸點(diǎn)的不同。如微量鐵在反應(yīng)中生成的羰基鐵 [Fe(CO)5]混在粗 甲醇中與甲醇共沸，很難處理掉，影響精甲醇的質(zhì)量。塔頂經(jīng)部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量雜質(zhì)留在液相作為回流返回塔，二甲醚等輕組分 (初餾分 )及少量的甲醇、水由塔頂逸出，塔底含水甲醇則由泵送至主精餾塔。冷凝后的精甲醇進(jìn)入回流罐，一部分作為加壓塔回流，一部分作為精甲醇產(chǎn)品出裝置；加壓塔塔底的甲醇、高沸組分、水等進(jìn)入常壓塔，常壓塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品，在進(jìn)料板下方設(shè)置側(cè)線抽出，抽出物主要為甲醇、水和高 沸點(diǎn)組分，進(jìn)入甲回收塔再回收甲醇，塔底廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)處理；回收塔設(shè)有側(cè)線抽出，主要抽出物為高沸點(diǎn)醇類，以保證回收塔塔頂精甲醇質(zhì)量和塔底廢水中總醇含量要求，塔底廢水送生化處理。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)來說，溫度升高有利于甲醇合成反應(yīng)速率的加快。而且甲醇的平衡濃度也不是隨壓力而成線性增加，當(dāng)壓力增至某一定數(shù)值時(shí)，平衡常數(shù)將趨于穩(wěn)定。此外原料氣之中含有一定量的 CO2，可以減少反應(yīng)熱量的放出，利于床層溫度的控制，同時(shí)還抑制二甲醚的生成。煤中的水分是指煤所含有的游離水（開采、運(yùn)輸、堆放過程所沾上的水）、吸附水（凝膠水、表面吸附水、毛細(xì)孔吸附水和礦物質(zhì)結(jié)晶水）和化合水，它關(guān)系到煤的熱值和實(shí)用價(jià)值。故原料其中硫含量越低越好。對(duì)煤的灰熔點(diǎn)的適用范圍北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 比其他氣化工藝更寬，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔點(diǎn)的煤種也能使用。 (8)氣化成本低，投資少。氣化爐冷激室里的渣粒固化成玻璃狀，通過鎖斗系統(tǒng)排出。 來自脫硫系統(tǒng)的發(fā)電煤氣，溫度 80℃，壓力 ，進(jìn)入發(fā)電氣加熱器（ E2020），溫度升至 230℃，然后去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電用。除去 H2S 的煤氣稱之為燃?xì)饷摿驓?，與進(jìn)塔的煤氣在氣體換熱器 E3001A,B 換熱，溫度由 ℃升至 30℃，為滿足燃?xì)獍l(fā)電對(duì)硫含量的要求，燃?xì)饷摿驓馐紫冗M(jìn)入預(yù)脫硫槽北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 R3001 脫除 H2S 氣體，然后在精脫硫槽預(yù)熱器 E3008 中被變換氣加 熱到 80℃，進(jìn)入精脫硫槽 R3002A,B，精脫硫槽上部裝水解催化劑，下部裝精脫硫劑，精脫硫后的氣體（ H2S+COS20ppm）返回到燃?xì)鉄峄厥障到y(tǒng)。 出再生塔（ T3003）填料段的再生氣經(jīng)塔上部的旋流板，用塔頂回流的 40℃的冷凝液洗滌冷卻到 106℃左右進(jìn)入酸性氣水冷器（ E3006）冷卻到 40℃，經(jīng)酸性氣分離器（ V3005）分離掉酸性氣中夾帶水分，使酸性氣中含 H2S25%，進(jìn)入硫回收工段。合成塔出塔氣溫度約為 255 ℃，含甲醇 %，經(jīng)過水冷卻器換熱冷卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。考慮到粗甲醇精制過程中有一定的損耗，為保證設(shè)計(jì)的生產(chǎn)任務(wù)，合成工段的物料衡算以粗甲醇最終重量 55 萬噸計(jì)算。 塔頂分出甲醚及少量的甲醇，大部分甲醇有塔釜出來進(jìn)入加壓精餾塔進(jìn)行甲醇的分離，塔頂采出接近一半的精甲醇產(chǎn)品，其余甲醇和剩余的雜質(zhì)產(chǎn)物有塔釜出來進(jìn)入常壓精餾塔，塔頂分離出精甲醇，水、異丁醇這些雜質(zhì)產(chǎn)物由塔釜排出進(jìn)入廢水處理工段進(jìn)行處理。 吸收了少量 CO H2S 和 COS 的 NHD 貧液從脫碳塔（ T4001）上塔底部出來后返回到 NHD 脫硫工段。從濃縮塔底出來底 NHD富液由脫硫水力透平（ HT3001）回收能量后進(jìn)入脫硫高壓閃蒸槽（ V3004），閃蒸壓力為 (A)，出口閃蒸氣去脫碳閃壓機(jī)。聚乙二醇二甲醚溶劑的分子式為 CH3O(C2H40)nCH3。 由氣化工段送來的 (A)， 216℃左右，汽氣比為 的水煤氣經(jīng)煤氣水分離器（ V2020）和中溫?fù)Q熱器（ E2020）溫度升高至 240℃進(jìn)入預(yù)變換爐（ R2020）后分成兩部分：一部分進(jìn)入變換爐（ R2020），變換爐內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，二段間配有煤氣激冷管線，出變換爐變換氣的 CO含量約 %（干），溫度為 393℃左右進(jìn)入中溫?fù)Q熱器（ E2020），溫度降為 332℃，與旁路調(diào)節(jié)的水解氣混合進(jìn)入變換 氣第一廢熱鍋爐（ E2020），生產(chǎn) (A)飽和蒸汽，使變換氣溫度降至為 208℃進(jìn)入變換氣第二廢熱鍋爐（ E2020），產(chǎn)生 (A)低壓蒸汽，出口變換氣溫度約為 197℃左右，進(jìn)入第一水分離器（ V2020），分離出的冷凝液去冷凝液閃蒸槽（ V2020），變換氣去脫硫再沸器及氨吸收制冷再沸器。氣化原料與氣化劑（氧氣和蒸汽）經(jīng)燒嘴同時(shí)噴入氣化爐（ R1001）內(nèi)的反應(yīng)室，然后在高溫 (1 4001 600℃ )、高壓（ 4. 0 MPa)下發(fā)生快速氣化反應(yīng)，產(chǎn)生以 CO 和 H2為主要成分的熱粗煤氣。水冷壁使用壽命長(zhǎng)，正常使用時(shí)維護(hù)量很少，運(yùn)行周期長(zhǎng)。 GSP工藝技術(shù)是 20世紀(jì) 70年代末由 GDR(原民主德國(guó) )開發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的大中型煤氣化技術(shù)。揮發(fā)分與煤的變質(zhì)過程有關(guān)，揮發(fā)分高，制得的煤氣的甲烷等碳?xì)浠衔锏暮扛摺? 因此，在甲醇合成生產(chǎn)中，空速控制在 10000~30000h之間。氫氣和一氧化碳合成甲醇的物質(zhì)的量之比為 2，與二氧化碳反應(yīng)的物質(zhì)的量的比為 3，當(dāng) CO 與 CO2都存在時(shí)，對(duì)原料氣，即合成工序的新鮮原料氣中氫碳比的要求為 []： =~。本次設(shè)計(jì)采用銅基催化劑，活性溫度為 240270℃，所以整個(gè)催化劑層的溫度北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 應(yīng)控制在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，若溫度過高，副反應(yīng)產(chǎn)物的含量會(huì)增多。從 50 年代開始，很多國(guó)家著手進(jìn)行低溫甲醇催化劑的研究工作。同樣，常壓塔塔頂出的精甲醇一部分作為回流，一部分與加壓塔產(chǎn)品混合進(jìn)入甲醇產(chǎn)品儲(chǔ)槽。 （ 1）單塔流程描述 單塔流程為粗甲 醇產(chǎn)品經(jīng)過一個(gè)塔就可以采出產(chǎn)品。但水與其中的許多有機(jī)雜質(zhì)混溶，或形成水 甲醇 有機(jī)物的多元恒沸物，是徹底分離水分變得困難，同時(shí)難免與有機(jī)雜質(zhì)甚至甲醇一起排除，甚至造成精制過程中甲 醇的流失。粗甲醇精制為精甲醇，主要采用精餾的方法，并根據(jù)粗甲醇的組成，在精制過程中，還可以采用化學(xué)凈化與吸附等方法，其整個(gè)精制過程工業(yè)上習(xí)慣稱為粗甲醇的精餾。壓縮機(jī)五段出口氣體先進(jìn)入甲醇合成塔，使大部分原先要在銅洗工段除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔中與氫氣反應(yīng)生成甲醇，聯(lián)產(chǎn)甲醇后進(jìn)入北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 銅洗工段的一氧化碳含量明顯降低，減輕了銅洗工段的負(fù)荷；同時(shí)變化工序的一氧化碳的指標(biāo)課相對(duì)放寬。低壓法基于高活性的銅系催化劑。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。 2020 年中國(guó)超美國(guó)首次成為全球最大的甲醇消費(fèi)國(guó)，同一年中國(guó)超過特立尼達(dá)和多巴哥成為全球最大的醇生產(chǎn)國(guó)。 我國(guó)甲醇消費(fèi)結(jié)構(gòu)與國(guó)外類似，最大消費(fèi)領(lǐng)域是甲醛生產(chǎn)，消費(fèi)比例約為 40%；其次是 MTBE 和醋酸，所占比例分別為 6%和 7%。 國(guó)內(nèi)甲醇的生產(chǎn)和供需概況 甲醇既是重要的化工原料，也是價(jià)廉物美的清潔燃料。如今已大量推廣使用甲醇汽油的有德國(guó)，其加甲醇 3%~5%；瑞典，其加甲醇 15%，而大多數(shù)國(guó)家計(jì)劃加甲醇 15%，并正在進(jìn)一步的推廣或成批使用中。 1996 年，日本本田技研工業(yè)株式會(huì)社，試用汽油、甲醇自由混合雙燃料車，已完成確保與汽油大致相同耐久、可靠的靈活燃料車，得出的結(jié)論是，成本降低，有利于批量生產(chǎn)?！?Pruteen”產(chǎn)品中含有 72％的粗蛋白，蛋氨酸和賴氨酸含量與魚粉非常相近，作為富含熱量、維北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 生素、礦物質(zhì)及高蛋白的飼料在市場(chǎng)上銷售 [4， 5， 6]。隨著技術(shù)的不斷完善以及新工藝 的不斷革新，合成甲醇的原料也逐漸拓寬。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件，生產(chǎn)甲醇可以采用單產(chǎn)甲醇（分高壓法、低壓和中壓）或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法 [2]）。 通過查閱資料及分析，采用德國(guó) Lurgi 公司開發(fā)的低壓合成法，以煤作為原料，進(jìn)行年產(chǎn) 50 萬噸的甲醇生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)，包括原料氣的制備、合成工藝設(shè)計(jì)以及粗產(chǎn)品的精制工藝設(shè)計(jì)。同時(shí)，參考相關(guān)的資料和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)合成工段和精餾工段的設(shè)備和管道進(jìn)行了合理布局，并編制了設(shè)備一覽表，物料流程圖，工藝管道及儀表流程圖，設(shè)備平面布置圖。 合成甲醇的發(fā)展歷程 甲醇作為多種有機(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) ,生產(chǎn)規(guī)模日益增大，消費(fèi)范圍也不斷擴(kuò)大。根據(jù)原料的不同，合成甲醇的方法有多種，早期的木材或木質(zhì)素干餾法制甲醇的方法，今天在工業(yè)上已經(jīng)被淘汰。為了解決石油資源不足的問題，許多國(guó)家正研究充分利用煤和天然氣資源，發(fā)展合成甲醇工業(yè)，以甲醇代替燃料或進(jìn)一步合成汽油，也可以從甲醇出發(fā)合成乙醇，然后進(jìn)行乙醇脫水生產(chǎn)乙烯，以替代石油生產(chǎn)乙烯的原料路線，或從甲醇直接制 取乙烯、丙烯等低級(jí)烯烴 [7， 8， 9]。 在歐洲，瑞典 1975 年首先提出甲醇可以成為汽車代用燃料，并隨即成立國(guó) 家級(jí)的瑞典甲醇開發(fā)公司 (SMAB)。我國(guó)國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)化工企業(yè)尚處于國(guó)外同行發(fā)展的第一和第二階段的早期階段。在汽油中摻燒 3％ 5％的甲醇，能提高汽油的辛烷值，可直接充當(dāng)汽油使用；摻燒 10％ 20％的甲醇，加上助溶劑復(fù)配，能夠與成品汽油混用；在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造之后，可高比例摻燒甲醇燃料和全甲醇燃料。近年來甲醇燃料方面的消費(fèi)量發(fā)展較快，盡管國(guó)家尚未出臺(tái)相 關(guān)政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，但甲醇燃料消費(fèi)已經(jīng)成為驅(qū)動(dòng)甲醇需求的主要?jiǎng)恿χ弧? 中國(guó)甲醇表觀消費(fèi)量仍保持較高水平的增長(zhǎng)率，新興下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展居功至偉，僅二甲醚對(duì)甲醇的需求增量就接近 100萬噸。 (1)高壓法 (— )是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度360～ 400℃，壓力 l — 。銅系催化劑的活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低 (240～ 270℃ )，因此，在較低的壓力下可獲得較高的甲醇收率。降低了變換的蒸汽消耗，而且壓縮機(jī)的前幾段氣缸輸送的一氧化碳成為有效氣體，使壓縮機(jī)的電耗降低。 粗甲醇的組成 甲醇合成的生成物與合成反應(yīng)條件有密切關(guān)系，雖然參加甲醇合成反應(yīng)的元虛只有 C、 H、 O 三種，但是由于甲醇合成反應(yīng)收合成條件，如溫度、壓力、空間速度、催化劑反應(yīng)氣組成及催化劑中微量雜質(zhì)的影響，在產(chǎn)生甲醇反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列副反應(yīng)。 在有機(jī)雜質(zhì)中，有些雜質(zhì)由于碳碳雙鍵和碳氧雙鍵的存在，很容易被氧化，如果帶入精甲醇中，則會(huì)影響其穩(wěn)定性，從而降低了精甲醇的質(zhì)量和使用價(jià)值。粗甲醇塔中部加料口送入，輕組分由塔頂排出，高沸點(diǎn)的重組分在進(jìn)料板以下若塔板處引出，水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇在塔頂以下若干塊塔板引出。三塔流程的主要特點(diǎn)是，加壓塔塔頂冷凝潛熱用作常壓塔塔釜再沸器的熱源，這樣既節(jié)省加熱蒸汽，還節(jié)省冷卻水，達(dá)到節(jié)能的目的 [12]。 1966年以后，英國(guó) ICI 公司和德國(guó) Lurgi 公司先后提出了使用銅基催化劑，操作壓力為5MPa， 1966 年末 ICI 公司在英國(guó) Bellingham 工廠的低壓 (5MPa)甲醇合成裝置正式投入工業(yè)生產(chǎn)，使低壓法最先問世。 反應(yīng)壓力 壓力是甲醇合成反應(yīng)過程的重要工藝條件。 不同原料采用不同工藝所制的原料氣組成往往偏離 f值。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 3 原料氣的制取工藝 煤的選用 煤是由古代植物轉(zhuǎn)變而來的大分子有機(jī)化合物。 （ 3）硫分。與其他同類氣化技術(shù)相比，該技術(shù)因采用了氣化爐頂干粉加料與反應(yīng)室周圍水冷壁結(jié)構(gòu)，因而在氣化爐結(jié)構(gòu)以及工藝流程上有其先進(jìn)之 處。 (5)只有一個(gè)聯(lián)合噴嘴 (開工噴嘴與生產(chǎn)噴嘴合二為一 )，噴嘴使用壽命長(zhǎng)，為氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了可靠保障。氣化原料中的礦物部分形成熔渣。自氨吸收制冷系統(tǒng)返回的變換氣，溫度 145℃，進(jìn)入鍋爐給水加熱器（ E2020）后溫度降至 142℃，再進(jìn)入第二水分離器（ V2020），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（ T2020），分離后的變換氣進(jìn)入脫鹽水加熱器Ⅰ（ E2020），加熱來自脫鹽水站的脫鹽水，溫度降至 35℃，進(jìn)入第三水分