【正文】 最后感謝兩年來幫助和教育過我的李老師、楊老師、李老師、趙老師……通過在學校的學習我受益匪淺，謹此一并表達我對你們教育之恩的感激之情。三年的風風雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。感恩之情難以用語言量度，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。是的，隨著論文的終結(jié)，意味著我生命中最純美的學生時代即將結(jié)束，盡管百般不舍，這一天終究會在熙熙攘攘的喧囂中決絕的來臨。值得一提的是，所有甲醇合成催化劑都放棄了鐵元素，因為它們都是生成甲烷的活性催化劑。一般控制原則：在催化劑使用初期活性較好，或者是合成塔的負荷較輕，操作壓力較低時，可將循環(huán)氣中的惰性氣體含量控制在 20%25%左右，反之控制在15%20%左右。CH4 或 N2 在合成反應(yīng)器內(nèi)不參與 CH3OH 的合成反應(yīng)，但會在合成系統(tǒng)中逐漸積累而增多。在 CH3OH 合成中，原料氣中的氫碳比略高于 2，而在合成塔中，H2 與 CO，CO2 使按化學計量比例生成甲醇的，所以 CH3OH 合成回路中循環(huán)氣體的 H2 含量高得多。 氫碳比的控制對甲醇合成的影響 CH3OH 由 CO、CO 2 與 H2 反應(yīng)生成，反應(yīng)式如下： CO+2H2=CH3OH某學院畢業(yè)（論文） 27 CO2+3H2=CH3OH+H2O 從反應(yīng)式可以看出，H2 與 CO 合成甲醇的物質(zhì)量比為 2：1，與 CO2 合成CH3OH 的物質(zhì)量比為 3，當 CO 與 CO2 都有時，對原料氣中氫碳比 (f)用以下表達方法表示： f=(H2CO2/CO+CO2)= 不同原料采用不同工藝所制得原料，其組成往往偏離上述 f 值。此時，合成塔空速常有循環(huán)機動力，合成系統(tǒng)阻力等因素決定。 壓力對 CH3OH 合成的影響壓力是 CH3OH 合成反應(yīng)過程的重要工藝參數(shù)之一，由于 CH3OH 合成反應(yīng)是分子數(shù)減小，因此增加壓力對平衡有利。銅基催化劑的活性溫度為 200290℃。對化學反應(yīng)來說，溫度會使分子運動加快，分子間的有效碰撞增多，從而增加了分子有效結(jié)合的機會，使甲醇合成反應(yīng)的速度加快，但是由于 CO 和 H2 生成 CH3OH 的反應(yīng)，和 CO2 和 H2 合成 CH3OH 的反應(yīng)，均為可逆放熱反應(yīng)。碳——化學時一個很大的領(lǐng)域，其產(chǎn)品包括由合成氣合成燃料、甲醇及系列產(chǎn)品，合成低碳醇、醋酸及系列產(chǎn)品，合成低碳烯烴、燃料添加劑等方面。③反應(yīng)器材料合成氣中合有氫和一氧化碳，氫氣在高溫高壓下會和鋼材發(fā)生脫碳反應(yīng)（即氫分子擴散到金屬內(nèi)部，和金屬材料中的碳發(fā)生反應(yīng)生成甲烷逸出的現(xiàn)象），會大大降低鋼材的性能。催化劑裝填于列管中，殼程走冷卻水（鍋爐給水）。 圖 34 冷激式反應(yīng)器溫度分布冷激式絕熱反應(yīng)器在反應(yīng)過程中流量不斷增大，各段反應(yīng)條件略有差異，氣體的組成和空速都不一樣。催化劑由惰性材料支撐，分成數(shù)段。（2）合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)甲醇合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式較多，根據(jù)反應(yīng)熱移出方式不同，可分為絕熱式和等溫式兩大類；按照冷卻方式不同，可分為直接冷卻的冷激式和間接冷卻的列管式兩大類。④盡量組織熱量交換，充分利用反應(yīng)余熱，降低能耗。（1）工藝對甲醇合成反應(yīng)器的要求①甲醇合成是放熱反應(yīng)，因此，合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證在反應(yīng)過程中及時將反應(yīng)放出的熱量移出，以保持反應(yīng)溫度盡量接近理想溫度分布。塔釜液進入甲醇精餾塔，頂來出產(chǎn)品甲醇，重組分乙醇、高級醇等雜醇油在塔的加料板下 6～14 塊板處側(cè)線氣相采出，水由塔釜分出，經(jīng)回收余熱后送廢水處理。一類是溶于其中的氣體和易揮發(fā)的輕組分，如氫氣、一氧化碳、二氧化碳、二甲醚、乙醛、丙酮、甲酸甲酯和羥基鐵等；另一類是難揮發(fā)的重組分，如乙醇、高級醇、水等。然后在甲醇分離器中將液態(tài)的甲醇與氣體分離，再經(jīng)閃蒸除去溶解的氣體，得到反應(yīng)產(chǎn)物粗甲醇送精制。由制氣、凈化、壓縮和合成、精制四大部分組成，此處主要討論壓縮、合成、精制部分。副反應(yīng)不僅消耗原料，而且影響甲醇的質(zhì)量和催化劑壽命。 23COH??當反應(yīng)物中有二氧化碳存在時，二氧化碳按下列反應(yīng)生成甲醇： 232O?某學院畢業(yè)（論文） 15 23COH??兩步反應(yīng)的總反應(yīng)式為： 232O?。低壓法成功的關(guān)鍵是采用了銅基催化劑，銅基催化劑比鋅鉻催化劑活性好得多，使甲醇合成反應(yīng)能在較低的壓力和溫度下進行。因此在70 年代出現(xiàn)了中壓法合成甲醇的工藝流程，操作壓力范圍 ，溫度為235315℃。 合成氣制甲醇以一氧化碳與氫氣為原料合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓三種方法。雖然儲存時甲醇在大氣中的濃度低于我國居民區(qū)大氣環(huán)境衛(wèi)生標準，即使泄漏也會很快被生物降解，在環(huán)境中滯留時間不長，但高比例燃料甲醇仍應(yīng)采用催化尾氣轉(zhuǎn)化器使未充分燃燒的甲醇、甲醛及可能生成的亞硝酸甲酯進行轉(zhuǎn)化，從而使這些物質(zhì)在大氣中的濃度得到有效控制。雖然在化工行業(yè)甲醇市場容量有限，但作為汽油添加劑或替代車用燃料，甲醇及其衍生物二甲醚將扮演重要角色，其需求量巨大，將成為甲醇需求新的增長點?？紤]到不具備競爭能力的小型甲醇裝置將逐步淘汰的發(fā)展趨勢，預(yù)計到 2022 年 ,國內(nèi)實際甲醇生產(chǎn)能力約為 9000千噸/ 年。國內(nèi)甲醇裝置開工率低的主要原因是我國聯(lián)醇裝置產(chǎn)能約占總產(chǎn)能的 50%左右,多數(shù)聯(lián)醇裝置規(guī)模小、產(chǎn)品成本高、缺乏競爭力,造成開工嚴重不足。在國內(nèi)產(chǎn)能不斷增加的情況下，國內(nèi)甲醇產(chǎn)量迅速增加，2022 年為 萬噸，2022年達到 萬噸，2022 年 1～5 月份 全國產(chǎn)量 萬噸。100千噸/ 年規(guī)模的有 9 套。甲醇是優(yōu)良的有機溶劑，還是制造甲醛等的原料。在通常條件下，純甲醇是無色、易流動的、易揮發(fā)的可燃液體，并帶有與乙醇相似的氣味即酒的味道。最后為了脫除輕質(zhì)油、用洗油對氣體進行逆流洗滌。焦油、油和冷凝液在此收集予以分離。化學法有醇胺法、熱鉀堿法等。經(jīng)水洗急冷凈化后的煤氣，固體顆粒及金屬離子等已經(jīng)基本清除干凈，但大部分氣體雜質(zhì)尚留在煤氣中。對于氣流床氣化等高溫氣化方法，粗煤氣中不含煤焦油等，經(jīng)廢熱鍋爐等回收熱量后，從氣化操作中夾帶出來的固體顆粒，如灰或未燃燒煤塵，可經(jīng)水急冷操作面被脫出。由于工程設(shè)計和操作經(jīng)驗的不完善，還沒有達到長周期、高負荷、穩(wěn)定運行的最佳狀態(tài)，存在的問題還較多，主要缺點：噴嘴壽命短、激冷環(huán)壽命僅一年、褐煤的制漿濃度約 59%～61%；煙煤的制漿濃度為 65%；因汽化煤漿中的水要耗去煤的 8%，比干煤粉為原料氧耗高 12%～20%，所以效率比較低。水煤漿氣化噴嘴經(jīng)常面臨噴口磨損問題，主要是由于水煤漿在較高線速下(約 30m/s)對金屬材質(zhì)的沖刷腐蝕。殼牌煤氣化工藝(SCGP) 應(yīng)用了一個多燒咀的水冷膜式壁氣化爐和一個經(jīng)特別設(shè)計的合成氣冷卻器（廢熱鍋爐）結(jié)構(gòu)，允許氣化爐在更高溫度下操作，并且承擔在合成氣冷卻器中承載固體的負荷，比其他 SHELL 煤氣化工藝（SGP）氣化爐/合成氣冷卻器（SGC）要大。現(xiàn)在，此工藝主要應(yīng)用于發(fā)電和化工原料生產(chǎn)。其它氣體成分如 CHCOH2S 、苯酚、煙和微量的氨、HCl、 HCN 以及在特殊工藝下基于原料和工況產(chǎn)生的甲酸鹽。然而，煤的等級通常影響產(chǎn)氣量和合成所氣的成分，如下表所示：煤種 O2/MAF 煤比率 H2O/O2比率 合成氣中CO2（%v） 合成氣 CO/H2比率石油焦 ~ ~ 1~ ~煙煤 ~ ~ 1~ ~褐煤 ~ 0 3~5 ~某學院畢業(yè)（論文） 9 第三章 煤氣化制甲醇 煤氣化制甲醇工藝流程括燃料的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳及甲醇合成與精制。（4）泥炭煤泥炭煤中含有大量的腐殖酸，揮發(fā)份產(chǎn)率近 70%左右。中國的煙煤主要分布在北方各省，華北地區(qū)的儲量 約占全國總儲量的 60%以上。其中的無煙煤和貧煤都屬于變質(zhì)程度非常高的煤種，加熱時不產(chǎn)生膠質(zhì)提。第二類，氣化時并產(chǎn)黏結(jié)生焦油，代表性原料又弱粘結(jié)或不粘結(jié)煙煤。某學院畢業(yè)（論文） 7 煤的地下氣化是一種有效利用煤炭的方法，可以從根本上消除煤炭開采的地下作業(yè)，將煤中可利用部分以潔凈方式輸出地面，殘渣和廢渣留于地下，對環(huán)境保護與開發(fā)有很重要意義。地面氣化現(xiàn)在被世界各國廣泛采用，該方法可利用煤炭氣化方法獲得氣化煤氣，生產(chǎn)工藝也很成熟。煤氣的有效成分為一氧化碳、氫氣、甲烷等，其可作為化工染料、城市煤氣和工業(yè)燃氣。羰基合成路線與乙炔法和乙烯法合成醋酸相比，成本低、設(shè)備投資少，目前已廣泛推廣和利用，有較好前景。國內(nèi)目前采用的煤炭氣化技術(shù)主要以常壓固定床煤氣化發(fā)生爐和水煤氣發(fā)生爐為多，開發(fā)引進了水煤氣兩段爐、魯奇加壓氣化爐和德士古水煤漿氣化技術(shù)。 煤炭氣化技術(shù)傳統(tǒng)的氣化技術(shù)是利用煉焦爐、發(fā)生爐和水煤氣爐氣化。新型煤化工生產(chǎn)采集用煤轉(zhuǎn)化高新技術(shù)，在能源梯級利用、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面對不同工藝優(yōu)化集成，提高了整體經(jīng)濟效益。（2）煤炭—能源—化工一體化。甲醇從今某學院畢業(yè)（論文） 4 年供需情況來看，除了作基本有機化工原料、精細化工原料外，還可以做替代燃料應(yīng)用，預(yù)計需求量將達 800~1000 萬噸／年，到 2020 年，甲醇需求預(yù)計達 5000 萬噸／年。焦化是應(yīng)用最早且至今仍然是最重要的方法，其主要目的是制取冶金用焦炭 ，同時副產(chǎn)煤氣 和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴。煤化工開始于 18 世紀后半葉， 19 世紀形成了完整的煤化工體系。將會成為未來資源的中堅力量。關(guān)鍵詞: 節(jié)能減排、 煤氣化 甲醇 設(shè)備 反應(yīng)器 某學院畢業(yè)（論文） 3 第一章 緒論煤化工是指以煤為原料，經(jīng)化學加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。隨著節(jié)能減排等一系列國家政策的提出，我國越注重對能源的合理、最大化利用。 隨著科學技術(shù)能力的提高，合成工藝日趨成熟和完善。主要包括煤的氣化、液化、干餾，油加工和電石乙炔化工、焦工業(yè)、煤炭氣化工業(yè)、煤制化學品工業(yè)以及其他煤加工制品工業(yè)等。新型煤化工產(chǎn)業(yè)必將成為 21 世紀的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組織部分。進入 20 世紀，許多以農(nóng)林產(chǎn)品為原料的有機化學品多改為以煤為原料生產(chǎn)，煤化工成為化學工業(yè)的重要組成部分。煤氣化在煤化工中也占有重要的地位，用于生產(chǎn)城市煤氣及各種燃料氣 ，也用于生產(chǎn)