化工專業(yè)煤氣化制甲醇設計說明

1、*學院學院畢業(yè)設計（論文）畢業(yè)設計（論文）( (冶金化工系冶金化工系) )題目題目煤氣化制甲醇煤氣化制甲醇( (年產(chǎn)年產(chǎn) 8 8 萬噸萬噸) )的研究的研究專業(yè)專業(yè)應用化工技術(shù)應用化工技術(shù)班級班級化工化工*班班姓名姓名*學號學號*指導教師指導教師*完成日期完成日期*目錄目錄前言前言- - 2 2 - -第一章第一章 緒論緒論- - 3 3 - -1.1 煤炭氣化的發(fā)展- 3 -1.2 新型煤化工容簡介- 4 -1.3 煤炭氣化在新型煤化工中的應用- 4 -1.3.1 煤炭氣化技術(shù)- 4 -1.3.2 煤制含氧化合物- 4 -第二章煤炭氣化原理第二章煤炭氣化原理- - 6 6 - -2.1 煤炭

2、氣化技術(shù)- 6 -2.2 原料煤對氣化性能的影響- 7 -2.3 氣化用煤種的主要特性- 7 -2.4 煤的反應性能- 8 -第三章煤氣化制甲醇第三章煤氣化制甲醇- - 9 9 - -3.1 煤氣化制甲醇工藝流程- 9 -3.2 合成氣制備- 9 -3.2.1 合成氣工藝- 9 -3.2.2 反應設備氣化爐- 10 -3.2.3 合成氣的凈化- 11 -3.3 甲醇的制備- 12 -3.3.1 甲醇的性質(zhì)- 12 -3.3.2 甲醇市場現(xiàn)狀與展望- 12 -3.3.3 合成氣制甲醇- 14 -3.3.4 低壓法合成甲醇的工藝- 14 -3.3.5 甲醇合成反應器- 17 -3.4 物料衡算-

3、19 -第四章結(jié)論第四章結(jié)論- - 2525 - -4.1 低壓法合成甲醇的影響因素- 25 - 1 - / 324.1.1 溫度對 CH3OH 合成的影響- 25 -4.1.2 壓力對 CH3OH 合成的影響- 25 -4.1.3 空速對甲醇合成的影響- 26 -4.1.4 氫碳比的控制對甲醇合成的影響- 26 -4.1.5 惰性氣體含量對 CH3OH 合成的影響- 27 -4.1.6 甲醇合成催化劑以與催化劑對甲醇合成的影響- 27 -第五章結(jié)束語第五章結(jié)束語- 29 -致致- 30 -參考文獻參考文獻- - 31 -前言前言- 2 - / 32中國作為一個煤資源比較豐富，但油資源較為貧乏

4、的國家。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。我們也看到了許多方面的技術(shù)先進性，所以提出了在煤氣化制甲醇的一些工藝流程。該畢業(yè)設計主要從煤氣化的基本原理，以與工藝流程、工藝原理，煤氣化的設備、方法 ，合成氣制甲醇的原理、工藝流程，合成甲醇的技術(shù)與影響因素等方面闡述了我的意見和想法；能夠做到自己認為比較重要的方面。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :節(jié)能減排、煤氣化 甲醇 設備 反應器 第一章第一章 緒論緒論- 3 - / 32煤化工是指以煤為原料，經(jīng)化學加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以與化學品的過程。主要包括煤的氣化、液化、

5、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)以與其他煤加工制品工業(yè)等。煤的綜合利用包括將煤本身作為一次能源，用煤制造二次能源和化工原料環(huán)保節(jié)能幾個方面。隨著經(jīng)濟發(fā)展，經(jīng)過化學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。將會成為未來資源的中堅力量。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。大型先進的煤炭氣化技術(shù)與氣化產(chǎn)品的進一步合作利用，也將成為今后的發(fā)展的主要方向。1.11.1 煤炭氣化的發(fā)展煤炭氣化的發(fā)展煤的氣化是煤或煤焦在高溫下發(fā)生化學反應將煤或

6、煤焦中有機物轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^程。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。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。第二次世界大戰(zhàn)以后，石油化工發(fā)展迅速，很多化學品的生產(chǎn)又從以煤為原料轉(zhuǎn)移到以石油、天然氣為原料，從而削弱了煤化工在化學工業(yè)中的地位。煤中有機質(zhì)的化學結(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。焦化是應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。

7、煤氣化在煤化工中也占有重要的地位，用于生產(chǎn)城市煤氣與各種燃料氣，也用于生產(chǎn)合成氣。 煤氣主要作為城市煤氣與合成氨原料的生產(chǎn)等，20 世紀 70 年代成功開發(fā)由合成氣制甲醇技術(shù)，由于甲醇的廣泛用途，使煤炭氣化工業(yè)又重新引起人們重視。 現(xiàn)在，隨著氣化生產(chǎn)技術(shù)的進一步發(fā)展，以生產(chǎn)含氧燃料為主的煤炭氣化合成甲醇、二甲醚，有廣闊的市場前景。甲醇從今年供需情況來看，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用，預計需求量將達 8001000 萬噸年，到2020 年，甲醇需求預計達 5000 萬噸年。- 4 - / 32 1.21.2 新型煤化工容簡介新型煤化工容簡介新型煤化工的主要特點如下

8、：（1）清潔能源是新型煤化工的主要產(chǎn)品。新型煤化工生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品。如柴油、汽油、乙烯原料、甲醇、二甲醚等以與一些化工產(chǎn)品。（2）煤炭能源化工一體化。依靠煤炭資源，形成煤炭能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。如煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。（3）高新技術(shù)與優(yōu)化集成。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。（4）使環(huán)境污染得到有效治理，發(fā)揮人力資源是新型煤化工的一個主要發(fā)展方向。1.31.3 煤炭氣化在新型煤化工中的應用煤炭氣化在新型煤化工中的應用煤炭氣化是發(fā)展新型煤化工的重要單元技術(shù)。國近年來加大了對煤炭氣化開發(fā)和利

9、用，一些新合成工藝和新生產(chǎn)方法的應用技術(shù)，使煤炭氣化得到迅速發(fā)展。1.3.11.3.1 煤炭氣化技術(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。進入 20 世紀以后針對不同煤種和氣體用途發(fā)展了幾百種氣化方法，其中以魯奇碎枚加壓氣化爐常壓 K-T爐、濕克勒氣化爐等應用最廣。20 世紀 70 年代以來圍繞提高燃煤電廠熱效率、減少對環(huán)境的污染技術(shù)問題，促使了新一代氣化工藝誕生。美國 45 個潔凈煤技術(shù)示項目中有 7 個煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目，配套有 6 中煤炭氣化技術(shù)，他們是德士古水煤漿氣化技術(shù)，CE 兩段式氣化床氣化技術(shù)、Destec 兩段加壓氣化床氣化技術(shù)、KRW 氣化技術(shù)、

10、U-Gas 氣化技術(shù)與 BG/L 固定床熔渣氣化技術(shù)等。國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)。今天的發(fā)展趨勢是效率較高、煤氣成分較好的干粉煤炭氣化技術(shù)。 1.3.21.3.2 煤制含氧化合物煤制含氧化合物煤制甲醇發(fā)展甲醇化學是煤制含氧化合物的主要途徑，稱羰基合成法。主要有Eastman-KODA 路線，即煤合成氣甲醇醋酐醋酸纖維膠片和- 5 - / 32Monsanto-BP 路線，即合成氣甲醇醋酸。羰基合成路線與乙炔法和乙烯法合成醋酸相比，成本低、設備投資少，目前已廣泛推廣和利用，有較好前景。第二

11、章第二章 煤炭氣化原理煤炭氣化原理- 6 - / 32煤的氣化過程是一個熱化學過程，是煤或焦煤與氣化劑（空氣、氧氣、水蒸氣、氧等）在高溫下發(fā)生化學反應將煤或焦煤中有機物轉(zhuǎn)化為煤氣的過程，該過程是在高溫、高壓下進行的一個復雜的多項無力級物理化學過程，通過煤炭氣化工藝可以利用煤中所含的幾乎全部有機物，是獲得基本有機化學工業(yè)原料的重要途徑。煤氣是指氣化劑通過炙熱固體燃料層時，所含游離氧或結(jié)合氧將燃料中的碳轉(zhuǎn)化成的可燃性氣體。汽化過程中產(chǎn)生的混合氣體組成，隨氣化時所用的煤或煤焦的性質(zhì)、氣化劑的類別、氣化過程中條件以與煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)不同，因此，在生產(chǎn)工業(yè)用煤氣時，必須根據(jù)煤氣所需的組成來選擇煤氣的類別

12、和氣化條件，才能滿足生產(chǎn)的需要。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。 2.12.1 煤炭氣化技術(shù)煤炭氣化技術(shù)氣化技術(shù)發(fā)展已有 150 年的歷史，許多技術(shù)已經(jīng)相當成熟并廣泛應用于生產(chǎn)實際，根據(jù)技術(shù)大類可分為地面氣化和地下氣化。以傳熱方式可分為外熱式、熱式、等。 (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。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。(二)地下氣化煤炭地下氣化是將未開采的煤炭有控制的燃燒，通過對煤的熱化學作用上產(chǎn)煤氣的一種氣化方法。一般可用于煤層薄、深部煤層

13、、急傾斜煤層等。這一方法有效地提高了煤炭資源的利用率，將井建采煤、轉(zhuǎn)化工藝集為一體，減少了煤炭生產(chǎn)過程中的危害和對環(huán)境造成的破壞。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。圖見下頁 - 7 - / 32圖 2-1 地下氣化示意圖1，2、鉆孔 3、水平通道 4、氣化盤區(qū) 5、火焰工作面 6、崩落的巖石、燃燒區(qū) 、還原區(qū) 、干餾區(qū) 、干燥區(qū)2.22.2 原料煤對氣化性能的影響原料煤對氣化性能的影響氣化用煤的種類對氣體過程有很大的影響，煤種不僅影響氣化產(chǎn)品而且關(guān)系到氣化的生產(chǎn)操作條件

14、。所以，在選氣化用原料種類時，必須結(jié)合氣體方法和氣化爐的結(jié)構(gòu)進行考慮，也要充分；利用資源，合理選用資源。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。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。第三類，氣化時不但產(chǎn)黏結(jié)生焦油，代表性原料又褐煤。第四類，以泥炭為代表性原料，氣化時不，能黏結(jié)產(chǎn)生大量的甲烷。2.32.3 氣化用煤種的主要特性氣化用煤種的主要特性（1）無煙煤 、焦炭、半焦和貧煤這類原料氣化時不黏結(jié)，不會產(chǎn)生焦油，所生產(chǎn)的煤氣中含有少量的甲烷，不飽和碳氫化合物極少，但煤氣熱值較低。其中的無煙煤

15、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。無煙煤在中國的儲量約占總儲量的 18%。（2）煙煤這種煤炭氣化時黏結(jié)，并產(chǎn)生焦油，煤氣中的不飽和烴、碳氧化合物較多，煤氣的凈化系統(tǒng)復雜，煤氣的熱值較高。煙煤屬于中等變質(zhì)程度的煤種。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。（3）褐煤氣化時不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油。褐煤是變質(zhì)程度較低的煤，加熱時不產(chǎn)生膠質(zhì)體，含有較高的在水分和數(shù)量不等的腐殖酸，揮發(fā)份高，加熱時不軟化，不熔融。中國褐煤的儲量約占總儲量的 10%。（4）泥炭煤- 8 - / 32泥炭煤中含有大量的腐殖酸，揮發(fā)份產(chǎn)率近 70%左右。氣化時不黏結(jié)，但產(chǎn)生焦油和

16、脂肪酸，所生產(chǎn)的煤氣中含有大量的甲烷和不飽和碳氫化合物。2.42.4 煤的反應性能煤的反應性能對煤氣化工藝來說，煤的反應性能（級別）通常無關(guān)緊要，因為對大多數(shù)煤來說，無機物的成分/性能在煤氣化工藝中，偏愛高的操作溫度。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。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1.01.10.20.312.52.42.6煙煤0.851.050.050.1512.52.22.4褐煤0.80.90352.02.2第三章煤氣化制甲醇第三章煤氣化制甲醇

17、3.13.1 煤氣化制甲醇工藝流程煤氣化制甲醇工藝流程- 9 - / 32煤與焦炭是制造甲醇粗原料氣的主要固體燃料.用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括燃料的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳與甲醇合成與精制。用蒸汽與氧氣(或空氣、富氧空氣)對煤、焦炭進行熱加工稱為固體燃料氣化,氣化所得可燃性氣體通稱煤氣是制造甲醇的初始原料氣,氣化的主要設備是煤氣發(fā)生爐,按煤在爐中的運動方式,氣化方法可分為固定床(移動床)氣化法、流化床氣化法和氣流床氣化法.國用煤與焦炭制甲醇的煤氣化般都沿用固定床間歇氣化法,煤氣爐沿用 UCJ 爐.在國外對于煤的氣化,目前已工業(yè)化的煤氣化爐有柯柏斯-托切克(Koppers-Totzek)

18、、魯奇(Lurge)與溫克勒(Winkler)三種.還有第二、第三代煤氣化爐的爐型主要有德士古(Texaco)與爾-柯柏斯(Shell-Koppers)等。用煤和焦炭制得的粗原料氣組分中氫碳比太低,故在氣體脫硫后要經(jīng)過變換工序.使過量的一氧化碳變換為氫氣和二氧化碳,再經(jīng)脫碳工序?qū)⑦^量的二氧化碳除去。原料氣經(jīng)過壓縮、甲醇合成與精餾精制后制得甲醇. 煤氣化制甲醇流程如下： 圖 24 煤氣化制甲醇流程3.23.2 合成氣制備合成氣制備3.2.13.2.1 合成氣工藝合成氣工藝氣化是一種將碳氫原料轉(zhuǎn)變?yōu)?CO 和 H2 為主要氣體成分的工藝。其它氣體成分如 CH4、CO2、H2S、苯酚、煙和微量的氨、

19、HCl、 HCN 以與在特殊工藝下基于原料和工況產(chǎn)生的甲酸鹽。氣化產(chǎn)出的氣體既可作為發(fā)電用的燃料，又可作為化工原料。殼牌煤氣化工藝(SCGP)原料圍從焦油和無煙煤到褐煤。間接煤液化（氣化伴隨著合成氣接觸反應的變換）是發(fā)展此工藝的最初原因?，F(xiàn)在，此工藝主要應用于發(fā)電和化工原料生產(chǎn)。1972 年，開始殼牌煤氣化工藝(SCGP)的開發(fā)。1976 年阿姆斯特丹殼牌實驗室委托一個工廠GASCO 化工廠燒煤 6t/d；19781983 年在德國漢堡殼牌總廠，一個燒煤 150t/d 的工廠投產(chǎn)；19861991 年在美國殼牌 Deer Park 總廠，一個燒煤 250-400st/d 的示廠投產(chǎn)。1994

20、年以來，此工藝應用在商用上，在荷蘭德克里克布根倫IGCC 工廠，消耗商用煤 2000t/d。- 10 - / 32殼牌煤氣化工藝(SCGP)應用了一個多燒咀的水冷膜式壁氣化爐和一個經(jīng)特別設計的合成氣冷卻器（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。3.2.23.2.2 反應設備反應設備氣化爐氣化爐德士古（Texaco）氣化爐裝置為單爐，日處理煤 20002400 噸，氣化壓力為2.8MPa，氧純度為 95%，煤漿濃度 68%，冷煤氣效率 76%，凈功率 250MW。Texaco

21、 氣化爐由噴嘴、氣化室、激冷室(或廢熱鍋爐)組成。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。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。噴嘴、氣化爐、激冷環(huán)等為 Texaco 水煤漿氣化的技術(shù)關(guān)鍵。 80 年代末至今，中國共引進多套 Texaco 水煤漿氣化裝置，用于生產(chǎn)合成氣，我國在水煤漿氣化領(lǐng)域中積累了豐富的設計、安裝、開車以與新技術(shù)研究開發(fā)經(jīng)驗與知識。Texaco 氣化爐主要優(yōu)點：水煤漿制備輸送、計量控制簡單、安全、可靠；設備國產(chǎn)化率高，投資省。由于工程設計和操作經(jīng)驗的不完善，還沒有達到長周期、高

22、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。圖 3-2 德士古氣化爐示意圖- 11 - / 323.2.33.2.3 合成氣的凈化合成氣的凈化煤氣的凈化包括固體顆粒的清除和氣體雜質(zhì)的凈化，一般分為與凈化和凈化兩個階段。大多數(shù)煤氣預凈化方法，包括帶有熱回收的冷卻以與用水進行洗滌或急冷工序。合理的流程安排，取決與粗煤氣的溫度以與可冷凝副產(chǎn)物在氣體中的含量。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

23、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。同時，水洗急冷還可有效地減少或清除氣體中的某些化學雜質(zhì)，并可將它們從水中回收。而采用固定床和氣流床氣化方法時，由于煤氣出口溫度低，煤氣中含有焦油、油、各種煤化學物質(zhì)和有機硫，這樣就使凈化方法變得復雜起來。一般時先經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量后，再經(jīng)間接冷卻，重的煤焦油與固體顆粒一起返回氣化爐，輕組分則送去煤焦油精煉。經(jīng)水洗急冷凈化后的煤氣，固體顆粒與金屬離子等已經(jīng)基本清除干凈，但大部分氣體雜質(zhì)尚留在煤氣中。這些氣體雜質(zhì)的清除往往需要在較低的溫度下進行。清除方法可分為物理溶劑法和化學法兩大類。物理溶劑法很適合于從高壓氣

24、流中脫出酸性氣體，該法的優(yōu)點是：溶液再生時耗熱極少或不耗熱，富液經(jīng)過減壓后可再生，同時溶液的酸性氣體閃蒸而出?；瘜W法有醇胺法、熱鉀堿法等。對于粗煤氣中的二氧化碳，應該根據(jù)其用途決定是否必須脫除。魯奇氣化過程為加壓操作，且氣體中含有焦油，粗煤氣的與凈化比較復雜。從氣化爐出來的粗煤氣溫度為 427437。焦油、油和冷凝液在此收集予以分離。重質(zhì)焦油（大部分顆粒物質(zhì)積聚在此焦油）返回到氣化爐。接著進行兩級氣體間接冷卻，在第一級即中間收集余下的焦油、油和水。在第二級，氣體被冷卻到 3038，此處只收集油和水。最后為了脫除輕質(zhì)油、用洗油對氣體進行逆流洗滌。制取高熱質(zhì)煤氣時，需在廢熱鍋爐后的工序中加入變換爐

25、。這種配置方法可使氣體的冷卻和在加熱都簡單化到最低程度。3.33.3 甲醇的制備甲醇的制備3.3.13.3.1 甲醇的性質(zhì)甲醇的性質(zhì)甲醇是最簡單的飽和醇，相對分子量為 3204，沸點 64.5，具有醇的通性。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- 12 - / 32的氣味即酒的味道。甲醇的電導率，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雜質(zhì)。甲醇可以和水以與許多有機液體如乙醇、乙醚等無限地混合，但不能與脂肪族烴類相混合。甲醇具有毒性，服 10ml 兒有失明的危險，30ml 能致人死亡。甲醇是優(yōu)良的有機溶劑，

26、還是制造甲醛等的原料。3.3.23.3.2 甲醇市場現(xiàn)狀與展望甲醇市場現(xiàn)狀與展望國甲醇生產(chǎn)始于 1957 年 ,以小甲醇起家。2004 年全國生產(chǎn)能力已超過 6000 千噸/年。規(guī)模在 200 千噸/年的僅兩套,分別在焦化和陜西天然氣公司 ,另外 ,里格天然氣化工股份建有一套 180 千噸/年裝置。100 千噸/年規(guī)模的有 9 套。40100 千噸/年 (不含 100 千噸/年)規(guī)模的有 22 套。其余小甲醇均為聯(lián)醇裝置。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、焦爐氣、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 2002 年產(chǎn)能

27、445.3 萬噸，2003 年產(chǎn)能 600 萬噸，2004 年產(chǎn)能 740 萬噸。在國產(chǎn)能不斷增加的情況下，國甲醇產(chǎn)量迅速增加，2000 年為 198.69 萬噸，2004 年達到 440.65 萬噸，2005 年 15 月份全國產(chǎn)量 213.9 萬噸。近年來,我國甲醇產(chǎn)量有較大的增長,19982005 年,年均增長率為 19.8%。雖然國甲醇產(chǎn)量增長很快,但裝置開工率一直較低 ,尤其是在 19982002 年,開工率一直在 40%55%。2003、2004 和 2005 年由于甲醇需求旺盛、價格高,開工率上升到近年來的高峰 ,達到 62%、73%和 77%。國甲醇裝置開工率低的主要原因是我國

28、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。目前因甲醇利潤高，投資者對大型甲醇項目十分關(guān)注，特別是煤產(chǎn)地和天然氣產(chǎn)地,在積極研究建設大型甲醇項目的可能，有的已經(jīng)開工建設。據(jù)不完全統(tǒng)計，國甲醇在建項目產(chǎn)能達到 4000 千噸以上，在 2008 年前后都可以形成生產(chǎn)能力。屆時，我國甲醇生產(chǎn)能力將達到 10000 千噸/年左右。考慮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，預計到 2009 年 ,國實際甲醇生產(chǎn)能力約為 9000 千噸/年。有所下降。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，今后國際市場對甲醇的需求仍將保持一定的增長勢頭。國對甲醇的需求增長

29、仍然較為強勁。雖然在化工行業(yè)甲醇市場容量有限，但作為汽- 13 - / 32油添加劑或替代車用燃料，甲醇與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。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)相當成熟，推廣阻力來自缺少政策扶持和目前高價位兩方面。在汽油中添加 15以下的甲醇可明顯地改善排放尾氣的污染物含量，對汽車發(fā)動機也無需做較大的變動，油耗亦無明顯變化，未充分燃燒的甲醇與甲醛在排放的尾氣中增加亦不明顯。但對高比例摻合的 M85 或M100 則因?qū)ζ吞娲葹?1.51.6，甲醇與汽油價格比將影響其經(jīng)濟性。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)

30、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采用催化尾氣轉(zhuǎn)化器使未充分燃燒的甲醇、甲醛與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。二甲醚替代柴油作為車用燃料在國外均無大型裝置投產(chǎn)，二甲醚汽車發(fā)動機雖已研制出樣車，但迄今尚無批量生產(chǎn)。雖然二甲醚作為液化石油氣的替代產(chǎn)品用作民用炊具燃料技術(shù)較為成熟，易于推廣，但甲醇價位過高致使二甲醚成本偏高，妨礙其推廣應用。此外，無污染和低污染甲醇燃料電池汽車技術(shù)的日益成熟，也使得生產(chǎn)商對甲醇市場相當看好。3.3.33.3.3 合成氣制甲醇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

31、壓和低壓三種方法。（1）高壓法即用一氧化碳與氫在高溫（340-420）高壓（30.0-50.0MPa ）下用鋅鉻氧化物作催化劑合成甲醇。（2）中壓法隨著甲醇合成工業(yè)的迅速發(fā)展，新建廠的規(guī)模也日趨大型化，目前已建成投產(chǎn)的裝置有日產(chǎn)超過 5000 噸的。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)設備龐大而一次性投資高的弊病，以與帶來設備制作和運輸?shù)睦щy。因此在70 年代出現(xiàn)了中壓法合成甲醇的工藝流程，操作壓力圍 10.0-27.0MPa，溫度為235-315。該法的關(guān)鍵在于使用了一種新型銅基催化劑(Cu-Zn-Al)。（3）低壓法- 14 - / 32即用一氧化碳與氫氣為原料在低壓（5

32、.0MPa）和 275左右的溫度下，采用銅基催化劑（Cu-Zn-Cr）合成甲醇。這種方法是 70 年代實現(xiàn)工業(yè)化的合成甲醇方法。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，使甲醇合成反應能在較低的壓力和溫度下進行。銅基催化劑的選擇性比鋅-鉻催化劑好，因此，消耗在副反應中的原料氣和粗甲醇中的雜質(zhì)都比較少。隨著石油工業(yè)不斷的發(fā)展和蒸汽透平技術(shù)的應用，在生產(chǎn)甲醇的方法中低壓法有更加寬廣的發(fā)展空間。3.3.43.3.4 低壓法合成甲醇的工藝低壓法合成甲醇的工藝 一氧化碳加氫可發(fā)生許多復雜的化學反應。1.主反應232COHCH OH當反應物中有二氧化碳存在時，二氧化碳按下列反

33、應生成甲醇：22323COHCH OHH O232COHCH OH兩步反應的總反應式為：22323COHCH OHH O2.副反應又可分為平行副反應和連串副反應。平行副反應2422422492233232248324COHCHH OCOHCHCOCOHC H OHH OCOHCH OCHH O當有金屬鐵、鈷、鎳等存在時，還可能發(fā)生生碳反應。22COCOC連串副反應33323221223221222211nnnnCH OHCH OCHH OCH OHnCOnHC HCH OHnH OCH OHnCOnHC HCOOHnH O- 15 - / 32這些副反應的產(chǎn)物還可以進一步發(fā)生脫水、縮合、?；?/p>

34、酮化等反應，生成烯烴、酯類、酮類等副產(chǎn)物。當催化劑中含有堿類時，這些化合物的生成更快。副反應不僅消耗原料，而且影響甲醇的質(zhì)量和催化劑壽命。特別是生成甲烷的反應為一個強放熱反應，不利于反應溫度的操作控制，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)，更不利于主反應的化學平衡和反應速率。低壓法甲醇合成的工藝流程如圖所示。 圖 33 低壓法甲醇合成的工藝流程1加熱器 2轉(zhuǎn)化器 3廢熱鍋爐 4加熱器 5脫硫器 6、12、17、21、24水冷器 7氣液分離器 8合成氣壓縮機9循環(huán)氣壓縮機 10甲醇合成塔 11、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 19、22再沸

35、器20甲醇精餾塔 23CO2吸收塔這是目前各生產(chǎn)廠家普遏采用的工藝流程。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。利用煤轉(zhuǎn)化后得到的（氫氣+一氧化碳）合成氣，經(jīng)換熱脫硫，脫硫后的合成氣含硫不超過 0.510，經(jīng)水冷卻，分離出冷凝水后，進入合成壓縮機（三段），壓縮至壓力略低于 5 兆帕，與循環(huán)氣混合后在循環(huán)氣壓縮機中增壓至 5MPa，進入合成反應器，在催化床層中進行合成反應。合成反應器為冷激式絕熱反應器，催化劑為銅基催化劑，操作壓力為 5 兆帕，操作溫度為 240270。由反應器出來的氣體含甲醇 68，經(jīng)熱交換器與合成氣進行熱交換后進人水冷器器，使產(chǎn)物甲醇冷凝

36、。- 16 - / 32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，得到反應產(chǎn)物粗甲醇送精制。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)氣壓縮機循環(huán)使用。為防止情性氣體積累，將部分循環(huán)氣放空。粗甲醇中除含甲醇外，還含有兩大類雜質(zhì)。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。可用兩個塔予以精餾。粗甲醇首先進入脫輕組分塔，塔頂分出輕組分，經(jīng)冷凝后回收其中所含甲醇，不凝氣放空。此塔一般為板式塔，約為 4050 塊塔板。塔釜液進入甲醇精餾塔，頂來出產(chǎn)品甲醇，重組分乙

37、醇、高級醇等雜醇油在塔的加料板下 614 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。甲醇精餾塔力 6070 塊塔板。由于低壓法合成的甲醇雜質(zhì)含量少，凈化比較客易，利用雙塔精制流程，便可以獲得純度（質(zhì)量分數(shù)）高達 99.85的精制產(chǎn)品甲醇。3.3.53.3.5 甲醇合成反應器甲醇合成反應器甲醇合成反應器是甲醇合成系統(tǒng)的最重要的設備，亦稱甲醇轉(zhuǎn)化器或甲醇合成塔。（1）工藝對甲醇合成反應器的要求甲醇合成是放熱反應，因此，合成反應器的結(jié)構(gòu)應能保證在反應過程中與時將反應放出的熱量移出，以保持反應溫度盡量接近理想溫度分布。甲醇合成是在催化劑作用下進行，生產(chǎn)能力與催化劑的裝填量成正比例關(guān)系，

38、所以要充分利用合成塔的客積，盡量多裝催化劑，以提高設備的生產(chǎn)能力。高空速能獲得高產(chǎn)率，但氣體通過催化劑床層的壓力降必然會增加，因此應使合成塔的流體阻力盡可能小，避免局部阻力過大的結(jié)構(gòu)。同時，要求合成反應器結(jié)構(gòu)必須簡單、緊湊、堅固、氣密性好，便于拆卸、檢修。盡量組織熱量交換，充分利用反應余熱，降低能耗。合成反應器應能防止氫、一氧化碳、甲醇、有機酸與羰基物在高溫下對設備的腐蝕,要求出塔氣體溫度不得超過 160。因此，在設備結(jié)構(gòu)上必須考慮高溫氣體的降溫問題。便于操作控制和工藝參數(shù)調(diào)節(jié)。（2）合成反應器的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)- 17 - / 32甲醇合成反應器的結(jié)構(gòu)型式較多，根據(jù)反應熱移出方式不同，可分為絕熱式

39、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。以下主要介紹低壓法合成甲醇所采用的冷激式和列管式兩種反應器。冷激式絕熱反應器這類反應器把反應床層分為若干絕熱段，段間直接加入冷的原料氣使反應氣體冷卻，故稱之為冷激式絕熱反應器。圖是冷激式絕熱反應器的結(jié)構(gòu)示意圖，反應器主要由塔體、氣體噴頭、氣體進出口、催化劑裝卸口等組成。催化劑由惰性材料支撐，分成數(shù)段。反應氣體由上部進入反應器，冷激氣在段間經(jīng)噴嘴噴入，噴嘴分布于反應器的整個截面上，以便冷激氣與反應氣混合均勻?；旌虾蟮臏囟日檬欠磻獪囟鹊拖?，混合氣進入下一段床層進行反應。段中進行的反應為絕熱反應，釋放的反應熱使反應氣

40、體溫度升高，但未超過反應溫度高眼，于下一段間再與冷激氣混合降溫后進入再下一段床層進行反應。 圖 3-4 冷激式反應器溫度分布冷激式絕熱反應器在反應過程中流量不斷增大，各段反應條件略有差異，氣體的組成和空速都不一樣。這類反應器的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，催化劑裝填方便，生產(chǎn)能力大，但要有效控制反應溫度，避免過熱現(xiàn)象發(fā)生冷激氣和反應氣的混合與均勻分布是關(guān)鍵。冷激式絕熱反應器的溫度分布如圖所示。列管式等溫反應器該類反應類似于列管式換熱器，其結(jié)構(gòu)示意如圖所示。催化劑裝填于列管中，殼程走冷卻水（鍋爐給水）。反應熱由管外鍋爐給水帶走，同時產(chǎn)生高壓蒸汽。通過對蒸汽壓力的調(diào)節(jié)，可以方便地控制反應器反應溫度，使其沿管長

41、溫度幾乎不變，避免了催化劑的過熱，延長了催化劑的使用壽命。列管式等溫反應器的優(yōu)點是溫度易于控制，單程轉(zhuǎn)化率較高，循環(huán)氣量小，能量利用較經(jīng)濟，反應器生產(chǎn)能力大，設備結(jié)構(gòu)緊湊。反應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（即氫分子擴散到金屬部，和金屬材料中的碳發(fā)生反應生成甲烷逸出的現(xiàn)象），會大大降低鋼材的性能。一氧化碳在高溫高壓下易和鐵發(fā)生作用生成五碳基鐵，引起設備的- 18 - / 32腐蝕，對催化劑也有一定的破壞作用。為防止反應器被腐蝕，保護反應器機械強度，一般采用耐腐蝕的特種不銹鋼（如 1Cr18Ni18Ti）加工制造。圖 3-5 冷激式絕熱結(jié)構(gòu)圖 圖 3-6 列

42、管式等溫反應器3.43.4 物料衡算物料衡算年產(chǎn) 8 萬噸，甲醇合成反應器的物料衡算1.計算圍：反應器2.主反應：CO+2H2CH3OHCO2+3H2CH3OH+H2O副反應：CO+3H2CH4+H2O2CO+2H2CH4+CO24CO+8H2C4H9OH+3H2O2CO+4H2CH3OCH3+H2O- 19 - / 32甲醇產(chǎn)率：99.4%，C4H9OH 產(chǎn)率：0.17%CH3OCH3產(chǎn)率：0.43%，CH4產(chǎn)率：0.08%3.計算任務：合成氣消耗量和產(chǎn)物氣摩爾組成4.基準年工作時：7200h80000t 1000kg7200h=11111.1kg/h以 1h 為基準（以下計算不再寫 h-1

43、）5.選擇數(shù)據(jù):產(chǎn)物氣冷凝，精餾等單程質(zhì)量收率為 95.6%CO 轉(zhuǎn)化率為 98.5%，CO2 轉(zhuǎn)化率為 85.8%COH2=12合成氣中 CO 組成（摩爾分數(shù)） ；CO:30.25% CO2:3.45% H2:65.12% O2:0.05% H2O:0.09% CH4:0.23% N2:0.81%6.計算過程產(chǎn)物氣中 CH3OH 量:molkgkg87.36320249.11622%6 .951 .11111 由 CO 生成的 CH3OH:molkg63.19409506.6211%8 .85%5 .98%5 .9849.11622 由 CO2生成的 CH3OH:molkgkgkg24.16

44、910743.541106.621149.11622 反應消耗 CO 量：molkgmolgmolgkg71.19409568.5434/28/3206.6211 CO 消耗的 H2量：kgmol38.77642.388191 反應消耗 CO2量：molkgmolgmolgkg27.16910772.7440/44/3243.5411 CO2消耗的 H2量：- 20 - / 32=1014.64kgmol81.507321 主反應 H2總消耗量:molkgkgkg89549098.179064.101438.776 CO 總反應量: 194095.71kgmolmol48.546731.195

45、267%4 .99 純 CO 加入量： 195267.31kgmolmol74.555092.198240%5 .98 合成氣總加入量：molmol88.655341%25.3092.198240 合成氣中 O2含量： 655341.88kgmolmol49.1067.327%05. 0 合成氣中 N2含量：kgmolmol63.14827.5308%81. 088.655341 合成氣中 H2O 含量： 655341.88kgmolmol62.1081.589%09. 0 合成氣中 CH4含量： 655341.88kgmolmol12.2429.1507%23. 0 合成氣中 CO2含量：k

46、gmolmol1 .994829.22609%45. 388.655341 合成氣中 H2含量： 655341.88kgmolmol2 .853563.42675%12.65 生成 C4H9OH 量：kgmolgmolgkg56.24%17. 0/74/2848.5467 生成 C4H9OH 消耗的 CO 量：kgmolgmolgkg17.37/74/28456.24- 21 - / 32 生成 C4H9OH 消耗的 H2量：kgmolgmolgkg31. 5/74/2856.24 生成 CH3OH 量：kgmolgmolgkg62.38%43. 0/46/2848.5467 生成 CH3OC

47、H3消耗的 CO 量：kgmolgmolkgkg01.47/46/28262.38 生成 CH3OH 消耗的 H2量：kgmolgmolgkg27. 6/46/2462.38 生成 CH4量：kgmolgmolgkg50. 2%08. 0/16/2848.5467 生成 CH4消耗的 CO 量：kgmolgmolgmolgmolgkg125.13/16/282/16/28150. 2 生成 CH4消耗的 H2量：kgmolgmolgmolgmolgkg5625. 1/16/22/16/2350. 2 生成的 CO2的量：kgmolgmolgkg875. 6/16/44150. 2 主反應生成

48、H2O 量：kgmolgmolgkg93.3043/18/3243.5411 副反應生成 H2O 的總量： kgkgkgkgmolgmolgkgmolgmolgkgmolgmolgkg8985.23112.15974. 58125. 2/18/4662.38/18/7456.24/18/1650. 2- 22 - / 32 O2、N2不參加反應 產(chǎn)物氣中 CO:kgkgkg26.8348.546774.5550 產(chǎn)物氣中 CO2：kgkgkgkg255.2514875. 672.74401 .9948 產(chǎn)物氣中 H2：kgkgkgkgkgkg63.673072. 65625. 131. 598

49、.17902 .8535 產(chǎn)物氣中 H2O:kgkgkgkg92.30678985.2393.304362.10 產(chǎn)物氣中 CH4：kgkgkg62.2650. 212.24表 3-1 反應器的物料平衡表輸入輸出物料名稱質(zhì)量（kg）物料名稱質(zhì)量（kg）CO5550.74CO83.26CO29948.1CO22514.255H28535.2H26730.63O210.49O210.49N2148.63N2148.63H2O10.62H2O3067.92- 23 - / 32CH424.12CH3OH11622.49C4H9OH24.56CH3OCH338.62CH426.62總計24227.9總

50、計24267.475 第四章結(jié)論第四章結(jié)論碳化學是以含有一個碳原子的物質(zhì)（如 CO、CO2、CH3、CH3OH、HCHO）為原料合成化工產(chǎn)品或液體燃料的有機化工生產(chǎn)過程。- 24 - / 32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、甲醇與系列產(chǎn)品，合成低碳醇、醋酸與系列產(chǎn)品，合成低碳烯烴、燃料添加劑等方面。碳化學是在 20 世紀 70 年代兩次石油危機中得到迅速發(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。近年來，隨著能源結(jié)構(gòu)的多元化發(fā)展趨勢以與碳化學系列生產(chǎn)技術(shù)的突破，其應用領(lǐng)域越來越廣。4.14.1 低壓法合成甲醇的影響因素低壓法合成甲醇的影響因素4.

51、1.14.1.1 溫度對溫度對 CH3OHCH3OH 合成的影響合成的影響在甲醇合成過程中，溫度對反應混和物的平衡和速率都有很大的影響。對化學反應來說，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，使甲醇合成反應的速度加快，但是由于 CO 和 H2 生成 CH3OH 的反應，和 CO2 和 H2 合成 CH3OH 的反應，均為可逆放熱反應。對于可逆放熱反應來說，溫度降低固然使反應速率增大，但平衡常數(shù)的數(shù)值將會下降。因此，選擇合適的操作溫度對 CH3OH 的合成至關(guān)重要。 一般 Zn-Cr 催化劑的活性溫度為 350-420。銅基催化劑的活性溫度為 200-290。對

52、每種催化劑在活性溫度圍都有適當?shù)牟僮鳒囟葏^(qū)間，如 Zn-Cr 催化劑的370-380左右，銅基催化劑為 250-270左右。 為了防止催化劑老化，在催化劑使用初期，反應溫度維持較低的數(shù)值，隨著使用時間增長，逐步提高反應溫度，例如：冷管型 CH3OH 合成塔，銅基催化劑的使用可控制在 230-240，熱點溫度為 260左右，后期可控制床層溫度 270-280，熱點溫度為 290左右。 另外，甲醇合成反應溫度越高，則副反應越多，生成的粗 CH3OH 中的有機雜質(zhì)組分的含量增多，給后期 CH3OH 的精餾加工帶來困難。4.1.24.1.2 壓力對壓力對 CH3OHCH3OH 合成的影響合成的影響壓力

53、是 CH3OH 合成反應過程的重要工藝參數(shù)之一，由于 CH3OH 合成反應是分子數(shù)減小，因此增加壓力對平衡有利。不同類型的催化劑對合成壓力有不同的要求。如 Zn-Cr 催化劑由于其活性溫度較高(350-420)，要實現(xiàn) CH3OH 合成必須在 25 MPa 以上，因此，Zn-Cr 催化劑的操作壓力一般要求為 25-35MPa；而銅基催化劑由于其活性溫度為 230-290，甲醇- 25 - / 32合成壓力也要求較低，采用銅基催化劑可在 5 MPa 的低壓下操作，但是低壓操作也存在一些問題，當生產(chǎn)規(guī)模更大時，低壓流程的設備與管道顯得龐大，而且對熱能的回收不利，因此發(fā)展了壓力為 10MPa 左右的

54、甲醇合成中壓法。4.1.34.1.3 空速對甲醇合成的影響空速對甲醇合成的影響 在甲醇生產(chǎn)中，氣體通過合成塔僅能得到 3%-6%的 CH3OH，新鮮氣的甲醇合成率較低，因此新鮮氣必須循環(huán)使用。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。 如果采用較低的空速，反應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，預熱未反應氣體到催化劑進口溫度所需換熱面積較小，并且由于氣體中反應產(chǎn)物的濃度降低，增大了分離反應產(chǎn)物的費用。 如果采用較高的空速，催化劑的生產(chǎn)強度雖可以提高，但增大了預熱所需要的傳熱面積，出塔氣熱

55、能利用價值降低，增大了循環(huán)氣體的動力消耗，并且由于氣體中反應產(chǎn)物的濃度降低，增大了分離反應產(chǎn)物的費用。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 10000-30000h-1 之間。4.1.44.1.4 氫碳比的控制對甲醇合成的影響氫碳比的控制對甲醇合成的影響 CH3OH 由 CO、CO2與 H2反應生成，反應式如下： CO+2H2=CH3OH CO2+3H2=CH3OH+H2O 從反應式可以看出，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

56、示： f=(H2-CO2/CO+CO2)=2.05-2.15 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。例如，用天然氣(主要成分甲烷)為原料采用蒸氣轉(zhuǎn)化法所得粗原料氣中 H2 過多，這就要在轉(zhuǎn)化前或轉(zhuǎn)化后加入 CO2 調(diào)節(jié)合理的氫碳比。而用重油或煤為原料所制的粗原料氣氫碳比太低，需要設置變換工序使過量的 CO 變換為 H2和 CO2，再將過量 CO2除去。 生產(chǎn)中合理的氫碳比應比化學計量比略高些，按化學計量比值，f 值或 M 值為 2.0，實際上控制略高于 2.0，即通常保持確定的 H2 含量。在 CH3OH 合成中，原- 26 - / 32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