有機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作教學(xué)課件

項目四甲醇的生產(chǎn)項目四甲醇的生產(chǎn)教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：1．了解甲醇的性質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求、用途及其生產(chǎn)方法；2．了解原料的來源，合成氣的制取方法；3．理解甲醇合成的生產(chǎn)原理和影響因素；4．掌握甲醇生產(chǎn)條件的確定、控制及常見異?，F(xiàn)象的分析、判斷和處理方法；5．掌握工藝流程圖及主要設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)；6．掌握生產(chǎn)過程中的安全、衛(wèi)生防護(hù)、設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)知識。能力目標(biāo)：

通過本項目的學(xué)習(xí)和工作任務(wù)的訓(xùn)練，能進(jìn)行生產(chǎn)方法的選擇；能根據(jù)生產(chǎn)原理進(jìn)行生產(chǎn)條件的確定和工業(yè)生產(chǎn)的組織；能認(rèn)真執(zhí)行工藝規(guī)程和崗位操作方法，完成甲醇生產(chǎn)裝置的開停車及正常操作，并對異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析、判斷和處理。教學(xué)目標(biāo)

學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)一生產(chǎn)方法的選擇任務(wù)二生產(chǎn)準(zhǔn)備任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件任務(wù)四生產(chǎn)工藝流程的組織任務(wù)五正常生產(chǎn)操作任務(wù)六異常生產(chǎn)現(xiàn)象的判斷和處理

學(xué)習(xí)任務(wù)甲醇最早是由木材和木質(zhì)素干餾制得，俗名又稱木醇或木精。中壓法：10~15MPa，耐高壓Cu-Zn-Al高壓法：1923年，BASF實現(xiàn)工業(yè)化，

300~400℃，30~50MPa，Zn-Cr催化劑低壓法：1966年，ICI工藝1971年,Lurgi工藝230-270℃，5MPa，Cu-Zn-Cr或Cu-Zn-Al1．甲烷氧化法

CH4+O2→CH3OH2．合成氣生產(chǎn)甲醇

CO+2H2→CH3OH任務(wù)一生產(chǎn)方法的選擇甲醇最早是由木材和木質(zhì)素干餾制得，俗名又稱木醇開始以煤為主要原料。20世紀(jì)50年代開始，天然氣成為主要原料。天然氣、石油、煤為原料的相對成本比為100:140:150。目前，世界約70%的甲醇以天然氣為原料。從長遠(yuǎn)來看，煤將占主導(dǎo)地位?，F(xiàn)在，凡含有碳素的固體、液體和氣體均可轉(zhuǎn)化為碳的化合物，再以人工合成法制取甲醇。原料路線：任務(wù)一生產(chǎn)方法的選擇開始以煤為主要原料。原料路線：任務(wù)一生產(chǎn)方法的選擇1.甲醇用途傳統(tǒng)用途：廣泛用于有機合成，如甲醛、醋酸、農(nóng)藥、染料、合成纖維、合成橡膠等。新興用途：

清潔燃料甲醇蛋白以甲醇為原料生產(chǎn)烯烴和汽油……甲醇是一種基本有機化工原料，其產(chǎn)量僅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。任務(wù)二生產(chǎn)準(zhǔn)備1.甲醇用途傳統(tǒng)用途：廣泛用于有機合成，如

物性：甲醇（CH3OH）是最簡單的飽和一元醇，常溫常壓下為無色、略帶乙醇香味的可燃性液體，常壓沸點64.8℃。溶解性：能與水、乙醇、醚、苯酮類和其它有機溶劑混合；能與多種化合物形成共沸物；且能溶解許多氣體，如CO2，H2S，CO等。毒性：飲入10mL可使人失明，30mL能致人死亡，空氣中允許最高濃度為0.05mg/L。爆炸性：甲醇蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限為6.0%～36.5%（體積）。2.甲醇性質(zhì)任務(wù)二生產(chǎn)準(zhǔn)備物性：甲醇（CH3OH）是最簡單的飽和一元醇，常溫常壓下為一、生產(chǎn)甲醇的原理1．主、副反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)：△H0298=-90.8KJ/mol△H0298=-49.5KJ/mol任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件一、生產(chǎn)甲醇的原理1．主、副反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)：△H02這些副反應(yīng)產(chǎn)物還可以進(jìn)一步脫水、縮水、?；蛲上N、酯類、酮類等。當(dāng)催化劑中含有堿性化合物時，這些化合物生成更快。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件這些副反應(yīng)產(chǎn)物還可以進(jìn)一步脫水、縮水、?；蛲狈磻?yīng)的危害：副反應(yīng)不僅消耗原料，而且影響粗甲醇的質(zhì)量和催化劑的壽命。特別是生成甲烷的反應(yīng)，是一個強放熱反應(yīng)，不利于操作控制。生成的甲烷不能隨產(chǎn)品冷凝，存在于循環(huán)系統(tǒng)中，不利于主反應(yīng)的化學(xué)平衡和反應(yīng)速率。這些副反應(yīng)在熱力學(xué)上均比主反應(yīng)有利。因此，必須選擇活性高、選擇性好的催化劑以抑制副反應(yīng)的發(fā)生。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件副反應(yīng)的危害：這些副反應(yīng)在熱力學(xué)上均比主T<300℃，T↓或P↑，△H↑幅度很大；低P高T時，△H變化小。說明低于300℃下操作比在高溫下操作要求嚴(yán)格，T或P有波動時易失控；而選擇20MPa，300～400℃，反應(yīng)易控制。2.反應(yīng)熱效應(yīng)任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件T<300℃，T↓或P↑，△H↑幅度很大；2.反應(yīng)熱3.平衡常數(shù)加壓下氣體的性質(zhì)用逸度表示：

低溫對反應(yīng)有利；甲醇合成主反應(yīng)是分子數(shù)減少最多的反應(yīng)，所以高壓對主反應(yīng)有利；從熱力學(xué)角度分析，溫度降低，所需壓力可相應(yīng)降低。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件3.平衡常數(shù)加壓下氣體的性質(zhì)用逸度表示：低溫對反應(yīng)有利；4．催化劑（1）ZnO-Cr2O3，活性低，所需反應(yīng)溫度高380~400℃，為提高轉(zhuǎn)化率必須在高壓下進(jìn)行。（2）1966，銅基催化劑

，活性高，適宜溫度230~270℃，可以在低壓下合成甲醇。正是因為找到了高效脫硫劑，并且改進(jìn)了甲醇合成塔結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)溫度能夠嚴(yán)格控制，延長了催化劑的使用壽命。使低壓法實現(xiàn)了工業(yè)化。C.我國目前廣泛使用的C301型Cu基催化劑：CuO45~55%，ZnO25~35%，Al2O32~6%。B.CuO-ZnO-Al2O3A.CuO-ZnO-Cr2O3鉻對人體有害任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件4．催化劑（1）ZnO-Cr2O3，活性低，所需反應(yīng)溫度高1.反應(yīng)溫度二、工藝條件的選擇可逆放熱反應(yīng)，具有最適宜溫度不同的移熱方式對應(yīng)不同的工藝流程。實際生產(chǎn)中的操作溫度取決于催化劑、壓力、原料氣組成、空速和設(shè)備使用情況等。高壓法：380～400℃；低、中壓：240～270℃。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件1.反應(yīng)溫度二、工藝條件的選擇可逆放熱反應(yīng)，具有最適宜溫度2.反應(yīng)壓力主反應(yīng)是摩爾數(shù)減少最多而平衡常數(shù)最小的反應(yīng)，因此增加壓力對提高甲醇的平衡濃度和加快主反應(yīng)速率都是有利的。但是增加壓力要消耗能量，而且還受設(shè)備強度限制，因此需要綜合各項因素確定合理的操作壓力。ZnO-Cr2O3：反應(yīng)溫度高，必須采用高壓；銅基催化劑，反應(yīng)溫度較低，壓力降至5~10Mpa。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件2.反應(yīng)壓力主反應(yīng)是摩爾數(shù)減少最多而平衡常數(shù)最小的反應(yīng)，因3.原料氣組成（1）H2/COH2:CO的化學(xué)計量比為2:1。但實踐證明CO含量高，對溫度控制不利，還會引起羰基鐵在催化劑上的積聚。生產(chǎn)一般采用H2過量。可以抑制高級醇、高級烴和還原性物質(zhì)的生成，提高粗甲醇的濃度和純度。因氫的導(dǎo)熱性能好，過量的H2有利于防止局部過熱和控制整個催化劑床層的溫度。H2過量反應(yīng)速度快，CO轉(zhuǎn)化率高。但是，氫過量太多會降低設(shè)備的生產(chǎn)能力。低壓法甲醇合成，一般控制H2:CO=(2.2~3.0):1。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件3.原料氣組成（1）H2/COH2:CO的化學(xué)計量比為2任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件（2）CO2CO2比熱容，加氫熱效應(yīng)小，所以原料氣中有一定含量CO2時，可降低反應(yīng)峰值溫度。低壓法合成甲醇，含CO25%時甲醇收率最高。二氧化碳的存在也可抑制二甲醚的生成。氮、甲烷等使H2及CO分壓降低，轉(zhuǎn)化率下降。一般控制循環(huán)氣量為新鮮原料氣量的3.5~6倍。高產(chǎn)——低惰氣含量；低耗——高惰氣含量（3）惰性氣體任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件（2）CO2CO2比熱容，加氫熱效應(yīng)小，所以原料氣中有一4.空間速度低空速：加劇副反應(yīng)，生產(chǎn)能力低高空速：甲醇純度高，生產(chǎn)能力大，有利于反應(yīng)熱的移出；但空速太高，甲醇濃度太低難分離。循環(huán)氣量增加，甚至帶出熱量太多，造成合成塔內(nèi)的催化劑溫度難以控制。低壓法10000~20000h-1，高壓法35000~40000h-1。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件4.空間速度低空速：加劇副反應(yīng)，生產(chǎn)能力低任務(wù)三應(yīng)空間速度/h-1CO轉(zhuǎn)化率/%粗甲醇產(chǎn)量/m3/（m3催化劑·h）2000050.125.83000041.526.14000032.228.4任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件空間速度/h-1CO轉(zhuǎn)化率/%粗甲醇產(chǎn)量/2000050.1（一）生產(chǎn)工序任務(wù)四生產(chǎn)工藝流程的組織（一）生產(chǎn)工序任務(wù)四生產(chǎn)工藝流程的組織說明：調(diào)節(jié)原料氣的組成，使氫碳比符合要求如果原料氣中CO含量過高（如煤、重油），則變換，增加了有效組分氫氣，若造成CO2多余，也比較容易脫除。當(dāng)氫多碳少時（如以甲烷為原料），則在制造原料氣時，還要補碳，一般采用二氧化碳，與原料同時進(jìn)入設(shè)備。說明：調(diào)節(jié)原料氣的組成，使氫碳比符合要求如果原料氣中CO含量（二）低壓法合成甲醇工藝流程ICI法1－加熱爐；2－轉(zhuǎn)化爐；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－分離塔；19，22－再沸塔；20－甲醇精餾塔；23－CO2吸收塔（二）低壓法合成甲醇工藝流程ICI法1－加熱爐；2－轉(zhuǎn)化爐有機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作教學(xué)課件（1）設(shè)計要求

a.維持適宜反應(yīng)溫度，確保優(yōu)化確定的轉(zhuǎn)化率、選擇性和空速。避免催化劑燒結(jié)，關(guān)鍵是移走反應(yīng)熱，避免飛溫。b.使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力盡可能大。c.流體阻力盡可能小

d.結(jié)構(gòu)簡單，便于裝卸催化劑。e.充分利用反應(yīng)余熱，降低能耗

f.便于操作控制和工藝參數(shù)調(diào)節(jié)

（三）甲醇合成塔（1）設(shè)計要求（三）甲醇合成塔（2）反應(yīng)器類型根據(jù)移走熱量的方式：等溫式、絕熱式根據(jù)冷卻方式：直接冷卻——冷激式間接冷卻——列管式（2）反應(yīng)器類型根據(jù)移走熱量的方式：等溫式、絕熱式a.冷激式絕熱反應(yīng)器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)能力較大、催化劑裝卸方便缺點：床層軸向溫差大床層阻力大、能耗大、反應(yīng)速度減小，催化劑壽命也短a.冷激式絕熱反應(yīng)器有機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作教學(xué)課件b.列管式等溫反應(yīng)器

特點：（1）可通過調(diào)節(jié)蒸汽壓力來控制溫度，催化層溫度分布均勻，可防止催化劑局部過熱，延長使用壽命，同時副反應(yīng)大大減少。（2）單程轉(zhuǎn)化率高，循環(huán)氣量少，設(shè)備管道尺寸小，能耗低

（3）副產(chǎn)中壓蒸汽（4）合成塔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝卸催化劑不太方便。b.列管式等溫反應(yīng)器特點：（四）粗甲醇的精餾分離(1)雙塔精餾（四）粗甲醇的精餾分離(1)雙塔精餾預(yù)精餾塔①作用:脫除輕組分有機雜質(zhì)以及溶解的合成氣。加水萃取，脫除與甲醉沸點相近的輕餾分，以及分離與甲醇沸點接近的甲醇-烷烴共沸物。如對精甲醇中乙醇含量有特殊要求時，則預(yù)精餾塔對乙醇的共沸物有部分脫除的作用。②兩級冷凝：第一級冷凝溫度較高，減少返回塔內(nèi)的輕組分；第二級則為常溫，盡可能回收甲醇。B.主精餾塔一般采用板式塔，需75~85層塔板。預(yù)精餾塔有機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作教學(xué)課件有機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作教學(xué)課件(2)雙效法三塔精餾(2)雙效法三塔精餾（1）采用兩個主精餾塔，第一主精餾塔加壓蒸餾，壓力為0.56~0.6MPa，第一塔塔頂汽相的冷凝潛熱可用作常壓塔塔釜再沸器的熱源，不僅節(jié)省了加熱蒸汽，也節(jié)省了冷卻用水，較雙塔流程節(jié)約熱能30％~40％左右，有效利用了能量。兩個主精餾塔塔板數(shù)增加一倍，分離效率大大提高。（2）加壓塔對于向塔內(nèi)提供熱源的蒸汽要求較高，對受壓容器的材質(zhì)、壁厚，制造也有相應(yīng)的要求，投資較大，對于精餾規(guī)模較大的裝置，效益是明顯的。（3）加壓操作使混合物組分問相對揮發(fā)度減小，且無側(cè)線餾出口。因此，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對操作溫度控制就較為嚴(yán)格。雙效法的特點：雙效法的特點：ICI中低壓Lurgi中低壓高壓反應(yīng)壓力（MPa)5-105-1032反應(yīng)溫度（℃）230－270240－265370－410空速（h-1)6000-80008000-1500030000-40000催化劑CuO-ZnO-Al2O3CuO-ZnO-Al2O3-V2O5ZnO-Cr2O3催化床最大溫降（℃）314－11催化劑壽命>1>1>3CO單程轉(zhuǎn)化率15-2050CO總利用率85-9090特點能耗低，成本低，產(chǎn)品純度高能耗更低，反應(yīng)溫度最佳材質(zhì)苛刻，投資高，能耗物耗高ICI中低壓Lurgi中低壓高壓反應(yīng)壓力（MPa)5-105一、合成單元開停車操作以低壓法甲醇合成系統(tǒng)為例（采用列管式等溫反應(yīng)器）（一）開車操作1．開車前的準(zhǔn)備工作2．正常開車（二）停車操作1．正常停車操作2．緊急停車操作（1）蒸汽系統(tǒng)故障緊急停車操作（2）冷卻水突然中斷緊急停車操作（3）儀表風(fēng)突然中斷緊急停車操作（4）突然停電緊急停車操作（5）原料氣突然中斷緊急停車操作任務(wù)五正常生產(chǎn)操作一、合成單元開停車操作任務(wù)五正常生產(chǎn)操作二、合成單元正常生產(chǎn)操作1．正常操作（1）調(diào)整穩(wěn)定好系統(tǒng)的負(fù)荷。（2）控制好系統(tǒng)壓力，保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。（3）根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷，相應(yīng)調(diào)整好循環(huán)量。（4）控制好合成塔入口CO2，CO含量，從而穩(wěn)定新鮮氣的H/C。（5）控制好汽包壓力，穩(wěn)定觸媒床層溫度，保證觸媒安全運行，并穩(wěn)定副產(chǎn)蒸汽量。（6）控制穩(wěn)定好汽包、甲醇分離器液位。任務(wù)五正常生產(chǎn)操作二、合成單元正常生產(chǎn)操作任務(wù)五正常生產(chǎn)操作二、合成單元正常生產(chǎn)操作2．日常工作（1）總控隨時注意所有指示，記錄儀表，二小時記錄一次，每二小時現(xiàn)場巡檢一次，檢查設(shè)備運轉(zhuǎn)情況，各動靜密封點的嚴(yán)密性，發(fā)現(xiàn)問題立即通知總控室及班長。（2）巡檢內(nèi)容如下：第一站：合成系統(tǒng)。檢查各機泵的運行狀況，如電流、壓力、溫度、潤滑油及備用情況；檢查各靜設(shè)備的液位、溫度、壓力等參數(shù)；檢查跑冒滴漏情況。第二站：甲醇罐區(qū)。檢查各機泵的運行狀況，如電流、壓力、溫度、潤滑油及備用情況；檢查各儲罐的液位、壓力、溫度、氮封等情況，檢查跑冒滴漏情況。第三站：循環(huán)機。檢查循環(huán)壓縮機的轉(zhuǎn)速、振動、潤滑油系統(tǒng)運行情況；檢查各靜設(shè)備的溫度、壓力、液位等參數(shù)；檢查跑冒滴漏情況。第四站：粗甲醇精餾系統(tǒng)。檢查各機泵運行狀，如電流、壓力、溫度、潤滑油及備用情況；檢查各靜設(shè)備的液位、壓力、溫度等參數(shù)；檢查跑冒滴漏情況。

任務(wù)五正常生產(chǎn)操作二、合成單元正常生產(chǎn)操作任務(wù)五正常生產(chǎn)操作1.合成塔溫度升高原因分析判斷操作處理方法①汽包壓力控制過高②循環(huán)量過小，帶出熱量少③汽包液位低④入塔氣中CO含量過高，反應(yīng)激烈⑤溫度表失靈，指示假溫度①調(diào)整汽包壓力在指標(biāo)范圍內(nèi)②加大循環(huán)量③適當(dāng)加大軟水入汽包量④適當(dāng)降低CO含量⑤聯(lián)系儀表維修，校正溫度計任務(wù)六異常生產(chǎn)現(xiàn)象的判斷和處理1.合成塔溫度升高原因分析判斷操作處理方法①汽包壓力控制過高2.合成塔溫度突然降低原因分析判斷操作處理方法①CO含量突然降低②帶醇①減小循環(huán)量，同時通知造氣崗位②放低醇分器液位，減小循環(huán)量，啟用電加熱器任務(wù)六異常生產(chǎn)現(xiàn)象的判斷和處理2.合成塔溫度突然降低原因分析判斷操作處理方法①CO含量突3.合成塔壓力升高原因分析判斷操作處理方法①催化劑層溫度低，反應(yīng)狀態(tài)惡化②負(fù)荷增大③惰性氣體含量增大，反應(yīng)差④氫碳比失調(diào)，合成反應(yīng)差①適當(dāng)提高催化劑溫度②負(fù)荷增大后，其他工藝指標(biāo)相應(yīng)調(diào)整③開大吹除氣體，降低惰性氣體含量④聯(lián)系變換崗位作相應(yīng)調(diào)整任務(wù)六異常生產(chǎn)現(xiàn)象的判斷和處理3.合成塔壓力升高原因分析判斷操作處理方法①催化劑層溫度低，4.壓差過大原因分析判斷操作處理方法①催化劑局部燒結(jié)或粉化②閥門開得太小或閥頭脫落③設(shè)備內(nèi)件損壞，零部件堵塞氣體管道④循環(huán)量過大①停車更換，調(diào)整工藝指標(biāo)②將閥門開大或停車檢修③停車檢查、更換、清理④減小循環(huán)量任務(wù)六異常生產(chǎn)現(xiàn)象的判斷和處理4.壓差過大原因分析判斷操作處理方法①催化劑局部燒結(jié)或粉化①5.醇分離器液位突然上漲原因分析判斷操作處理方法①放醇閥閥頭脫落，醇送不出去②系統(tǒng)負(fù)荷增大，而放醇閥未相應(yīng)開大③輸醇管被蠟堵塞④液位計失靈，發(fā)出假液位指示①開旁路閥或停車檢修②開大放醇閥③停車處理④聯(lián)系儀表維修，校正液位計任務(wù)六異常生產(chǎn)現(xiàn)象的判斷和處理5.醇分離器液位突然上漲原因分析判斷操作處理方法①放醇閥閥頭6.催化劑中毒及老化原因分析判斷操作處理方法①原料氣中硫化物、氯化物超標(biāo)②氣體中含油水，覆蓋在催化劑表面③催化劑長期處高溫下，操作波動頻繁①加強精制脫硫效果，嚴(yán)格控制氣體質(zhì)量②各崗位加強油水排放③保持穩(wěn)定操作任務(wù)六異常生產(chǎn)現(xiàn)象的判斷和處理6.催化劑中毒及老化原因分析判斷操作處理方法①原料氣中硫化物本章結(jié)束本章結(jié)束項目四甲醇的生產(chǎn)項目四甲醇的生產(chǎn)教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：1．了解甲醇的性質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求、用途及其生產(chǎn)方法；2．了解原料的來源，合成氣的制取方法；3．理解甲醇合成的生產(chǎn)原理和影響因素；4．掌握甲醇生產(chǎn)條件的確定、控制及常見異?，F(xiàn)象的分析、判斷和處理方法；5．掌握工藝流程圖及主要設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)；6．掌握生產(chǎn)過程中的安全、衛(wèi)生防護(hù)、設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)知識。能力目標(biāo)：

通過本項目的學(xué)習(xí)和工作任務(wù)的訓(xùn)練，能進(jìn)行生產(chǎn)方法的選擇；能根據(jù)生產(chǎn)原理進(jìn)行生產(chǎn)條件的確定和工業(yè)生產(chǎn)的組織；能認(rèn)真執(zhí)行工藝規(guī)程和崗位操作方法，完成甲醇生產(chǎn)裝置的開停車及正常操作，并對異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析、判斷和處理。教學(xué)目標(biāo)

學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)一生產(chǎn)方法的選擇任務(wù)二生產(chǎn)準(zhǔn)備任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件任務(wù)四生產(chǎn)工藝流程的組織任務(wù)五正常生產(chǎn)操作任務(wù)六異常生產(chǎn)現(xiàn)象的判斷和處理

學(xué)習(xí)任務(wù)甲醇最早是由木材和木質(zhì)素干餾制得，俗名又稱木醇或木精。中壓法：10~15MPa，耐高壓Cu-Zn-Al高壓法：1923年，BASF實現(xiàn)工業(yè)化，

300~400℃，30~50MPa，Zn-Cr催化劑低壓法：1966年，ICI工藝1971年,Lurgi工藝230-270℃，5MPa，Cu-Zn-Cr或Cu-Zn-Al1．甲烷氧化法

CH4+O2→CH3OH2．合成氣生產(chǎn)甲醇

CO+2H2→CH3OH任務(wù)一生產(chǎn)方法的選擇甲醇最早是由木材和木質(zhì)素干餾制得，俗名又稱木醇開始以煤為主要原料。20世紀(jì)50年代開始，天然氣成為主要原料。天然氣、石油、煤為原料的相對成本比為100:140:150。目前，世界約70%的甲醇以天然氣為原料。從長遠(yuǎn)來看，煤將占主導(dǎo)地位?，F(xiàn)在，凡含有碳素的固體、液體和氣體均可轉(zhuǎn)化為碳的化合物，再以人工合成法制取甲醇。原料路線：任務(wù)一生產(chǎn)方法的選擇開始以煤為主要原料。原料路線：任務(wù)一生產(chǎn)方法的選擇1.甲醇用途傳統(tǒng)用途：廣泛用于有機合成，如甲醛、醋酸、農(nóng)藥、染料、合成纖維、合成橡膠等。新興用途：

清潔燃料甲醇蛋白以甲醇為原料生產(chǎn)烯烴和汽油……甲醇是一種基本有機化工原料，其產(chǎn)量僅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。任務(wù)二生產(chǎn)準(zhǔn)備1.甲醇用途傳統(tǒng)用途：廣泛用于有機合成，如

物性：甲醇（CH3OH）是最簡單的飽和一元醇，常溫常壓下為無色、略帶乙醇香味的可燃性液體，常壓沸點64.8℃。溶解性：能與水、乙醇、醚、苯酮類和其它有機溶劑混合；能與多種化合物形成共沸物；且能溶解許多氣體，如CO2，H2S，CO等。毒性：飲入10mL可使人失明，30mL能致人死亡，空氣中允許最高濃度為0.05mg/L。爆炸性：甲醇蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限為6.0%～36.5%（體積）。2.甲醇性質(zhì)任務(wù)二生產(chǎn)準(zhǔn)備物性：甲醇（CH3OH）是最簡單的飽和一元醇，常溫常壓下為一、生產(chǎn)甲醇的原理1．主、副反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)：△H0298=-90.8KJ/mol△H0298=-49.5KJ/mol任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件一、生產(chǎn)甲醇的原理1．主、副反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)：△H02這些副反應(yīng)產(chǎn)物還可以進(jìn)一步脫水、縮水、?；蛲上N、酯類、酮類等。當(dāng)催化劑中含有堿性化合物時，這些化合物生成更快。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件這些副反應(yīng)產(chǎn)物還可以進(jìn)一步脫水、縮水、?；蛲狈磻?yīng)的危害：副反應(yīng)不僅消耗原料，而且影響粗甲醇的質(zhì)量和催化劑的壽命。特別是生成甲烷的反應(yīng)，是一個強放熱反應(yīng)，不利于操作控制。生成的甲烷不能隨產(chǎn)品冷凝，存在于循環(huán)系統(tǒng)中，不利于主反應(yīng)的化學(xué)平衡和反應(yīng)速率。這些副反應(yīng)在熱力學(xué)上均比主反應(yīng)有利。因此，必須選擇活性高、選擇性好的催化劑以抑制副反應(yīng)的發(fā)生。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件副反應(yīng)的危害：這些副反應(yīng)在熱力學(xué)上均比主T<300℃，T↓或P↑，△H↑幅度很大；低P高T時，△H變化小。說明低于300℃下操作比在高溫下操作要求嚴(yán)格，T或P有波動時易失控；而選擇20MPa，300～400℃，反應(yīng)易控制。2.反應(yīng)熱效應(yīng)任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件T<300℃，T↓或P↑，△H↑幅度很大；2.反應(yīng)熱3.平衡常數(shù)加壓下氣體的性質(zhì)用逸度表示：

低溫對反應(yīng)有利；甲醇合成主反應(yīng)是分子數(shù)減少最多的反應(yīng)，所以高壓對主反應(yīng)有利；從熱力學(xué)角度分析，溫度降低，所需壓力可相應(yīng)降低。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件3.平衡常數(shù)加壓下氣體的性質(zhì)用逸度表示：低溫對反應(yīng)有利；4．催化劑（1）ZnO-Cr2O3，活性低，所需反應(yīng)溫度高380~400℃，為提高轉(zhuǎn)化率必須在高壓下進(jìn)行。（2）1966，銅基催化劑

，活性高，適宜溫度230~270℃，可以在低壓下合成甲醇。正是因為找到了高效脫硫劑，并且改進(jìn)了甲醇合成塔結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)溫度能夠嚴(yán)格控制，延長了催化劑的使用壽命。使低壓法實現(xiàn)了工業(yè)化。C.我國目前廣泛使用的C301型Cu基催化劑：CuO45~55%，ZnO25~35%，Al2O32~6%。B.CuO-ZnO-Al2O3A.CuO-ZnO-Cr2O3鉻對人體有害任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件4．催化劑（1）ZnO-Cr2O3，活性低，所需反應(yīng)溫度高1.反應(yīng)溫度二、工藝條件的選擇可逆放熱反應(yīng)，具有最適宜溫度不同的移熱方式對應(yīng)不同的工藝流程。實際生產(chǎn)中的操作溫度取決于催化劑、壓力、原料氣組成、空速和設(shè)備使用情況等。高壓法：380～400℃；低、中壓：240～270℃。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件1.反應(yīng)溫度二、工藝條件的選擇可逆放熱反應(yīng)，具有最適宜溫度2.反應(yīng)壓力主反應(yīng)是摩爾數(shù)減少最多而平衡常數(shù)最小的反應(yīng)，因此增加壓力對提高甲醇的平衡濃度和加快主反應(yīng)速率都是有利的。但是增加壓力要消耗能量，而且還受設(shè)備強度限制，因此需要綜合各項因素確定合理的操作壓力。ZnO-Cr2O3：反應(yīng)溫度高，必須采用高壓；銅基催化劑，反應(yīng)溫度較低，壓力降至5~10Mpa。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件2.反應(yīng)壓力主反應(yīng)是摩爾數(shù)減少最多而平衡常數(shù)最小的反應(yīng)，因3.原料氣組成（1）H2/COH2:CO的化學(xué)計量比為2:1。但實踐證明CO含量高，對溫度控制不利，還會引起羰基鐵在催化劑上的積聚。生產(chǎn)一般采用H2過量?？梢砸种聘呒壌肌⒏呒墴N和還原性物質(zhì)的生成，提高粗甲醇的濃度和純度。因氫的導(dǎo)熱性能好，過量的H2有利于防止局部過熱和控制整個催化劑床層的溫度。H2過量反應(yīng)速度快，CO轉(zhuǎn)化率高。但是，氫過量太多會降低設(shè)備的生產(chǎn)能力。低壓法甲醇合成，一般控制H2:CO=(2.2~3.0):1。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件3.原料氣組成（1）H2/COH2:CO的化學(xué)計量比為2任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件（2）CO2CO2比熱容，加氫熱效應(yīng)小，所以原料氣中有一定含量CO2時，可降低反應(yīng)峰值溫度。低壓法合成甲醇，含CO25%時甲醇收率最高。二氧化碳的存在也可抑制二甲醚的生成。氮、甲烷等使H2及CO分壓降低，轉(zhuǎn)化率下降。一般控制循環(huán)氣量為新鮮原料氣量的3.5~6倍。高產(chǎn)——低惰氣含量；低耗——高惰氣含量（3）惰性氣體任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件（2）CO2CO2比熱容，加氫熱效應(yīng)小，所以原料氣中有一4.空間速度低空速：加劇副反應(yīng)，生產(chǎn)能力低高空速：甲醇純度高，生產(chǎn)能力大，有利于反應(yīng)熱的移出；但空速太高，甲醇濃度太低難分離。循環(huán)氣量增加，甚至帶出熱量太多，造成合成塔內(nèi)的催化劑溫度難以控制。低壓法10000~20000h-1，高壓法35000~40000h-1。任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件4.空間速度低空速：加劇副反應(yīng)，生產(chǎn)能力低任務(wù)三應(yīng)空間速度/h-1CO轉(zhuǎn)化率/%粗甲醇產(chǎn)量/m3/（m3催化劑·h）2000050.125.83000041.526.14000032.228.4任務(wù)三應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件空間速度/h-1CO轉(zhuǎn)化率/%粗甲醇產(chǎn)量/2000050.1（一）生產(chǎn)工序任務(wù)四生產(chǎn)工藝流程的組織（一）生產(chǎn)工序任務(wù)四生產(chǎn)工藝流程的組織說明：調(diào)節(jié)原料氣的組成，使氫碳比符合要求如果原料氣中CO含量過高（如煤、重油），則變換，增加了有效組分氫氣，若造成CO2多余，也比較容易脫除。當(dāng)氫多碳少時（如以甲烷為原料），則在制造原料氣時，還要補碳，一般采用二氧化碳，與原料同時進(jìn)入設(shè)備。說明：調(diào)節(jié)原料氣的組成，使氫碳比符合要求如果原料氣中CO含量（二）低壓法合成甲醇工藝流程ICI法1－加熱爐；2－轉(zhuǎn)化爐；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－分離塔；19，22－再沸塔；20－甲醇精餾塔；23－CO2吸收塔（二）低壓法合成甲醇工藝流程ICI法1－加熱爐；2－轉(zhuǎn)化爐有機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作教學(xué)課件（1）設(shè)計要求

a.維持適宜反應(yīng)溫度，確保優(yōu)化確定的轉(zhuǎn)化率、選擇性和空速。避免催化劑燒結(jié)，關(guān)鍵是移走反應(yīng)熱，避免飛溫。b.使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力盡可能大。c.流體阻力盡可能小

d.結(jié)構(gòu)簡單，便于裝卸催化劑。e.充分利用反應(yīng)余熱，降低能耗

f.便于操作控制和工藝參數(shù)調(diào)節(jié)

（三）甲醇合成塔（1）設(shè)計要求（三）甲醇合成塔（2）反應(yīng)器類型根據(jù)移走熱量的方式：等溫式、絕熱式根據(jù)冷卻方式：直接冷卻——冷激式間接冷卻——列管式（2）反應(yīng)器類型根據(jù)移走熱量的方式：等溫式、絕熱式a.冷激式絕熱反應(yīng)器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)能力較大、催化劑裝卸方便缺點：床層軸向溫差大床層阻力大、能耗大、反應(yīng)速度減小，催化劑壽命也短a.冷激式絕熱反應(yīng)器有機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作教學(xué)課件b.列管式等溫反應(yīng)器

特點：（1）可通過調(diào)節(jié)蒸汽壓力來控制溫度，催化層溫度分布均勻，可防止催化劑局部過熱，延長使用壽命，同時副反應(yīng)大大減少。（2）單程轉(zhuǎn)化率高，循環(huán)氣量少，設(shè)備管道尺寸小，能耗低

（3）副產(chǎn)中壓蒸汽（4）合成塔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝卸催化劑不太方便。b.列管式等溫反應(yīng)器特點：（四）粗甲醇的精餾分離(1)雙塔精餾（四）粗甲醇的精餾分離(1)雙塔精餾預(yù)精餾塔①作用:脫除輕組分有機雜質(zhì)以及溶解的合成氣。加水萃取，脫除與甲醉沸點相近的輕餾分，以及分離與甲醇沸點接近的甲醇-烷烴共沸物。如對精甲醇中乙醇含量有特殊要求時，則預(yù)精餾塔對乙醇的共沸物有部分脫除的作用。②兩級冷凝：第一級冷凝溫度較高，減少返回塔內(nèi)的輕組分；第二級則為常溫，盡可能回收甲醇。B.主精餾塔一般采用板式塔，需75~85層塔板。預(yù)精餾塔有機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作教學(xué)課件有機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作教學(xué)課件(2)雙效法三塔精餾(2)雙效法三塔精餾（1）采用兩個主精餾塔，第一主精餾塔加壓蒸餾，壓力為0.56~0.6MPa，第一塔塔頂汽相的冷凝潛熱可用作常壓塔塔釜再沸器的熱源，不僅節(jié)省了加熱蒸汽，也節(jié)省了冷卻用水，較雙塔流程節(jié)約熱能30％~40％左右，有效利用了能量。兩個主精餾塔塔板數(shù)增加一倍，分離效率大大提高。（2）加壓塔對于向塔內(nèi)提供熱源的蒸汽要求較高，對受壓容器的材質(zhì)、壁厚，制造也有相應(yīng)的要求，投資較大，對于精餾規(guī)模較大的裝置，效益是明顯的。（3）加壓操作使混合物組分問相對揮發(fā)度減小，且無側(cè)線餾出口。因此，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對操作溫度控制就較為嚴(yán)格。雙效法的特點：雙效法的特點：ICI中低壓Lurgi中低壓高壓反應(yīng)壓力（MPa)5-105-1032反應(yīng)溫度（℃）230－270240－265370－410空速（h-1)6000-80008000-1500030000-40000催化劑CuO-ZnO-Al2O3CuO-ZnO-Al2O3-V2O5ZnO-Cr2O3催化床最大溫降（℃）314－11催化劑壽命>1>1>3CO單程轉(zhuǎn)化率15-2050CO總利用率85-9090特點能耗低，成本低，產(chǎn)品純度高能耗更低，反應(yīng)溫度最佳材質(zhì)苛刻，投資高，能耗物耗高ICI中低壓Lurgi中低壓高壓反應(yīng)壓力（MPa)5-105一、合成單元開停車操作以低壓法甲醇合成系統(tǒng)為例（采用列管式等溫反應(yīng)器）（一）開車操作1．開車前的準(zhǔn)備工作2．正常開車（二）停車操作1．正常停車操作2．緊急停車操作（1）蒸汽系統(tǒng)故障緊急停車操作（2）冷卻水突然中斷緊急停車操作（3）儀表風(fēng)突然中斷緊急停車操作（4）突然停電緊急停車操作（5）原料氣突然中斷緊急停車操作任務(wù)五正常生產(chǎn)操作一、合成單元開停車操作任務(wù)五正常生產(chǎn)操作二、合成單元正常生產(chǎn)操作1．正常操作（1）調(diào)整穩(wěn)定好系統(tǒng)的負(fù)荷。（2）控制好系統(tǒng)壓力，保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。（3）根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷，相應(yīng)調(diào)整好循環(huán)量。（4）控制好合成塔入口CO2，CO含量，從而穩(wěn)定新鮮氣的