應(yīng)用化工技術(shù)畢業(yè)設(shè)計（論文）_甲醇合成技術(shù)的研究進展

1、酒 泉 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計論 文 2021 級 應(yīng)用化工技術(shù) 專業(yè)題 目： 甲醇合成技術(shù)的研究進展 畢業(yè)時間： 2021年6月 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 班 級： 2021應(yīng)化1班 2011 年 6月20日酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆各專業(yè)畢業(yè)論文設(shè)計成績評定表姓名班級2021應(yīng)化1班專業(yè)應(yīng)用化工技術(shù)指導(dǎo)教師第一次指導(dǎo)意見查閱的文獻比擬早，應(yīng)該多查一些最近幾年的研究。文章中還差前面的緒論局部和結(jié)語局部，修改的時候把它們補上去，目錄不適宜，建議修改完成后最后再做目錄。第一局部的格式已經(jīng)改正來了，后面的按照格式要求進行改正，注意文章當中的上下標問題，還有就是標點符號的用法。 2011

2、年5月28日指導(dǎo)教師第二次指導(dǎo)意見文章標題的格式按要求過來，其他的格式按照“論文攥寫標準進行改正。還有目錄不適宜，重新做。2011年5月 31日指導(dǎo)教師第三次指導(dǎo)意見 正文中所有英文和數(shù)字用“Times New Roman字體，所有漢字用“宋體，還有分子式的下標要寫清楚，個別標點符號不適宜，都已經(jīng)標注出來，請改正。還有其他用紅色標注出來的為有錯誤的地方，下去后在查閱原文獻進行改正。后面格式不要變，個別標點符號、上下標按要求改正來。 2011年6月11日指導(dǎo)教師評語及評分在畢業(yè)設(shè)計過程中，根本能與指導(dǎo)老師保持聯(lián)系，根據(jù)階段要求，根本能按時提交相關(guān)文檔。選題與本專業(yè)方向相關(guān)，符合要求。選題難度中等

3、，要完成好，那么工作量較大。文獻綜述的閱讀量和相關(guān)性根本符合要求，文獻綜述根本能清楚表達原文獻的相關(guān)觀點。根本能運用所學(xué)理論和有關(guān)專業(yè)知識，有一定的分析、解決問題能力。同意辯論。成績： 中等 簽字蓋章 2021年 6月 15 日辯論小組評價意見及評分 成績： 簽字蓋章 年 月 日教學(xué)系畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)小組意見 簽字蓋章 年 月 日學(xué)院畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)委員會審核意見簽字蓋章 年 月 日說明：1、以上各欄必須按要求逐項填寫.。2、此表附于畢業(yè)論文 (設(shè)計)封面之后。摘要介紹了近年國內(nèi)甲醇產(chǎn)業(yè)最新開展情況，特別對煤基甲醇和以它為原料生產(chǎn)低碳烯烴作了比擬詳細論述。煤基甲醇制乙烯和丙烯在我國具有重要意義

4、，2006年我國甲醇表觀消費量達800萬噸，2007年需求量將達900萬噸以上，今后幾年還將以每年8%-10%的速度增長。甲醇生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的快速增長、特別是煤基甲醇的興起已引起關(guān)注。預(yù)計，煤基甲醇為原料生產(chǎn)乙烯、丙烯和作為新型燃料以及相關(guān)技術(shù)，在中國具有璀璨的開展空間和廣闊的市場前景。關(guān)鍵詞：甲醇，煤氣化，燃料，烯烴前言甲醇是極為重要的有機化工原料和潔凈液體燃料，是碳一化工的根底產(chǎn)品。固體原料煤炭、液體原料石腦油和渣油、氣體原料天然氣和油田氣或煤層氣等經(jīng)局部氧化法或蒸汽轉(zhuǎn)化法制得合成氣。合成氣得主要成分是CO和 H2，它們在催化劑作用下可制得甲醇。由于醇及其衍生物有著廣泛的用途，世界各國都把

5、甲醇作為碳一化工的重要研究領(lǐng)域。現(xiàn)在甲醇已成為新一代能源的重要起始原料，可生產(chǎn)一系列深度加工產(chǎn)品，并成為碳一化工的突破口。在石油資源緊缺以及清潔能源、環(huán)保需求的情況下，以煤為原料生產(chǎn)甲醇，有望成為實現(xiàn)煤的清潔利用，彌補石油能源缺乏的途徑。一、天然氣制甲醇合成氣工藝及進展一天然氣添加CO2一段蒸汽轉(zhuǎn)化蒸汽轉(zhuǎn)化工藝SMR是天然氣制合成氣的典型工藝，是在催化劑存在及高溫條件下，使甲烷與水蒸氣反響，生成H2、CO等混和氣，該反響是強吸熱的，需要外界供熱。但以此法制得的合成氣生產(chǎn)甲醇一個突出的弊病是氫過量，可用反響式來描述：轉(zhuǎn)化反響：CH4+H2O=CO+3H2CH4+2H2O=CO2+4H2CH4+C

6、O2 =2CO+2H2CO+H2O=CO2+H2合成反響：CO+2H2=C2H3OH-Q可見，不管是CO還是CO2，每生成1mol甲醇就多余1mol氫氣，解決的方法是將多余的氫別離出去，也可補入適量的CO2。CO2的添加量與在不同溫度和壓力下與CH4-CO2-H2O物系的平衡有關(guān)。補加CO2后解決了天然氣生產(chǎn)甲醇的氫多、碳少的缺乏，節(jié)省了原料天然氣。天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制備甲醇原料氣，有多種工藝流程與轉(zhuǎn)化爐型，丹麥Tops法、英國帝國化學(xué)工業(yè)公司ICI等。這幾種方法在爐型與燒嘴結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別，但在工藝流程上都大同小異，都包括轉(zhuǎn)化爐、原料預(yù)熱及余熱回收等裝置。目前，此法技術(shù)已相當成熟，有針對此法的

7、各種節(jié)能型催化劑的研究，且不少已用于工業(yè)實踐。二天然氣與CO2催化轉(zhuǎn)化CO2與CH4反響可用來生成富含CO的合成氣，既可解決常用的天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制合成氣在許多場合下的氫過剩問題，又可實現(xiàn)CO2的減排。該反響方程式如下：CO2+CH4=2CO+2H2按該反響式計，H2/CO理論值為1/1。這是個熱效應(yīng)比蒸汽轉(zhuǎn)化反響更大的強吸熱反響，從熱力學(xué)計算可知，只有溫度645才是熱力學(xué)可行的，然而過高的反響溫度不僅會造成高能耗，對反響器材質(zhì)也提出了更高的要求。而且CH4與CO2的反響更容易在催化劑上結(jié)炭。降低反響溫度、減少能耗的最有效方法就是選擇適宜的催化劑。為此長期以來對CO2與CH4催化轉(zhuǎn)化(Spra

8、g工藝)制合成氣的研究主要集中在改良現(xiàn)有鎳基轉(zhuǎn)化催化劑、開發(fā)新型抗結(jié)炭催化劑和優(yōu)化反響條件等，國內(nèi)外就此開展了廣泛的研究。如Topsre公司開發(fā)成功了硫鈍化的鎳催化劑，經(jīng)過中試和擴大試驗，結(jié)果說明Sparg工藝制合成氣的技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理。三兩段轉(zhuǎn)化法1常規(guī)兩段蒸汽轉(zhuǎn)化法這是國內(nèi)外廣泛采用的方法，即一段爐采用蒸汽轉(zhuǎn)化，兩段爐用空氣、富氧或純氧轉(zhuǎn)化。采用一段爐、兩段爐串聯(lián)的工藝，無需經(jīng)轉(zhuǎn)化爐前或爐后添加二氧化碳，就可到達合成甲醇原料氣成分的要求。兩段爐為體積很大的方箱式爐，內(nèi)裝催化劑管束，管外用燃料明火加熱，以提供催化反響所需熱量。燃燒后的煙氣溫度很高，一般在1000左右，通過對各種原料的加熱，

9、廢熱鍋爐產(chǎn)氣等余熱利用，其能量得到合理利用，最終煙氣排出的溫度不低于140。國內(nèi)引進和自建的大型化肥、甲醇、制氫裝置根本上都采用此工藝。2純氧換熱轉(zhuǎn)化工藝 兩段轉(zhuǎn)化工藝的運轉(zhuǎn)說明，離開兩段爐的合成氣中所帶熱量與一段蒸氣轉(zhuǎn)化所需的熱量相差不大，有可能利用前者來替代向一段轉(zhuǎn)化供熱的燃燒爐，這樣既可節(jié)約投資，又可使能量的利用更為合理。中國成達化學(xué)工程公司據(jù)此于20世紀90年代在國內(nèi)率先推出純氧換熱轉(zhuǎn)化工藝。該工藝利用來自兩段轉(zhuǎn)化爐的高溫工藝氣體提供一段轉(zhuǎn)化反響所需的熱源，從而實現(xiàn)大幅度減少燃料天然氣的目的。同時該工藝也解決了氫、碳不平衡問題，在兩段爐添加純氧，相當于在兩段爐補入CO2(反響式如下)，

10、調(diào)節(jié)兩段爐的燃燒量，即可實現(xiàn)氧碳平衡，到達節(jié)省原料天然氣的目的。CH4+2O2=CO2+2H2O純氧換熱轉(zhuǎn)化工藝對于需要燒天然氣副產(chǎn)高壓蒸汽的大型甲醇廠或天然氣與電的價格比擬低的地方，并沒有什么優(yōu)越性。同時該技術(shù)開工難度比擬大，所以并沒有推廣普及。除了成達公司的純氧換熱轉(zhuǎn)化工藝，英國的ICI公司也據(jù)此開發(fā)成功了氣體加熱轉(zhuǎn)化(GHR)工藝。Kellogg公司開發(fā)的KRES工藝是基于GHR工藝相同的原理，但將原料氣分為兩股，分別進入蒸汽轉(zhuǎn)化器與自熱轉(zhuǎn)化器，這樣可以更方便地平衡兩個反響器的熱量。此外，Tops、KTI等公司也開發(fā)了類似的工藝，且都實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。應(yīng)該指出，此類工藝由于取消了轉(zhuǎn)化爐的火

11、房，故高壓蒸汽供給量將缺乏，需向甲醇裝置供入電能或另行設(shè)置燃氣透平以補充合成氣壓縮機所需要的能量。四甲烷局部氧化從20世紀90年代以來，天然氣局部氧化制合成氣成為人們研究的熱點。甲烷局部氧化法是由甲烷與氧氣進行不完全氧化生成合成氣。又分為非催化氧化和催化氧化。1非催化局部氧化非催化氧化工藝(POX)以CH4、O2的混和氣為原料在10001500反響，伴有燃燒反響進行：CH4+1/2O2=CO+2H2OCH4+2O2=CO2+2H2O由于沒有催化劑，需要很高反響溫度，因此反響器材要求苛刻，需要很復(fù)雜的熱回收裝置來回收反響熱和除塵。其典型代表有Texaco法和Shell法。2催化局部氧化甲烷催化局

12、部氧化(CPOX)是在非催化局部氧化的根底上開展起來的一種合成氣制造工藝。CPOX工藝的反響器主要有固定床微反響器、蜂窩反響器和流化床反響器等。催化局部氧化工藝是在以活性組分Ni、Rh和Pt等為主的負載型催化劑存在下，氧氣和天然氣進行局部氧化生成CO和H2，該反響可在較低溫度750800下到達90%以上的熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化：2CH4+O2=2CO+4H2這一過程具有許多優(yōu)點：放熱反響，能耗低；放熱量小，反響溫度低，易控制；反響生成n(H2)/n(CO)=2的合成氣，便于直接合成甲醇；反響速度快，反響器體積小。但假設(shè)用傳統(tǒng)的空氣液化別離法制取氧氣，那么能耗太高，最近國外正在研制一種陶瓷膜，可在高溫下

13、從空氣中別離出純氧，這將防止N2進入合成氣，并降低能耗。二 、甲醇合成反響器的分析與選擇一國外主要甲醇合成反響器國外應(yīng)用開發(fā)最早、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛的甲醇反響器當屬ICI和Lurgi的低壓反響器。在克服ICI和Lurgi缺陷的根底上，日本東洋公司等開發(fā)的MRF系列反響器逐漸在國內(nèi)外的一些中型甲醇裝置上得到推廣。1ICI冷激型反響器ICI冷激型甲醇合成塔是針對使用51-1型銅基催化劑的時空產(chǎn)率低、催化劑用量大、床層控溫困難、催化劑易失活等缺陷而開發(fā)的一種絕熱型軸向流動的低壓合成反響器，其結(jié)構(gòu)簡單，由塔體、噴頭、菱形分布器等組成。合成氣預(yù)熱到230250進入反響器，段間用菱形分布器將冷激氣噴入床

14、層中間降溫。根據(jù)規(guī)模大小，反響器一般有36個床層，典型的是4個，上面3個為分開的軸向流床。最下方為軸-徑向流床，在5MPa、230270條件下合成甲醇。與高壓反響器相比，該類反響器的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，塔內(nèi)未設(shè)置電加熱器或換熱器，催化劑利用效率較高；由于采用菱形分布器，保證了反響氣體和冷激氣體的均勻混合，使同一床層溫差控制變得容易；適用于大型化甲醇裝置，易于安裝維修；高活性、高選擇性催化劑選擇余地大，可使用國內(nèi)外生產(chǎn)的多種型號催化劑，如美國UCIC79-2和G106催化劑， ICI生產(chǎn)的ICI51-1、51-2、51-3催化劑，西南化工研究院開發(fā)的C302和蘭化院生產(chǎn)的NC系列催化劑等。該類反響

15、器的缺點是：床層溫度隨其高度的變化而不同，床層溫度波動較大，致使不同高度的催化劑活性不同，催化劑的整體活性不能有效發(fā)揮，其時空產(chǎn)率和經(jīng)濟效益表現(xiàn)較低；溫度控制不好時，易導(dǎo)致催化劑局部過熱而影響催化劑的使用壽命；反響器結(jié)構(gòu)松散，出口的甲醇濃度低，導(dǎo)致大局部原料氣不能參與合成反響，必須保持10倍左右的循環(huán)氣量，壓縮功能耗高(約占總能耗的24% )，同時相同產(chǎn)能的反響器體積比Lurgi反響器大，其一次性投資也比Lurgi的多； 能源利用不合理，不能回收反響熱，產(chǎn)品綜合能耗較高； 催化劑時空產(chǎn)率不高，用量大。2Lurgi管殼型甲醇合成塔德國Lurgi公司開發(fā)設(shè)計的管殼式甲醇合成反響器是一種軸向流動的低

16、壓反響器。該反響器采用管殼式結(jié)構(gòu)，操作條件是:壓力5. 27MPa，溫度230255。反響器內(nèi)部類似列管式換熱器，列管內(nèi)裝催化劑，管外為沸騰水，反響熱很快被沸水移走。2種氣體分別呈軸向流動。合成塔殼程的鍋爐水是自然循環(huán)的，通過控制沸騰水的蒸汽壓力，可以保持恒定的反響溫度。這種合成塔溫度幾乎是恒定的，從而有效地抑制了副反響，延長了催化劑的使用壽命。該塔使用高含量銅基催化劑時，可到達較高的單程轉(zhuǎn)化率，其最大生產(chǎn)能力為1500 t/d。根據(jù)國內(nèi)應(yīng)用的情況來看，大局部催化劑均可使用，對生產(chǎn)影響不大。1與ICI反響器相比，該反響器的優(yōu)點是：熱量利用合理，可副產(chǎn)大量低壓蒸汽，每噸甲醇最大可產(chǎn)4 MPa蒸汽

17、，可用于驅(qū)動離心式壓縮機，也可用于天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化，滿足甲醇裝置的蒸汽需求，裝置投產(chǎn)后不需外供蒸汽；合成反響幾乎是在等溫條件下進行，反響器除去有效的熱量，可允許較高的CO氣體，采用低循環(huán)氣流限制了最高反響溫度，使反響等溫進行，副反響少，粗甲醇雜質(zhì)少，用雙塔精餾技術(shù)精制即可到達國家標準；催化劑床層溫度容易控制，不同床層的溫差較小，操作平穩(wěn)；出口甲醇濃度較高(甲醇含量約7% )，總的循環(huán)氣量比ICI幾乎少1/2；同產(chǎn)能下，催化劑用量較少。2該反響器的缺點是：其殼體和管板、反響管之間采用焊接結(jié)構(gòu)，為消除熱應(yīng)力，對塔體的制造、材料要求均比擬高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，維護本錢高；因采用列管式，列管占用了反

18、響器大量的空間，使得催化劑的裝填量僅占反響器的30%；由于管內(nèi)外傳熱溫差較小，所需傳熱面積大，比冷面達125 m2/m3；該反響器用副產(chǎn)蒸汽直接從催化劑床層移熱，由于受蒸汽壓力限制，在催化劑后期難以提高使用溫度；限于列管長度，擴大生產(chǎn)時，只能增加列管數(shù)量，擴大反響器的尺寸，生產(chǎn)操作彈性較小。一般認為該反響器不能適用于大型甲醇裝置，Lurgi公司經(jīng)過改良，將合成壓力提高到710MPa，第1套2000 t/d的甲醇裝置在馬來西亞建成。2003年以前，采用該反響器建成的甲醇裝置多達21套，產(chǎn)能在10002500 t/d。即將在伊朗建成的甲醇裝置采用2套反響器串聯(lián)，將裝置產(chǎn)能提高到5000 t/d。該

19、反響器可適用于石油和天然氣原料，國內(nèi)也有用于煤原料的甲醇廠，國內(nèi)一些大型設(shè)計院可以模仿設(shè)計該類反響器。國內(nèi)山東齊魯?shù)诙蕪S、河南安陽甲醇廠(原料煤)、四川維尼綸廠、陜西榆林及河南濮陽三化(原料為天然氣)的天然氣甲醇裝置均采用該類反響器。國內(nèi)已完全能模仿設(shè)計，產(chǎn)能可以到達30萬t/a，生產(chǎn)應(yīng)用效果也不錯。3國外甲醇反響器開展趨勢1生產(chǎn)規(guī)模大型化開展的趨勢之一是單系列、大型化。德國Lurgi公司管殼式甲醇合成反響器單反響器生產(chǎn)能力可達10001500t/d，英國ICI多段冷激式甲醇合成反響器，單反響器生產(chǎn)能力可達2500t/d。據(jù)報道，Lurgi公司新開發(fā)的甲醇裝置生產(chǎn)能力可達150萬噸/年。2

20、合成催化劑高效甲醇合成催化劑的開發(fā)應(yīng)用主要經(jīng)歷了兩個階段。第一階段 為鋅-鉻催化劑，鋅-鉻催化劑活性溫度高，約為350420，由于受化學(xué)平衡的影響，需在高壓3032MPa下操作，且粗甲醇產(chǎn)品質(zhì)量較差。 第二階段 為銅-鋁催化劑，從20世紀60年代后期使用至今。其活性溫度低，約220280，可在較低壓力下操作。3節(jié)能降耗節(jié)能降耗是世界甲醇裝置一直追求并將繼續(xù)追求的目標，各國圍繞節(jié)能、降低生產(chǎn)本錢作了大量工作。由于現(xiàn)有甲醇反響器的性能根本發(fā)揮到極致，要實現(xiàn)新的節(jié)能降耗目標，還須另辟蹊徑，開發(fā)出更節(jié)能、效率更高、熱效益利用更合理的甲醇反響器，如漿態(tài)床反響器、超臨界反響器、甲烷直接轉(zhuǎn)化、生物反響器等。

21、二國內(nèi)甲醇反響器研發(fā)情況1絕熱管殼式反響器絕熱-管殼式甲醇反響器由華東理工大學(xué)開發(fā)成功，該反響器由絕熱段與管殼段組成。催化劑填充在管殼段，反響熱傳給管外的沸水，以蒸汽的形式回收熱量，通過調(diào)節(jié)蒸汽壓力來實現(xiàn)催化床的等溫分布。該反響器是基于Lurgi列管式反響器的改良型并有一定創(chuàng)新。為了解決Lurgi反響器的壁效應(yīng)問題，將原反響器的列管從38根增加到44根，高度不變，改變了床層內(nèi)徑與催化劑顆粒直徑之比，在相同產(chǎn)能時，反響器體積較小，可節(jié)約設(shè)備投資。2內(nèi)冷管殼式反響器內(nèi)冷-管殼式反響器由華東理工大學(xué)開發(fā)成功，該反響器由主反響器和副反響器組成。副反響器為內(nèi)冷反響器，主反響器為管殼式反響器。原料氣經(jīng)副反

22、響器的冷管升溫后進入主反響器的列管內(nèi)催化床，在接近等溫條件下反響，反響放出的熱量通過殼程的冷卻水撤出。反響后氣體從主反響器出來后又進入副反響器的催化層繼續(xù)反響。此時反響已進入后期，反響的溫度低于主反響器催化床的反響溫度，對化學(xué)平衡比擬有利。該反響器有助于提高產(chǎn)品收率和原料轉(zhuǎn)化率，提高了催化劑使用壽命。該反響器具有單系列產(chǎn)能大、能量利用合理、副產(chǎn)蒸汽及床層溫度合理等優(yōu)點。三、Lurgi型軸向低壓甲醇合成技術(shù)一工藝流程工藝流程如圖1所示。來自壓縮機四段出口、壓力為的新鮮補充氣與循環(huán)機來的循環(huán)氣混合后進入中間換熱器，溫度從43升至200以上從頂部入塔；氣體由頂部進入Lurgi爐管內(nèi)的催化劑層向下走，

23、其反響熱由管間的沸騰水帶走，在汽包內(nèi)副產(chǎn)2. 65 MPa飽和蒸汽；反響后的出塔氣體溫度約235，經(jīng)中間換熱器與補充氣和循環(huán)機來的循環(huán)氣混合氣逆流換熱后，溫度降至80以下，然后經(jīng)冷卻器冷卻至30以下進入醇分，別離得到的粗甲醇去粗醇中間槽；出醇分的氣體分為兩股，主流經(jīng)循環(huán)機加壓后進入中間換熱器進行下一循環(huán)反響，另一小股氣體經(jīng)洗滌塔洗滌后去合成氨系統(tǒng)副產(chǎn)氨，洗滌塔的稀醇水去精餾作為萃取水。圖1 Lurgi型軸向低壓甲醇合成工藝流程示意圖二合成塔結(jié)構(gòu)Lurgi型軸向低壓甲醇合成塔結(jié)構(gòu)見圖2。該塔既是反響器又是廢熱鍋爐，其結(jié)構(gòu)形式類似于一般的列管換熱器，結(jié)構(gòu)十分簡單。管內(nèi)裝甲醇催化劑，管外為沸騰水，甲

24、醇反響所放出的熱很快被沸騰的水所移走。合成塔殼程的鍋爐給水是自然循環(huán)的，通過控制沸騰水的蒸汽壓力可十分方便地控制床層反響溫度。該塔的主要特點是采用了管束式，對管束要求較高， 需采用雙相鋼材質(zhì)。上部設(shè)有人孔，便于裝填催化劑，下部設(shè)有卸料孔。殼側(cè)下部設(shè)有升溫復(fù)原用的蒸汽參加口。圖2 GC型熱壁式二軸二徑低壓甲醇合成塔結(jié)構(gòu)圖三技術(shù)特點1催化劑床層溫度穩(wěn)定。甲醇反響熱依靠水的汽化相變熱移走，由于汽化潛熱大，所以床層溫度幾乎是恒定的，有效抑制了副反響的發(fā)生。2操作容易。通過控制沸騰水上的蒸汽壓力以調(diào)節(jié)反響溫度蒸汽壓力變化，相當于調(diào)節(jié)反響1. 5，所以溫度控制十分方便，升溫復(fù)原控制非常容易。3催化劑利用系

25、數(shù)高。由于催化劑裝在管束內(nèi)，周圍是沸騰的水，管內(nèi)溫度十分均勻，催化劑無死角，單位催化劑的產(chǎn)醇量高。4催化劑使用壽命長。由于操作溫度十分均勻且非常穩(wěn)定，有利于延長催化劑的使用壽命。5副產(chǎn)蒸汽壓力品位高。在催化劑使用初期，副產(chǎn)蒸汽壓力為2. 2MPa，后期為。6設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。無需框架，節(jié)省土建投資。四、大型甲醇技術(shù)開展現(xiàn)狀評述述評近年來，受國際原油價格上漲及國內(nèi)石油資源的缺乏、石油進口量日益增加的雙重影響，開展煤基甲醇產(chǎn)業(yè)已日益成為化工行業(yè)的熱點。目前，甲醇制低碳烯烴技術(shù)已經(jīng)取得突破，按目前的油價和烯烴價格，甲醇制烯烴的預(yù)期經(jīng)濟效益與石油制烯烴路線相比具有很強的競爭力；已在國內(nèi)爭論多年的甲醇燃料問

26、題也有望迎來新的轉(zhuǎn)機。近期國家發(fā)改委組織編制的?煤化工產(chǎn)業(yè)中長期開展規(guī)劃(征求意見稿)?把開展煤制甲醇列為未來我國煤化工開展的重要方向，為甲醇工業(yè)的開展創(chuàng)造了良好的條件。1923年，德國BASF公司首先采用高壓法下實現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)。高壓法合成甲醇投資大，生產(chǎn)本錢高。為此，世界各國都在探求能夠降低合成壓力的工業(yè)生產(chǎn)方法。一計算技術(shù)的開展計算技術(shù)的迅猛開展，使得在個人電腦上就能夠很方便地使用計算流體力學(xué)(CFD)軟件和流程模擬軟件來進行新的工藝流程的開發(fā)。甲醇技術(shù)的大型化依賴于新型甲醇反響器和新的甲醇工藝流程的開發(fā)，而計算流體力學(xué)軟件和流程模擬軟件分別為甲醇反響器和甲醇工藝流程的開發(fā)提供了強

27、有力的工具，大大節(jié)省了開發(fā)時間和人力、物力的投入。以開發(fā)新型反響器為例，一種新型反響器的開發(fā)，按照傳統(tǒng)的方法一般要經(jīng)過概念模型的提出，小規(guī)模冷態(tài)反響器的試驗研究，大規(guī)模冷態(tài)反響器的試驗研究，小規(guī)模熱態(tài)反響器的試驗研究，大規(guī)模熱態(tài)反響器的試驗研究等步驟，研究開發(fā)周期一般要在5年以上，開發(fā)費用往往在數(shù)千萬美元。隨著計算機硬件技術(shù)的開展和計算流體力學(xué)軟件的進步，目前可以在概念模型提出以后建立反響器的流動模型，再通過小規(guī)模冷態(tài)試驗對流動模型進行驗證和修正，在此根底上參加反響動力學(xué)模型，即可建立完整的反響器模型；再通過小規(guī)模熱態(tài)反響器試驗進行驗證和修正，就可以建立能夠用于工業(yè)化反響器設(shè)計的通用模型。這樣

28、，就省掉了在反響器國產(chǎn)化中開發(fā)耗時較長、投入較多的大規(guī)模冷態(tài)反響器和熱態(tài)反響器的研究步驟，大大降低研發(fā)費用，縮短研發(fā)周期。二新的甲醇工藝流程配置盡管目前單臺甲醇反響器的能力有了很大的提高，但受反響器制造能力及內(nèi)陸運輸限制的影響，5000 t/d的大型甲醇裝置往往需要數(shù)臺反響器串聯(lián)或并聯(lián)來實現(xiàn)。目前用于大型甲醇裝置的工藝流程配置有如下2種。并聯(lián)工藝流程是最簡單的流程配置，當一臺反響器不能滿足生產(chǎn)規(guī)模時，可采用兩臺或數(shù)臺反響器并聯(lián)來實現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模的增加。從流程配置上來看，并聯(lián)工藝流程僅僅是反響器數(shù)量上的疊加，對于反響器實際為多系列生產(chǎn)，僅在某些設(shè)備(如壓縮機、汽包、主要工藝管線上)能實現(xiàn)共用，降低局

29、部投資。Lurgi公司的大型甲醇技術(shù)采用的是典型的串連工藝流程，將列管式和冷管式反響器進行串聯(lián)，原料氣先進冷管式反響器，預(yù)熱后氣體從頂部離開，進入列管式反響器管內(nèi)裝填的催化劑床層反響，管外用沸騰水移熱，出塔氣返回進入冷管式反響器殼層催化劑床層繼續(xù)反響，反響熱對流經(jīng)冷管式反響器管層的原料氣進行預(yù)熱，出冷管式反響器的氣體回收熱量、降溫、分醇后，再循環(huán)。Lurgi公司提出的這種串聯(lián)工藝流程較好地在甲醇合成反響動力學(xué)與反響熱力學(xué)之間進行了權(quán)衡。從反響熱力學(xué)角度來看，甲醇合成反響是放熱反響，低溫有利于甲醇的生成；從反響動力學(xué)角度來看，高溫可以加快反響速度，但高溫對催化劑有害，并產(chǎn)生酮類等副產(chǎn)物，它們會形

30、成共沸物，使后續(xù)的精餾更為困難。在Lurgi的串聯(lián)流程中，其列管式水冷反響器有相對較高(260)的出口溫度，使反響較快地進行；在此發(fā)生局部轉(zhuǎn)化后，其余的轉(zhuǎn)化發(fā)生在冷管式反響器，在較低溫度(220225)下操作，有利于甲醇的合成。這種流程配置實現(xiàn)了較快的反響速度和較高的轉(zhuǎn)化率，顯著提高了反響的單程轉(zhuǎn)化率，降低了循環(huán)氣量，節(jié)省了循環(huán)氣壓縮機的功耗。Davy公司新近開發(fā)出了一種特別適合于大型前，甲醇裝置的串/并聯(lián)工藝流程。在該流程中，絕大局部的新鮮合成氣與第二粗甲醇別離器頂部出來的循環(huán)氣混合后進入第一甲醇反響器；反響后的氣體經(jīng)回收熱量、降溫、進入第一粗甲醇別離器實現(xiàn)別離后，循環(huán)氣與少局部新鮮合成氣混

31、合、壓縮后進入第二甲醇反響器；反響后的氣體經(jīng)回收熱量、降溫、進入第二粗甲醇別離器實現(xiàn)別離后，循環(huán)氣與新鮮合成氣混合，再進入第一甲醇反響器。從新鮮合成氣分配的角度來看，總的新鮮氣量按照一定比例在兩個反響器間進行分配，可視為并聯(lián)流程，從反響器出口氣體的流向來看，第一反響器出口氣體經(jīng)過冷卻、別離、壓縮后進入第二反響器，可視為串聯(lián)流程，因此將這種新型的工藝流程稱為串/并聯(lián)工藝流程。在該流程中，將第一反響器的出口氣體進行降溫、分醇后再進入第二反響器，使得第二反響器的原料氣中甲醇含量很低，促使反響平衡向甲醇合成的方向移動，可顯著提高甲醇轉(zhuǎn)化率，降低整個合成回路的循環(huán)比。三甲醇合成催化劑性能的不斷提高甲醇技術(shù)的大型化開展離不開甲醇合成催化劑性能的提高。近年來，丹麥Topsoe公司、德國Sud-Chemie(南方化學(xué))公司及英國JohnsonMatthey(原ICI)公司等不斷推出新型甲醇合成催化劑，其性能不斷提高，使用壽命不斷增加。目前，一些性能較好的甲醇催化劑可以實現(xiàn)70%以上的單程轉(zhuǎn)化率，反響器出口的甲醇摩爾分數(shù)可達10%以上，使用壽命最長可達7年以上。催化劑性能的提高可大大降低甲醇合成回路的循環(huán)比，降低循環(huán)功耗，使得甲醇裝置更易實現(xiàn)大型化。這些性能優(yōu)異的催化劑為甲醇技術(shù)的大型化開展打下了牢固的技術(shù)根底。設(shè)備制造技術(shù)的進步，計算技術(shù)的開展，新型甲醇反響器及