内蒙古工业大学本科毕业设计说明书

天然气是制造甲醇的主要原料之一。天然气的主要组分是甲烷，还含有少量的其他烷烃、烯烃与氮气。以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法，其中蒸汽转化法应用得最广泛，它是在管式炉中常压或加压下进行的。由于反应吸热必须从外部供热以保持所要求的转化温度，一般是在管间燃烧某种燃料气来实现，转化用的蒸汽直接在装置上靠烟道气和转化气的热量制取【2】。

由于天然气蒸汽转化法制的合成气中，氢过量而一氧化碳与二氧化碳量不足，工业上解决这个问题的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽转化法，以达到合适的配比，二氧化碳可以外部供应，也可以由转化炉烟道气中回收。另一种方法是以天然气为原料的二段转化法，即在第一段转化中进行天然气的蒸汽转化，只有约1/4的甲烷进行反应，第二段进行天然气的部分氧化，不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到800℃以上，残留的甲烷量可以减少，增加了合成甲醇的有效气体组分。天然气进入蒸汽转化炉前需进行净化处理清除有害杂质，要求净化后气体含硫量小于0.1mL/m3。转化后的气体经压缩去合成工段合成甲醇。

1.2.2 煤、焦炭制甲醇的生产方法

用煤和焦炭制甲醇的工艺路线包括燃料的气化、气体的脱硫、变换、脱碳及

甲醇合成与精制。

用蒸汽与氧气（或空气、富氧空气)对煤、焦炭进行热加工称为固体燃料气化，气化所得可燃性气体通称煤气是制造甲醇的初始原料气，气化的主要设备是煤气发生炉，按煤在炉中的运动方式，气化方法可分为固定床（移动床)气化法、流化床气化法和气流床气化法。国内用煤与焦炭制甲醇的煤气化一般都沿用固定床间歇气化法，煤气炉沿用 UCJ炉。在国外对于煤的气化，目前已工业化的煤气化炉有柯柏斯-托切克（koppers-Totzek)、鲁奇（Lurge)及温克勒（Winkler)三种。还有第二、第三代煤气化炉的炉型主要有德士古（Texaco)及谢尔-柯柏斯（Shell--koppers)等。用煤和焦炭制得的粗原料气组分中氢碳比太低，故在气体脱硫后要经过变换工序.使过量的一氧化碳变换为氢气和二氧化碳，再经脱碳工序将过量的二氧化碳除去。其工艺流程图如图1-1所示【3】。

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气化炉 废热锅炉 脱硫塔 高变炉 底变炉 精馏塔 合成塔 压缩机 吸收塔 图1-1 煤制甲醇流程示意图

原料气经过压缩、甲醇合成与精馏精制后制得甲醇。

1.2.3 联醇生产方法

与合成氨联合生产甲醇简称联醇，这是一种合成气的净化工艺，以替代我国

不少合成氨生产用铜氨液脱除微量碳氧化物而开发的一种新工艺。

联醇生产的工艺条件是在压缩机五段出口与铜洗工序进口之间增加一套甲醇合成的装置，包括甲醇合成塔、循环机、水冷器、分离器和粗甲醇贮槽等有关设备，工艺流程是压缩机五段出口气体先进入甲醇合成塔，大部分原先要在铜洗工序除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔内与氢气反应生成甲醇，联产甲醇后进入铜洗工序的气体一氧化碳含量明显降低，减轻了铜洗负荷，同时变换工序的一氧化碳指标可适量放宽，降低了变换的蒸汽消耗，而且压缩机前几段气缸输送的一氧化碳成为有效气体，压缩机电耗降低。联产甲醇后能耗降低较明显，可使每t氨节电50kw·h，节省蒸汽0.4t，折合能耗为200万kJ【4】。联醇工艺流程必须重视原料气的精脱硫和精馏等工序，以保证甲醇催化剂使用寿命和甲醇产品质量。

1.3 甲醇的生产工艺

甲醇的生产工艺过程分为合成气（氢和一氧化碳)的制造、甲醇的合成和精制3部分。

1.3.1 合成气的制造

根据原料的不同，造气的方式是多种多样的。如：用煤或煤球造半水煤气、水煤气、焦炉气、煤气：用重油蓄热裂解造化工原料气或蓄热催化裂解造煤气；用轻油、轻柴油热裂解造化工原料气；用天然气水蒸汽裂解造氨合成气等等。当这些气体从造

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气炉或废热锅炉出来的时候，温度一般在300~1000℃之间，需要用水来洗涤。在此过程中，机械杂质，焦粒、炭黑和有害成份便进入水中，这样的污水即称为造气污水。造气污水中有害毒物的种类、浓度及污水的数量往往因造气的原料、工艺过程的不同而有很大的差异，但除特殊情况外，几乎都含有硫化物、氰化物、酚、氨氮等。因此，当它直接排入河流，湖泊或渗入地下时，就会造成环境污染，给人类带来严重的危害。例如：当污水流入农田时，就会毁坏庄稼，使粮食和蔬菜带有残毒；当污气流入湖泊。水库，池塘时，就会毒害鱼类，生物，影响生态平衡；当饮用这种污水时，就会慢性中毒。

天然气蒸汽转化法以天然气为原料制合成气生产甲醇，这是国内外发展的趋势。此法优点是：投资少，成本低，运输方便，操作简单。因此，充分利用天然气合成甲醇，是国内外主要的发展方向【5】。

煤气化法由煤制合成气。目前，随着原料市场的转变，大部分的企业现在只能烧块煤或型煤等原料，提高入炉煤的品质，除了做好粒径分级、控制好含粉率和限下率之外，对其它性质在采购原煤时也要注意。在合成甲醇用煤国家标准中．对燃料的煤矸石、含碳量、含硫量、挥发分、水分、灰分、冷热强度、灰熔点等相关的性质都有一定的要求。特别是燃料的化学活性，是众多性质中非常重要的问题，化学活性好的燃料，有利于提高煤气炉的气化强度和降低煤耗。有条件的企业，最好能够做到定点采购和定期测定原料煤的化学活性。建立入炉煤考核制度，是提高入炉煤台格率的好方法。综上所述，科学的管理好燃料，提高入炉煤的品位，是企业创造效益的最好方法。

生产水煤气与生产半水煤气，从炉子本体上讲，没有什么太大的区别，固定层间歇式煤气发生炉本身既可生产水煤气也可生产半水煤气，只是因为气化剂不同而已。但不同炉型．其产气量、消耗高低也不同。目前普遍认为直径为2.6 m煤气炉较其它炉型好，产气量高、消耗低。但其炉子小，相对中直径为3.6 m煤气炉而言，其产气量少，要想与直径为3.6 m煤气炉达到相同产气量，开炉数量多，动力消耗大，维修费用多，工人劳动强度大。目前有些厂直径为3.6 m炉单炉产气量可达16000 Nm3，基本相当于2台直径为2.6 m煤气炉。另外间歇式煤气炉热转化率一般只有65%左右，热损失巨大，增开1台煤气炉，首先要增加这部分熟损失。单炉产气量低、消耗高低。与多方面因素有关，不仅仅是炉子本身的问题【6】。

本设计采用德士古水煤浆加压气法制合成气，工艺流程如图1-2所示。德士古水煤浆加压气化炉在极高温度下运行(1300~ 1500K)，气化强度高，单炉能力大，气体

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中不含焦油、酚类，非常适合化工生产和先进发电系统的要求。德士古气化工艺的优点包括，煤种适应范围较宽，水煤浆气化炉一般情况下不宜气化褐煤(成浆困难)，工艺灵活，合成气质量高，产品气可适用于化工合成，制氢和联合循环发电等。气化压力高，生产能力高，不污染环境，三废处理较方便。

图1-2 德士古水煤浆加压气法制合成气工艺流程图

1.烧嘴冷却水回水分离罐 2.烧嘴冷却水槽 3.烧嘴冷却水冷却器 4.烧嘴冷却水泵 5.气化炉 6.锁斗循环泵 7.锁斗 8.捞渣机 9.文丘里洗涤器 10.黑水过滤器 11.洗涤塔 12.锁斗冲洗水罐 13.高压闪蒸罐 14.真空闪蒸罐 15.澄清槽 16.灰水槽 17.除氧槽 18.酸性气分离罐 19.真空闪蒸分离器 20.真空泵 21.真空泵分离器 22.絮凝剂槽 23.洗涤塔循环泵 24.冷凝液泵

该工艺缺点是，高温气化为使灰渣易于排出，要求所用煤灰熔点低，含灰量低(低于10~15%)，否则需加人助熔剂。此外，高温气化炉耐火材料和喷嘴均在高温下工作，寿命短、价格昂贵、投资高，气化炉在高温运行，氧耗高，也提高了煤气生产成本。需建设空分装置，一次性投资高。但是装置建成后，能耗、产品成本都有显著降低。 1.3.2 甲醇的合成方法

1.3.2.1 气相甲醇合成工艺发展

甲醇合成的原料气主要是CO、CO2、H2及少量的N2和CH4，早期主要是以煤为原料。进入40年代以后随着天然气的大量发现，以煤为原料的甲醇生产受到冷落。考虑到未来能源的发展及环境保护等方面的因素，以煤为原料的甲醇生产工艺又重新受到人们的重视。现在许多公司都以天然气、煤或重油为原料来生产甲醇，所用的催化剂基本上是以铜和氧化锌为主加入铝或铬的氧化物。工艺设计也大同小异，差异之处是在反应器的设计和操作单元的组合上。气相法工艺流程主要有以下几种。

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