一、裝置簡(jian)介


  甲醇是(shi)重要有(you)(you)機化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)原料(liao)(liao)和(he)優質燃料(liao)(liao)，廣泛應(ying)用(yong)于(yu)(yu)(yu)精細化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)、塑料(liao)(liao)、醫(yi)藥、化(hua)(hua)肥等(deng)領域。甲醇也是(shi)一種重要的有(you)(you)機溶劑，其溶解性能優于(yu)(yu)(yu)乙醇，可(ke)(ke)用(yong)于(yu)(yu)(yu)調(diao)制涂料(liao)(liao)。甲醇還是(shi)一種很(hen)有(you)(you)前(qian)景的清潔(jie)能源。現(xian)代大型工(gong)(gong)(gong)業(ye)化(hua)(hua)制甲醇的生產裝置，原料(liao)(liao)氣(qi)(qi)的制取既可(ke)(ke)以(yi)(yi)煤(mei)(mei)（固體(ti)）作原料(liao)(liao)，也可(ke)(ke)以(yi)(yi)油(you)品（液體(ti)）或(huo)燃料(liao)(liao)氣(qi)(qi)（氣(qi)(qi)體(ti)）作原料(liao)(liao)。不同的原料(liao)(liao)，其生產方法和(he)生產工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)大不相同。對于(yu)(yu)(yu)我國，煤(mei)(mei)炭儲量遠(yuan)大于(yu)(yu)(yu)石油(you)、天然氣(qi)(qi)儲量，因此(ci)，這里就以(yi)(yi)煤(mei)(mei)作原料(liao)(liao)為(wei)例進(jin)行介(jie)紹，圖2.27所示(shi)為(wei)煤(mei)(mei)化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)流程框圖。以(yi)(yi)煤(mei)(mei)為(wei)原料(liao)(liao)制甲醇，首先是(shi)將煤(mei)(mei)進(jin)行氣(qi)(qi)化(hua)(hua)，即(ji)煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)過程。目前(qian)，煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)的生產工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)有(you)(you)多種，包(bao)括塊煤(mei)(mei)或(huo)小顆粒煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)、粉煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)和(he)水(shui)煤(mei)(mei)漿氣(qi)(qi)化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)等(deng)。其中(zhong)以(yi)(yi)水(shui)煤(mei)(mei)漿氣(qi)(qi)化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)最為(wei)成(cheng)熟，這里以(yi)(yi)目前(qian)應(ying)用(yong)最多的ICI低壓合成(cheng)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)為(wei)例進(jin)行介(jie)紹。


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二、典型甲(jia)醇裝置的工藝及(ji)特點


  一般情(qing)況下，甲醇的(de)生產過(guo)程(cheng)主(zhu)要分為造氣(qi)、變換和凈化(hua)、合成(cheng)、精餾四個工段(duan)。


 1. 造氣(qi) 


   目(mu)前應用較多的(de)(de)(de)(de)(de)造氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)方法是：先(xian)將煤(mei)(mei)(mei)(mei)研磨成(cheng)煤(mei)(mei)(mei)(mei)粉，然后(hou)(hou)摻水(shui)(shui)(shui)(shui)制(zhi)(zhi)成(cheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)(jiang)。水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)(jiang)通過泵提(ti)升(sheng)壓(ya)力，然后(hou)(hou)通過噴(pen)嘴(zui)在(zai)高(gao)速氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)作用下噴(pen)入(ru)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)爐(lu)。氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和霧狀水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)(jiang)在(zai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)爐(lu)內受高(gao)溫的(de)(de)(de)(de)(de)作用，迅速經(jing)(jing)歷(li)著預熱、水(shui)(shui)(shui)(shui)分蒸發、煤(mei)(mei)(mei)(mei)的(de)(de)(de)(de)(de)干餾、揮(hui)發物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)裂解(jie)燃燒以(yi)及碳的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)等(deng)一(yi)(yi)系(xi)列復雜的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)理(li)和化(hua)學過程(cheng)，最后(hou)(hou)生(sheng)成(cheng)以(yi)一(yi)(yi)氧(yang)化(hua)碳、氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、二氧(yang)化(hua)碳和水(shui)(shui)(shui)(shui)蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)為主的(de)(de)(de)(de)(de)濕煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。合(he)(he)成(cheng)氨裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)）、尿素裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（二氧(yang)化(hua)碳）等(deng)也(ye)常以(yi)煤(mei)(mei)(mei)(mei)為原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)獲得，只是氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件不同。合(he)(he)成(cheng)氨裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)煤(mei)(mei)(mei)(mei)制(zhi)(zhi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)是以(yi)獲得氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)為主，并在(zai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)時通過空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)加入(ru)而帶(dai)入(ru)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，最終獲得氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)呈一(yi)(yi)定比例(li)的(de)(de)(de)(de)(de)混合(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)。而甲醇裝(zhuang)置(zhi)則以(yi)獲得一(yi)(yi)氧(yang)化(hua)碳為主，因(yin)此氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)時以(yi)添加純(chun)氧(yang)為主，以(yi)減少或避免氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)。在(zai)合(he)(he)成(cheng)氨裝(zhuang)置(zhi)一(yi)(yi)節中，沒有提(ti)及造氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)段，是因(yin)為其(qi)造氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)段的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)與(yu)(yu)這里類似。典型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)煤(mei)(mei)(mei)(mei)制(zhi)(zhi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)藝流(liu)程(cheng)示(shi)意(yi)圖如圖2.28所示(shi)。原(yuan)煤(mei)(mei)(mei)(mei)經(jing)(jing)過稱重送至磨煤(mei)(mei)(mei)(mei)機(ji)，磨至需要的(de)(de)(de)(de)(de)顆粒后(hou)(hou)送至煤(mei)(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)(jiang)槽(cao)，與(yu)(yu)水(shui)(shui)(shui)(shui)混合(he)(he)后(hou)(hou)即形(xing)成(cheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)(jiang)。水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)(jiang)經(jing)(jing)泵加壓(ya)后(hou)(hou)送往(wang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)爐(lu)。與(yu)(yu)高(gao)壓(ya)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)(jing)噴(pen)嘴(zui)混合(he)(he)進入(ru)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)爐(lu)反應室。洗滌器(qi)下部(bu)出來的(de)(de)(de)(de)(de)黑水(shui)(shui)(shui)(shui)進固(gu)體(ti)(ti)分離(li)(li)器(qi)，液(ye)體(ti)(ti)部(bu)分（黑水(shui)(shui)(shui)(shui)）進灰水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)系(xi)統。除了來自洗滌器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)黑水(shui)(shui)(shui)(shui)外，還有其(qi)他分離(li)(li)器(qi)等(deng)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)黑水(shui)(shui)(shui)(shui)，這些黑水(shui)(shui)(shui)(shui)也(ye)將被送往(wang)灰水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)系(xi)統。


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 2. 變換和凈化 


   凈化工(gong)段主要包括(kuo)變換和脫(tuo)硫(liu)(liu)、脫(tuo)碳兩部(bu)分，但(dan)有些(xie)裝置也包含硫(liu)(liu)回(hui)收部(bu)分。變換的(de)目的(de)是調節煤(mei)氣(qi)中的(de)一氧化碳含量，以獲得甲醇合成需要的(de)一氧化碳與氫氣(qi)的(de)比例(li)。脫(tuo)硫(liu)(liu)的(de)目的(de)是因為硫(liu)(liu)會導致甲醇合成的(de)催(cui)化劑(ji)中毒。變換及凈化的(de)簡單(dan)工(gong)藝流程見圖(tu)2.29。氣(qi)化工(gong)段過來的(de)水(shui)煤(mei)氣(qi)首先進入(ru)預變換爐(lu)(lu)，出爐(lu)(lu)后(hou)進入(ru)另(ling)一個變換爐(lu)(lu)，變換后(hou)經過多次換熱(re)和氣(qi)液分離后(hou)，與未變換的(de)煤(mei)氣(qi)合并，經熱(re)回(hui)收、冷(leng)卻(que)。


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 3. 合(he)成(cheng) 


   低壓(ya)法(fa)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)醇(chun)工(gong)藝(yi)流程示(shi)意(yi)圖如圖2.30所示(shi)。凈化后(hou)的(de)(de)氣體(ti)送至(zhi)聯合(he)壓(ya)縮機的(de)(de)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣壓(ya)縮段壓(ya)縮后(hou)，與甲(jia)(jia)醇(chun)分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器來的(de)(de)循(xun)環(huan)(huan)(huan)氣混合(he)，進入循(xun)環(huan)(huan)(huan)氣壓(ya)縮段。經(jing)循(xun)環(huan)(huan)(huan)氣壓(ya)縮機升壓(ya)后(hou)送至(zhi)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣換熱(re)器進行(xing)(xing)逐級換熱(re)，送入合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔進行(xing)(xing)甲(jia)(jia)醇(chun)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)。出(chu)塔氣經(jing)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣換熱(re)器回收熱(re)量后(hou)進入水(shui)冷器，經(jing)水(shui)冷后(hou)出(chu)塔，同時生成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)甲(jia)(jia)醇(chun)和(he)(he)(he)水(shui)，在此得(de)以冷凝。經(jing)甲(jia)(jia)醇(chun)分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)液(ye)相（甲(jia)(jia)醇(chun)和(he)(he)(he)水(shui)）后(hou)，未反(fan)應氣體(ti)返回聯合(he)壓(ya)縮機，經(jing)壓(ya)縮后(hou)循(xun)環(huan)(huan)(huan)使用。為防(fang)止惰性氣體(ti)在系統中(zhong)積累，要從系統中(zhong)排(pai)出(chu)弛(chi)放氣。由(you)甲(jia)(jia)醇(chun)分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)出(chu)的(de)(de)粗(cu)甲(jia)(jia)醇(chun)，減壓(ya)后(hou)進入閃(shan)蒸(zheng)槽閃(shan)蒸(zheng)，以除去(qu)甲(jia)(jia)醇(chun)中(zhong)的(de)(de)大部分(fen)(fen)(fen)溶解(jie)氣，然后(hou)送至(zhi)甲(jia)(jia)醇(chun)精餾工(gong)段。閃(shan)蒸(zheng)氣經(jing)壓(ya)力(li)調節后(hou)用作(zuo)燃料。合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反(fan)應熱(re)通(tong)過合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔殼側的(de)(de)沸騰水(shui)的(de)(de)飽和(he)(he)(he)蒸(zheng)汽帶走。


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 4. 精餾 


   在(zai)甲(jia)醇(chun)合(he)成(cheng)時，因合(he)成(cheng)條件(jian)及(ji)催(cui)化(hua)劑性能等(deng)因素的影響，在(zai)產生甲(jia)醇(chun)反(fan)應的同時，還伴隨著一系列的副(fu)反(fan)應。所(suo)得產品除甲(jia)醇(chun)外，還有水(shui)、醚、醛、酮、酯、烷烴(jing)、有機(ji)酸等(deng)幾十種(zhong)有機(ji)雜(za)質。所(suo)以，粗甲(jia)醇(chun)需進行(xing)精餾(liu)提純。甲(jia)醇(chun)精餾(liu)工藝流程(cheng)示(shi)意(yi)圖如圖2.31所(suo)示(shi)。


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   粗甲(jia)醇(chun)經預熱后入預精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)，該塔(ta)(ta)主要是將二甲(jia)醚(mi)等低沸點餾(liu)(liu)(liu)分從塔(ta)(ta)頂(ding)分離。低沸點餾(liu)(liu)(liu)分不凝(ning)氣(qi)體從塔(ta)(ta)頂(ding)排出，送(song)至燃料氣(qi)系統。塔(ta)(ta)底(di)(di)的(de)液(ye)體由預精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)塔(ta)(ta)底(di)(di)泵(beng)升(sheng)壓(ya)(ya)后送(song)入加(jia)壓(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)進行蒸(zheng)餾(liu)(liu)(liu)。加(jia)壓(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)塔(ta)(ta)頂(ding)氣(qi)體被冷(leng)凝(ning)后，一(yi)(yi)部(bu)分作為(wei)(wei)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)加(jia)壓(ya)(ya)塔(ta)(ta)的(de)回(hui)(hui)流(liu)，另(ling)一(yi)(yi)部(bu)分作為(wei)(wei)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)產品送(song)至精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)儲罐。加(jia)壓(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)底(di)(di)的(de)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)液(ye)體，靠(kao)自身壓(ya)(ya)力送(song)入常壓(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)進一(yi)(yi)步精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)。常壓(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)頂(ding)部(bu)蒸(zheng)汽經冷(leng)凝(ning)器冷(leng)凝(ning)后，部(bu)分作為(wei)(wei)回(hui)(hui)流(liu)液(ye)返回(hui)(hui)塔(ta)(ta)內(nei)，部(bu)分作為(wei)(wei)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)產品與加(jia)壓(ya)(ya)塔(ta)(ta)的(de)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)匯合，一(yi)(yi)起送(song)至精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)儲槽。


三、介質特(te)點(dian)


  甲醇裝置(zhi)中(zhong)包(bao)含的特殊介質(zhi)有(you)：甲醇、氫氣(qi)、一氧(yang)化碳(tan)、二氧(yang)化碳(tan)、高壓(ya)氧(yang)氣(qi)、黑水(shui)等。甲醇是一種透明(ming)、無色(se)、易燃(ran)、有(you)毒(du)的液體，略帶酒精味。熔點(dian)為(wei)-97.8℃，沸點(dian)為(wei)64.8℃，自(zi)燃(ran)點(dian)為(wei)47℃，能與水(shui)、乙(yi)醇、乙(yi)醚、苯、


  丙(bing)酮(tong)和大(da)多數有機溶(rong)劑相混溶(rong)，遇熱、明火或(huo)氧(yang)化劑易著火。甲醇屬(shu)于甲B類可(ke)燃液體。按GB 5044 標準甲醇屬(shu)于中度危(wei)害(hai)介質。


四、甲醇裝置的配(pei)管設計


  主要是對塔、罐、泵、反應器等設(she)備的配(pei)管設(she)計。