一、裝置簡介
甲(jia)醇(chun)是(shi)(shi)重(zhong)要有(you)(you)機化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)原(yuan)料(liao)和(he)優質燃料(liao)，廣泛應用于(yu)精細化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)、塑料(liao)、醫藥、化(hua)(hua)(hua)肥等領域。甲(jia)醇(chun)也是(shi)(shi)一種重(zhong)要的(de)(de)有(you)(you)機溶劑(ji)，其(qi)(qi)溶解性能優于(yu)乙醇(chun)，可用于(yu)調制涂料(liao)。甲(jia)醇(chun)還(huan)是(shi)(shi)一種很(hen)有(you)(you)前(qian)景(jing)的(de)(de)清潔能源。現代(dai)大型工(gong)(gong)業化(hua)(hua)(hua)制甲(jia)醇(chun)的(de)(de)生(sheng)產裝(zhuang)置，原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)制取既可以(yi)煤(mei)（固體(ti)）作(zuo)原(yuan)料(liao)，也可以(yi)油品(pin)（液體(ti)）或(huo)燃料(liao)氣(qi)(qi)(qi)（氣(qi)(qi)(qi)體(ti)）作(zuo)原(yuan)料(liao)。不同(tong)的(de)(de)原(yuan)料(liao)，其(qi)(qi)生(sheng)產方法和(he)生(sheng)產工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)大不相同(tong)。對(dui)于(yu)我國(guo)，煤(mei)炭儲量(liang)遠大于(yu)石(shi)油、天然氣(qi)(qi)(qi)儲量(liang)，因此，這里就以(yi)煤(mei)作(zuo)原(yuan)料(liao)為(wei)例(li)進行介紹(shao)(shao)，圖2.27所示為(wei)煤(mei)化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)流程(cheng)框圖。以(yi)煤(mei)為(wei)原(yuan)料(liao)制甲(jia)醇(chun)，首先是(shi)(shi)將煤(mei)進行氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)，即煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程(cheng)。目(mu)(mu)前(qian)，煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)生(sheng)產工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)有(you)(you)多種，包括塊(kuai)煤(mei)或(huo)小顆粒煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)、粉煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)和(he)水煤(mei)漿(jiang)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)等。其(qi)(qi)中以(yi)水煤(mei)漿(jiang)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)最為(wei)成熟，這里以(yi)目(mu)(mu)前(qian)應用最多的(de)(de)ICI低壓合成工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)為(wei)例(li)進行介紹(shao)(shao)。
二、典(dian)型甲(jia)醇(chun)裝置的工藝及特點
一般情(qing)況下(xia)，甲醇的生(sheng)產過程主要分為造氣、變換(huan)和凈(jing)化、合成、精餾四個工段。
1. 造氣
目前應用較(jiao)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)造氣(qi)(qi)(qi)方法是：先將煤(mei)(mei)研(yan)磨成(cheng)(cheng)煤(mei)(mei)粉，然后(hou)(hou)(hou)摻水(shui)(shui)制(zhi)成(cheng)(cheng)水(shui)(shui)煤(mei)(mei)漿。水(shui)(shui)煤(mei)(mei)漿通(tong)(tong)過泵(beng)提升(sheng)壓力，然后(hou)(hou)(hou)通(tong)(tong)過噴嘴在(zai)(zai)高(gao)速(su)氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)作用下(xia)(xia)噴入氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)。氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)和(he)霧(wu)狀水(shui)(shui)煤(mei)(mei)漿在(zai)(zai)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)內受高(gao)溫的(de)(de)(de)(de)(de)作用，迅速(su)經歷著預熱(re)、水(shui)(shui)分(fen)蒸發、煤(mei)(mei)的(de)(de)(de)(de)(de)干餾(liu)、揮發物的(de)(de)(de)(de)(de)裂解燃燒以及碳的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)等一系列復雜的(de)(de)(de)(de)(de)物理(li)和(he)化(hua)(hua)(hua)(hua)學過程(cheng)(cheng)，最后(hou)(hou)(hou)生成(cheng)(cheng)以一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳、氫氣(qi)(qi)(qi)、二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳和(he)水(shui)(shui)蒸氣(qi)(qi)(qi)為(wei)主(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)濕煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)。合(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)原料氣(qi)(qi)(qi)（氫氣(qi)(qi)(qi)和(he)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)）、尿素裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)原料氣(qi)(qi)(qi)（二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳）等也常(chang)以煤(mei)(mei)為(wei)原料氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)獲(huo)得，只是氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)條件不同。合(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)煤(mei)(mei)制(zhi)氣(qi)(qi)(qi)是以獲(huo)得氫氣(qi)(qi)(qi)為(wei)主(zhu)，并(bing)在(zai)(zai)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)時通(tong)(tong)過空氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入而帶(dai)入氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)，最終獲(huo)得氫氣(qi)(qi)(qi)和(he)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)呈一定比例的(de)(de)(de)(de)(de)混合(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)體。而甲醇裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)則以獲(huo)得一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳為(wei)主(zhu)，因此氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)時以添(tian)加(jia)純氧(yang)(yang)為(wei)主(zhu)，以減少(shao)或(huo)避免氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)。在(zai)(zai)合(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)一節中，沒有(you)提及造氣(qi)(qi)(qi)工段，是因為(wei)其造氣(qi)(qi)(qi)工段的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)(cheng)與(yu)這(zhe)里(li)類似。典型的(de)(de)(de)(de)(de)煤(mei)(mei)制(zhi)氣(qi)(qi)(qi)工藝流(liu)程(cheng)(cheng)示意圖如圖2.28所(suo)示。原煤(mei)(mei)經過稱重送至磨煤(mei)(mei)機，磨至需要的(de)(de)(de)(de)(de)顆粒后(hou)(hou)(hou)送至煤(mei)(mei)漿槽，與(yu)水(shui)(shui)混合(he)(he)后(hou)(hou)(hou)即形成(cheng)(cheng)水(shui)(shui)煤(mei)(mei)漿。水(shui)(shui)煤(mei)(mei)漿經泵(beng)加(jia)壓后(hou)(hou)(hou)送往氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)。與(yu)高(gao)壓氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)經噴嘴混合(he)(he)進入氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)反應室。洗滌(di)(di)器下(xia)(xia)部出來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)水(shui)(shui)進固體分(fen)離器，液體部分(fen)（黑(hei)水(shui)(shui)）進灰水(shui)(shui)處理(li)系統。除了來(lai)自(zi)洗滌(di)(di)器的(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)水(shui)(shui)外，還(huan)有(you)其他分(fen)離器等產生的(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)水(shui)(shui)，這(zhe)些黑(hei)水(shui)(shui)也將被(bei)送往灰水(shui)(shui)處理(li)系統。
2. 變換和凈化
凈化工(gong)段(duan)主要(yao)包括變(bian)換(huan)和脫(tuo)硫(liu)、脫(tuo)碳兩(liang)部分(fen)，但有些裝置也包含(han)硫(liu)回(hui)收部分(fen)。變(bian)換(huan)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是調節煤(mei)氣中的(de)(de)(de)(de)一氧(yang)化碳含(han)量，以獲(huo)得甲醇(chun)合成(cheng)需要(yao)的(de)(de)(de)(de)一氧(yang)化碳與(yu)氫氣的(de)(de)(de)(de)比(bi)例。脫(tuo)硫(liu)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是因為硫(liu)會導致甲醇(chun)合成(cheng)的(de)(de)(de)(de)催化劑中毒。變(bian)換(huan)及(ji)凈化的(de)(de)(de)(de)簡單工(gong)藝流程(cheng)見圖(tu)2.29。氣化工(gong)段(duan)過來的(de)(de)(de)(de)水(shui)煤(mei)氣首(shou)先進入預變(bian)換(huan)爐，出爐后(hou)進入另(ling)一個變(bian)換(huan)爐，變(bian)換(huan)后(hou)經(jing)過多次(ci)換(huan)熱(re)和氣液分(fen)離后(hou)，與(yu)未變(bian)換(huan)的(de)(de)(de)(de)煤(mei)氣合并，經(jing)熱(re)回(hui)收、冷卻。
3. 合成(cheng)
低(di)壓(ya)法合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)工(gong)藝流(liu)程示(shi)意圖如圖2.30所示(shi)。凈(jing)化后(hou)(hou)(hou)的(de)氣(qi)體(ti)送(song)(song)(song)至(zhi)聯合(he)(he)(he)(he)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)的(de)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)壓(ya)縮(suo)段(duan)(duan)壓(ya)縮(suo)后(hou)(hou)(hou)，與甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)分(fen)(fen)(fen)離器來(lai)的(de)循(xun)(xun)環(huan)(huan)氣(qi)混合(he)(he)(he)(he)，進(jin)入循(xun)(xun)環(huan)(huan)氣(qi)壓(ya)縮(suo)段(duan)(duan)。經(jing)(jing)循(xun)(xun)環(huan)(huan)氣(qi)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)升壓(ya)后(hou)(hou)(hou)送(song)(song)(song)至(zhi)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)換(huan)熱器進(jin)行(xing)逐級換(huan)熱，送(song)(song)(song)入合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)進(jin)行(xing)甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)。出(chu)(chu)塔(ta)(ta)(ta)氣(qi)經(jing)(jing)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)換(huan)熱器回收熱量后(hou)(hou)(hou)進(jin)入水(shui)(shui)冷器，經(jing)(jing)水(shui)(shui)冷后(hou)(hou)(hou)出(chu)(chu)塔(ta)(ta)(ta)，同時生成(cheng)(cheng)的(de)甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)和(he)水(shui)(shui)，在此得(de)以冷凝。經(jing)(jing)甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)分(fen)(fen)(fen)離器分(fen)(fen)(fen)離液相（甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)和(he)水(shui)(shui)）后(hou)(hou)(hou)，未反應(ying)氣(qi)體(ti)返回聯合(he)(he)(he)(he)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)，經(jing)(jing)壓(ya)縮(suo)后(hou)(hou)(hou)循(xun)(xun)環(huan)(huan)使用(yong)。為防止惰性氣(qi)體(ti)在系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)積累(lei)，要從(cong)系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)排出(chu)(chu)弛放氣(qi)。由甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)分(fen)(fen)(fen)離器分(fen)(fen)(fen)離出(chu)(chu)的(de)粗甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)，減壓(ya)后(hou)(hou)(hou)進(jin)入閃蒸槽閃蒸，以除(chu)去甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)中(zhong)(zhong)的(de)大部分(fen)(fen)(fen)溶(rong)解氣(qi)，然(ran)后(hou)(hou)(hou)送(song)(song)(song)至(zhi)甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)精餾工(gong)段(duan)(duan)。閃蒸氣(qi)經(jing)(jing)壓(ya)力調節后(hou)(hou)(hou)用(yong)作燃料(liao)。合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反應(ying)熱通過合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)殼(ke)側的(de)沸騰(teng)水(shui)(shui)的(de)飽(bao)和(he)蒸汽(qi)帶(dai)走。
4. 精餾
在甲(jia)(jia)醇合成(cheng)時，因合成(cheng)條件及催化劑性能等(deng)因素的(de)影響，在產生甲(jia)(jia)醇反應(ying)的(de)同時，還(huan)伴(ban)隨著一(yi)系列的(de)副反應(ying)。所(suo)得產品除甲(jia)(jia)醇外，還(huan)有水、醚、醛、酮(tong)、酯、烷烴、有機酸(suan)等(deng)幾十種有機雜質。所(suo)以(yi)，粗(cu)甲(jia)(jia)醇需進行精(jing)餾提純(chun)。甲(jia)(jia)醇精(jing)餾工(gong)藝流程(cheng)示(shi)意圖如圖2.31所(suo)示(shi)。
粗(cu)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)經(jing)預(yu)熱后(hou)入(ru)(ru)預(yu)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾塔(ta)，該塔(ta)主(zhu)要是將(jiang)二甲(jia)(jia)(jia)醚等低(di)沸點餾分(fen)(fen)從(cong)塔(ta)頂(ding)分(fen)(fen)離。低(di)沸點餾分(fen)(fen)不凝氣(qi)體從(cong)塔(ta)頂(ding)排出(chu)，送(song)至燃料氣(qi)系統。塔(ta)底的液(ye)體由預(yu)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾塔(ta)塔(ta)底泵升(sheng)壓(ya)后(hou)送(song)入(ru)(ru)加(jia)壓(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾塔(ta)進行蒸餾。加(jia)壓(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾塔(ta)塔(ta)頂(ding)氣(qi)體被冷凝后(hou)，一(yi)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)作為(wei)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)加(jia)壓(ya)塔(ta)的回(hui)(hui)流(liu)，另一(yi)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)作為(wei)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)產品送(song)至精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)儲罐(guan)。加(jia)壓(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾塔(ta)底的精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)液(ye)體，靠自身(shen)壓(ya)力送(song)入(ru)(ru)常(chang)(chang)壓(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾塔(ta)進一(yi)步精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾。常(chang)(chang)壓(ya)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)餾塔(ta)頂(ding)部(bu)(bu)(bu)蒸汽經(jing)冷凝器冷凝后(hou)，部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)作為(wei)回(hui)(hui)流(liu)液(ye)返回(hui)(hui)塔(ta)內(nei)，部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)作為(wei)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)產品與加(jia)壓(ya)塔(ta)的精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)匯合，一(yi)起(qi)送(song)至精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)儲槽。
三(san)、介質特點(dian)
甲(jia)醇裝(zhuang)置中(zhong)包含的特(te)殊介(jie)質有：甲(jia)醇、氫氣、一氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)、二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)、高壓氧(yang)氣、黑水(shui)等(deng)。甲(jia)醇是(shi)一種(zhong)透明(ming)、無(wu)色、易燃、有毒的液(ye)體，略帶酒(jiu)精味。熔點(dian)為(wei)-97.8℃，沸點(dian)為(wei)64.8℃，自燃點(dian)為(wei)47℃，能與水(shui)、乙醇、乙醚、苯、
丙(bing)酮和大(da)多數有機溶劑(ji)相(xiang)混溶，遇熱(re)、明火(huo)或氧化(hua)劑(ji)易著火(huo)。甲醇屬于甲B類可燃液(ye)體。按(an)GB 5044 標準甲醇屬于中度危害介質。
四、甲(jia)醇裝置的配管設計
主要是對塔(ta)、罐(guan)、泵、反應器等設備的配管(guan)設計。
