一、裝置簡介
甲醇是(shi)重要(yao)有(you)機化工原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)和(he)優(you)質燃(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)，廣泛(fan)應(ying)用(yong)于(yu)(yu)(yu)精細化工、塑料(liao)(liao)(liao)(liao)、醫(yi)藥、化肥等領域。甲醇也是(shi)一種(zhong)(zhong)重要(yao)的有(you)機溶劑，其(qi)溶解性能優(you)于(yu)(yu)(yu)乙(yi)醇，可(ke)用(yong)于(yu)(yu)(yu)調制(zhi)(zhi)涂料(liao)(liao)(liao)(liao)。甲醇還是(shi)一種(zhong)(zhong)很有(you)前(qian)景的清潔(jie)能源。現代大(da)(da)型工業(ye)化制(zhi)(zhi)甲醇的生產(chan)裝置，原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)的制(zhi)(zhi)取既可(ke)以(yi)煤(mei)(mei)（固體(ti)）作(zuo)(zuo)(zuo)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，也可(ke)以(yi)油品（液體(ti)）或燃(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)（氣(qi)(qi)體(ti)）作(zuo)(zuo)(zuo)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)。不同的原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，其(qi)生產(chan)方法和(he)生產(chan)工藝(yi)(yi)大(da)(da)不相同。對于(yu)(yu)(yu)我國，煤(mei)(mei)炭儲(chu)量遠大(da)(da)于(yu)(yu)(yu)石油、天然氣(qi)(qi)儲(chu)量，因(yin)此，這里(li)就以(yi)煤(mei)(mei)作(zuo)(zuo)(zuo)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)為(wei)例進(jin)行介紹，圖(tu)2.27所示為(wei)煤(mei)(mei)化工工藝(yi)(yi)流程框圖(tu)。以(yi)煤(mei)(mei)為(wei)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)制(zhi)(zhi)甲醇，首先是(shi)將煤(mei)(mei)進(jin)行氣(qi)(qi)化，即煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化過(guo)程。目前(qian)，煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化的生產(chan)工藝(yi)(yi)有(you)多種(zhong)(zhong)，包括塊煤(mei)(mei)或小(xiao)顆(ke)粒煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化工藝(yi)(yi)、粉煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化工藝(yi)(yi)和(he)水煤(mei)(mei)漿氣(qi)(qi)化工藝(yi)(yi)等。其(qi)中以(yi)水煤(mei)(mei)漿氣(qi)(qi)化工藝(yi)(yi)最為(wei)成熟，這里(li)以(yi)目前(qian)應(ying)用(yong)最多的ICI低壓合成工藝(yi)(yi)為(wei)例進(jin)行介紹。
二、典(dian)型甲醇裝置的工藝及特點
一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下，甲醇的生產過程主要分為造氣、變換和凈(jing)化、合(he)成、精餾四個工段。
1. 造(zao)氣
目(mu)前應用較多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)造(zao)氣(qi)(qi)(qi)方法是(shi)：先將(jiang)煤研磨(mo)成(cheng)(cheng)煤粉，然后摻水(shui)(shui)(shui)制(zhi)成(cheng)(cheng)水(shui)(shui)(shui)煤漿(jiang)(jiang)。水(shui)(shui)(shui)煤漿(jiang)(jiang)通(tong)過(guo)泵提升(sheng)壓力，然后通(tong)過(guo)噴嘴在(zai)(zai)高(gao)速(su)氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)流的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用下噴入氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)爐(lu)。氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)和(he)霧狀水(shui)(shui)(shui)煤漿(jiang)(jiang)在(zai)(zai)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)爐(lu)內受高(gao)溫的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，迅速(su)經歷(li)著預(yu)熱、水(shui)(shui)(shui)分(fen)蒸(zheng)發、煤的(de)(de)(de)(de)(de)(de)干餾、揮發物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)裂解燃燒以(yi)(yi)(yi)及碳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)等(deng)一系列復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理和(he)化(hua)(hua)學過(guo)程，最后生成(cheng)(cheng)以(yi)(yi)(yi)一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳、氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)、二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳和(he)水(shui)(shui)(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)為(wei)主(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)濕煤氣(qi)(qi)(qi)。合成(cheng)(cheng)氨(an)裝置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)（氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)和(he)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)）、尿素(su)裝置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)（二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳）等(deng)也常以(yi)(yi)(yi)煤為(wei)原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)獲(huo)得，只是(shi)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件(jian)不同(tong)。合成(cheng)(cheng)氨(an)裝置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)煤制(zhi)氣(qi)(qi)(qi)是(shi)以(yi)(yi)(yi)獲(huo)得氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)為(wei)主(zhu)，并在(zai)(zai)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)時通(tong)過(guo)空氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入而(er)帶入氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)，最終獲(huo)得氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)和(he)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)呈一定比例(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)混合氣(qi)(qi)(qi)體。而(er)甲醇(chun)裝置(zhi)(zhi)則(ze)以(yi)(yi)(yi)獲(huo)得一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳為(wei)主(zhu)，因此氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)時以(yi)(yi)(yi)添加(jia)純氧(yang)(yang)為(wei)主(zhu)，以(yi)(yi)(yi)減(jian)少或避免氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)。在(zai)(zai)合成(cheng)(cheng)氨(an)裝置(zhi)(zhi)一節中，沒有(you)提及造(zao)氣(qi)(qi)(qi)工(gong)段(duan)，是(shi)因為(wei)其(qi)(qi)造(zao)氣(qi)(qi)(qi)工(gong)段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程與這(zhe)里類(lei)似。典型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)煤制(zhi)氣(qi)(qi)(qi)工(gong)藝流程示意圖如圖2.28所示。原(yuan)煤經過(guo)稱(cheng)重送至(zhi)磨(mo)煤機，磨(mo)至(zhi)需要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆粒后送至(zhi)煤漿(jiang)(jiang)槽，與水(shui)(shui)(shui)混合后即形(xing)成(cheng)(cheng)水(shui)(shui)(shui)煤漿(jiang)(jiang)。水(shui)(shui)(shui)煤漿(jiang)(jiang)經泵加(jia)壓后送往(wang)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)爐(lu)。與高(gao)壓氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)經噴嘴混合進入氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)爐(lu)反應室。洗滌(di)(di)器(qi)(qi)下部出來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)(hei)水(shui)(shui)(shui)進固(gu)體分(fen)離器(qi)(qi)，液體部分(fen)（黑(hei)(hei)水(shui)(shui)(shui)）進灰(hui)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理系統。除(chu)了來(lai)自洗滌(di)(di)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)(hei)水(shui)(shui)(shui)外(wai)，還有(you)其(qi)(qi)他分(fen)離器(qi)(qi)等(deng)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)(hei)水(shui)(shui)(shui)，這(zhe)些黑(hei)(hei)水(shui)(shui)(shui)也將(jiang)被送往(wang)灰(hui)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理系統。
2. 變換和凈(jing)化
凈化(hua)工段主要包括變(bian)(bian)(bian)換和脫(tuo)硫(liu)(liu)、脫(tuo)碳(tan)兩部(bu)分(fen)，但有些裝置(zhi)也包含(han)硫(liu)(liu)回(hui)收部(bu)分(fen)。變(bian)(bian)(bian)換的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是調節煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)中的(de)(de)(de)一(yi)(yi)氧化(hua)碳(tan)含(han)量，以獲得(de)甲醇合(he)(he)成需要的(de)(de)(de)一(yi)(yi)氧化(hua)碳(tan)與氫(qing)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)比例。脫(tuo)硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是因為(wei)硫(liu)(liu)會導致(zhi)甲醇合(he)(he)成的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)劑中毒。變(bian)(bian)(bian)換及凈化(hua)的(de)(de)(de)簡單工藝流程見圖2.29。氣(qi)(qi)化(hua)工段過(guo)來(lai)的(de)(de)(de)水(shui)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)首先進(jin)入(ru)預變(bian)(bian)(bian)換爐，出爐后(hou)進(jin)入(ru)另一(yi)(yi)個變(bian)(bian)(bian)換爐，變(bian)(bian)(bian)換后(hou)經(jing)過(guo)多次換熱(re)和氣(qi)(qi)液分(fen)離后(hou)，與未變(bian)(bian)(bian)換的(de)(de)(de)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)合(he)(he)并(bing)，經(jing)熱(re)回(hui)收、冷卻。
3. 合成(cheng)
低壓(ya)法合(he)(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)工(gong)藝(yi)流程示意圖如圖2.30所示。凈化后(hou)(hou)(hou)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)送至(zhi)聯合(he)(he)(he)(he)(he)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)的(de)(de)合(he)(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)縮(suo)(suo)段(duan)壓(ya)縮(suo)(suo)后(hou)(hou)(hou)，與甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)分(fen)(fen)離器來的(de)(de)循(xun)(xun)環(huan)氣(qi)(qi)(qi)混合(he)(he)(he)(he)(he)，進(jin)入(ru)循(xun)(xun)環(huan)氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)縮(suo)(suo)段(duan)。經(jing)循(xun)(xun)環(huan)氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)升(sheng)壓(ya)后(hou)(hou)(hou)送至(zhi)合(he)(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)換熱器進(jin)行(xing)逐級(ji)換熱，送入(ru)合(he)(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)進(jin)行(xing)甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)合(he)(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)。出塔(ta)氣(qi)(qi)(qi)經(jing)合(he)(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)換熱器回收熱量后(hou)(hou)(hou)進(jin)入(ru)水(shui)(shui)冷器，經(jing)水(shui)(shui)冷后(hou)(hou)(hou)出塔(ta)，同時生成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)和水(shui)(shui)，在此(ci)得以冷凝。經(jing)甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)分(fen)(fen)離器分(fen)(fen)離液相（甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)和水(shui)(shui)）后(hou)(hou)(hou)，未反應氣(qi)(qi)(qi)體(ti)返回聯合(he)(he)(he)(he)(he)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)，經(jing)壓(ya)縮(suo)(suo)后(hou)(hou)(hou)循(xun)(xun)環(huan)使用(yong)。為防止(zhi)惰(duo)性氣(qi)(qi)(qi)體(ti)在系統中(zhong)積累，要從系統中(zhong)排出弛(chi)放氣(qi)(qi)(qi)。由甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)分(fen)(fen)離器分(fen)(fen)離出的(de)(de)粗甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)，減壓(ya)后(hou)(hou)(hou)進(jin)入(ru)閃蒸槽閃蒸，以除去甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)中(zhong)的(de)(de)大部分(fen)(fen)溶解氣(qi)(qi)(qi)，然(ran)后(hou)(hou)(hou)送至(zhi)甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇(chun)(chun)(chun)(chun)精餾工(gong)段(duan)。閃蒸氣(qi)(qi)(qi)經(jing)壓(ya)力調節后(hou)(hou)(hou)用(yong)作燃料。合(he)(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反應熱通(tong)過合(he)(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)殼側(ce)的(de)(de)沸(fei)騰水(shui)(shui)的(de)(de)飽(bao)和蒸汽帶走。
4. 精餾(liu)
在(zai)甲(jia)(jia)醇(chun)合(he)成時，因(yin)合(he)成條件及催化劑性能等因(yin)素的(de)影響(xiang)，在(zai)產生(sheng)甲(jia)(jia)醇(chun)反應的(de)同時，還(huan)伴(ban)隨著(zhu)一(yi)系(xi)列的(de)副反應。所得產品除(chu)甲(jia)(jia)醇(chun)外，還(huan)有水、醚(mi)、醛、酮、酯、烷烴(jing)、有機(ji)(ji)酸等幾十種有機(ji)(ji)雜質。所以，粗甲(jia)(jia)醇(chun)需進行精餾提純。甲(jia)(jia)醇(chun)精餾工藝流程示意(yi)圖如圖2.31所示。
粗甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)經預(yu)(yu)熱(re)后入(ru)預(yu)(yu)精(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)，該(gai)塔(ta)(ta)(ta)(ta)主要是將二甲(jia)(jia)(jia)醚(mi)等低沸點餾(liu)(liu)分從塔(ta)(ta)(ta)(ta)頂分離。低沸點餾(liu)(liu)分不(bu)凝(ning)氣體(ti)(ti)從塔(ta)(ta)(ta)(ta)頂排出，送(song)至(zhi)燃料氣系(xi)統。塔(ta)(ta)(ta)(ta)底的(de)液(ye)體(ti)(ti)由(you)預(yu)(yu)精(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)塔(ta)(ta)(ta)(ta)底泵升壓(ya)(ya)(ya)后送(song)入(ru)加(jia)壓(ya)(ya)(ya)精(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)進行蒸(zheng)餾(liu)(liu)。加(jia)壓(ya)(ya)(ya)精(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)塔(ta)(ta)(ta)(ta)頂氣體(ti)(ti)被(bei)冷凝(ning)后，一(yi)部分作為精(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)加(jia)壓(ya)(ya)(ya)塔(ta)(ta)(ta)(ta)的(de)回(hui)(hui)流(liu)，另一(yi)部分作為精(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)產(chan)(chan)品送(song)至(zhi)精(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)儲(chu)罐。加(jia)壓(ya)(ya)(ya)精(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)底的(de)精(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)液(ye)體(ti)(ti)，靠自身壓(ya)(ya)(ya)力送(song)入(ru)常壓(ya)(ya)(ya)精(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)進一(yi)步(bu)精(jing)餾(liu)(liu)。常壓(ya)(ya)(ya)精(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)頂部蒸(zheng)汽經冷凝(ning)器冷凝(ning)后，部分作為回(hui)(hui)流(liu)液(ye)返回(hui)(hui)塔(ta)(ta)(ta)(ta)內，部分作為精(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)產(chan)(chan)品與(yu)加(jia)壓(ya)(ya)(ya)塔(ta)(ta)(ta)(ta)的(de)精(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)匯合，一(yi)起送(song)至(zhi)精(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)儲(chu)槽。
三、介質特點
甲醇裝置中包含的(de)特(te)殊介質有：甲醇、氫氣、一氧化碳(tan)、二氧化碳(tan)、高壓氧氣、黑水(shui)等。甲醇是一種透明、無色(se)、易燃(ran)(ran)、有毒的(de)液體(ti)，略帶酒(jiu)精味(wei)。熔(rong)點(dian)為-97.8℃，沸(fei)點(dian)為64.8℃，自燃(ran)(ran)點(dian)為47℃，能與水(shui)、乙醇、乙醚、苯、
丙(bing)酮和大多數有機溶劑(ji)相混溶，遇熱、明火或(huo)氧化劑(ji)易著火。甲(jia)醇屬于(yu)甲(jia)B類可燃液體。按(an)GB 5044 標(biao)準甲(jia)醇屬于(yu)中度危害介(jie)質。
四、甲醇裝置的配管(guan)設計
主要(yao)是(shi)對塔(ta)、罐(guan)、泵、反(fan)應器等設備的(de)配管設計。
