一、甲醇生產工藝:是將天然氣、煤、石油等原料通過化學合成轉化為甲醇的工業技術,核心是通過一氧化碳、二氧化碳與氫氣在催化劑作用下加壓氫化反應生成甲醇。該工藝主要分為合成氣制備、凈化、甲醇合成與精餾四個步驟。原料氣可通過蒸汽轉化法(天然氣)、氣化法(煤、焦炭)或部分氧化法(重油)制取,需經干法或濕法脫硫以避免催化劑中毒。
1.工藝流程:
工業上幾乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加壓催化氫化法合成甲醇,典型的流程包括原料氣制造、原料氣凈化、甲醇合成、粗甲醇精餾等工序。
天然氣、石腦油、重油、煤及其加工產品(焦炭、焦爐煤氣)、乙炔尾氣等均可作為生產甲醇合成氣的原料。
甲醇生產中所使用的多種催化劑,如天然氣與石腦油蒸氣轉化催化劑、甲醇合成催化劑都易受硫化物毒害而失去活性,必須將硫化物除凈。氣體脫硫方法可分為兩類,一類是干法脫硫,一類是濕法脫硫。干法脫硫設備簡單,但由于反應速率較慢,設備比較龐大。濕法脫硫可分為物理吸收法、化學吸收法與直接氧化法三類。
甲醇的合成是在高溫、高壓、催化劑存在下進行的,是典型的復合氣-固相催化反應過程。隨著甲醇合成催化劑技術的不斷發展,總的趨勢是由高壓向低、中壓發展.
2.粗甲醇特點:存在水分、高級醇、醚、酮等雜質,需要精制。精制過程包括精餾與化學處理;瘜W處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質,并調節pH,精餾主要是除去易揮發組分如二甲醚等,以及難以揮發的組分如乙醇、水等。
甲醇生產的總流程長,工藝復雜,根據不同原料與不同的凈化方法可以演變為多種生產流程。
3.生產方法
(1)天然氣制甲醇:
天然氣是制造甲醇的主要原料。天然氣的主要組分是甲烷,還含有少量的其他烷烴、烯烴與氮氣。以天然氣生產甲醇原料氣有蒸汽轉化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法,其中蒸汽轉化法應用得最廣泛,它是在管式爐中常壓或加壓下進行的。由于反應吸熱必須從外部供熱以保持所要求的轉化溫度,一般是在管間燃燒某種燃料氣來實現,轉化用的蒸汽直接在裝置上靠煙道氣和轉化氣的熱量制取。
由于天然氣蒸汽轉化法制的合成氣中,氫過量而一氧化碳與二氧化碳量不足,工業上解決這個問題的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽轉化法以達到合適的配比,二氧化碳可以外部供應,也可以由轉化爐煙道氣中回收。另一種方法是以天然氣為原料的二段轉化法,即在第一段轉化中進行天然氣的蒸汽轉化,只有約1/4的甲烷進行反應。第二段進行天然氣的部分氧化,不僅所得合成氣配比合適而且由于第二段反應溫度提高到800℃以上,殘留的甲烷量可以減少,增加了合成甲醇的有效氣體組分。
天然氣進入蒸汽轉化爐前需進行凈化處理清除有害雜質,要求凈化后氣體含硫量小于0.1mL/m3,轉化后的氣體經壓縮去合成工段合成甲醇。
(2)煤、焦炭制甲醇
煤與焦炭是制造甲醇粗原料氣的主要固體燃料。用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括燃料的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳及甲醇合成與精制。
用蒸汽與氧氣(或空氣、富氧空氣)對煤、焦炭進行熱加工稱為固體燃料氣化,氣化所得可燃性氣體通稱煤氣是制造甲醇的初始原料氣,氣化的主要設備是煤氣發生爐,按煤在爐中的運動方式,氣化方法可分為固定床(移動床)氣化法、流化床氣化法和氣流床氣化法。
用煤和焦炭制得的粗原料氣組分中氫碳比太低,故在氣體脫硫后要經過變換工序,使過量的一氧化碳變換為氫氣和二氧化碳,再經脫碳工序將過量的二氧化碳除去。
原料氣經過壓縮、甲醇合成與精餾精制后制得甲醇。
(3)油制甲醇:
工業上用油來制取甲醇的油品主要有二類:一類是石腦油,另一類是重油。
原油精餾所得的220℃以下的餾分稱為輕油,又稱石腦油,以石腦油為原料生產合成氣的方法有加壓蒸汽轉化法,催化部分氧化法、加壓非催化部分氧化法、間歇催化轉化法等。用石腦油生產甲醇原料氣的主要方法是加壓蒸汽轉化法。石腦油的加壓蒸汽轉化需在結構復雜的轉化爐中進行,轉化爐設置有輻射室與對流室,在高溫、催化劑存在下進行烴類蒸汽轉化反應。石腦油經蒸汽轉化后,其組成恰可滿足合成甲醇之需要。既無需在轉化前后補加二氧化碳或設二段轉化,也無需經變換、脫碳調整其組成。
重油是石油煉制過程中的一種產品,根據煉制方法不同,可分為常壓重油、減壓重油、裂化重油及它們的混合物。以重油為原料制取甲醇原料氣有部分氧化法與高溫裂解法兩種途徑。裂解法需在1400℃以上的高溫下,在蓄熱爐中將重油裂解,雖然可以不用氧氣,但設備復雜、操作麻煩、生成炭黑量多。
重油部分氧化是指重質烴類和氧氣進行燃燒反應,反應放熱,使部分碳氫化合物發生熱裂解,裂解產物進一步發生氧化、重整反應,最終得到以H2、CO為主,及少量CO2、CH4的合成氣供甲醇合成使用。重油部分氧化法所生成的合成氣,由于原料重油中碳氫比高,合成氣中一氧化碳與二氧化碳含量過量,需將部分合成氣經過變換,使一氧化碳與水蒸氣作用生成氫氣與二氧化碳,然后脫除二氧化碳,以達到合成甲醇所需之組成。
(4)聯醇生產
與合成氨聯合生產甲醇簡稱聯醇,這是一種合成氣的凈化工藝,以替代我國不少合成氨生產用銅氨液脫除微量碳氧化物而開發的一種新工藝。
聯醇生產的工藝條件是在壓縮機五段出口與銅洗工序進口之間增加一套甲醇合成的裝置,包括甲醇合成塔、循環機、水冷器、分離器和粗甲醇貯槽等有關設備,工藝流程是壓縮機五段出口氣體先進人甲醇合成塔,大部分原先要在銅洗工序除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔內與氫氣反應生成甲醇,聯產甲醇后進入銅洗工序的氣體一氧化碳含量明顯降低,減輕了銅洗負荷,同時變換工序的一氧化碳指標可適量放寬,降低了變換的蒸汽消耗,而且壓縮機前幾段氣缸輸送的一氧化碳成為有效氣體,壓縮機電耗降低。
聯產甲醇后能耗降低較明顯,可使每噸氨節電50kW·h,節省蒸汽0.4t,折合能耗為200萬kJ,聯醇工藝流程必須重視原料氣的精脫硫和精餾等工序以保證甲醇催化劑使用壽命和甲醇產品質量。
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