一、裝置簡介
甲(jia)醇(chun)是(shi)(shi)重要有(you)(you)(you)機(ji)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)和優質燃料(liao)，廣(guang)泛(fan)應(ying)用于(yu)(yu)(yu)精細化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)、塑料(liao)、醫藥(yao)、化(hua)(hua)(hua)(hua)肥等領(ling)域(yu)。甲(jia)醇(chun)也是(shi)(shi)一種重要的(de)有(you)(you)(you)機(ji)溶劑，其溶解性(xing)能優于(yu)(yu)(yu)乙醇(chun)，可(ke)用于(yu)(yu)(yu)調制涂料(liao)。甲(jia)醇(chun)還(huan)是(shi)(shi)一種很有(you)(you)(you)前景的(de)清潔能源。現(xian)代(dai)大型工(gong)業化(hua)(hua)(hua)(hua)制甲(jia)醇(chun)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)裝置，原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)制取既可(ke)以煤(mei)(mei)(mei)（固體(ti)）作原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)，也可(ke)以油(you)品（液體(ti)）或燃料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)）作原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)。不同的(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)，其生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)方法和生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)大不相(xiang)同。對于(yu)(yu)(yu)我國(guo)，煤(mei)(mei)(mei)炭(tan)儲(chu)(chu)量遠大于(yu)(yu)(yu)石油(you)、天(tian)然氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)儲(chu)(chu)量，因此，這(zhe)里就以煤(mei)(mei)(mei)作原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)為(wei)例進(jin)(jin)行介(jie)紹(shao)，圖(tu)2.27所(suo)示(shi)為(wei)煤(mei)(mei)(mei)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)流程(cheng)框圖(tu)。以煤(mei)(mei)(mei)為(wei)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)制甲(jia)醇(chun)，首先是(shi)(shi)將煤(mei)(mei)(mei)進(jin)(jin)行氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)，即煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)。目(mu)前，煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)有(you)(you)(you)多(duo)種，包括塊(kuai)煤(mei)(mei)(mei)或小顆(ke)粒煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)、粉煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)和水煤(mei)(mei)(mei)漿(jiang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)等。其中(zhong)以水煤(mei)(mei)(mei)漿(jiang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)最(zui)為(wei)成(cheng)熟，這(zhe)里以目(mu)前應(ying)用最(zui)多(duo)的(de)ICI低壓合成(cheng)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)為(wei)例進(jin)(jin)行介(jie)紹(shao)。
二、典型甲醇裝(zhuang)置的工藝及特點
一般情況下(xia)，甲醇的生(sheng)產過程主要(yao)分(fen)為造氣、變(bian)換和(he)凈化、合成、精餾四(si)個工段。
1. 造(zao)氣
目(mu)前應用較多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)造氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)方法是(shi)：先將煤(mei)(mei)(mei)研磨(mo)成煤(mei)(mei)(mei)粉，然后(hou)摻水(shui)(shui)(shui)制(zhi)(zhi)成水(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)。水(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)通過(guo)泵(beng)提升壓力(li)，然后(hou)通過(guo)噴嘴在(zai)(zai)高速氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)流的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用下噴入氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化爐(lu)。氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)霧狀水(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)在(zai)(zai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化爐(lu)內受高溫(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，迅(xun)速經歷著預熱、水(shui)(shui)(shui)分(fen)蒸(zheng)發、煤(mei)(mei)(mei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)餾、揮發物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)裂解燃燒以(yi)(yi)及碳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化等一(yi)(yi)系(xi)列復雜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理和(he)化學(xue)過(guo)程，最后(hou)生(sheng)成以(yi)(yi)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化碳、氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、二氧(yang)(yang)化碳和(he)水(shui)(shui)(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)為主的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)濕煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。合成氨(an)裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)）、尿素裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（二氧(yang)(yang)化碳）等也(ye)常以(yi)(yi)煤(mei)(mei)(mei)為原料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化獲得，只(zhi)是(shi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件(jian)不(bu)同。合成氨(an)裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)煤(mei)(mei)(mei)制(zhi)(zhi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)是(shi)以(yi)(yi)獲得氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)為主，并在(zai)(zai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化時通過(guo)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入而(er)帶入氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，最終獲得氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)呈(cheng)一(yi)(yi)定比例(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)混合氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)。而(er)甲醇裝(zhuang)置(zhi)則以(yi)(yi)獲得一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化碳為主，因(yin)此氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化時以(yi)(yi)添加(jia)純氧(yang)(yang)為主，以(yi)(yi)減少或避(bi)免(mian)氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)。在(zai)(zai)合成氨(an)裝(zhuang)置(zhi)一(yi)(yi)節中，沒有提及造氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)(gong)段，是(shi)因(yin)為其(qi)造氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)(gong)段的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程與(yu)這里類似。典(dian)型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)煤(mei)(mei)(mei)制(zhi)(zhi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)(gong)藝流程示(shi)意圖如(ru)圖2.28所示(shi)。原煤(mei)(mei)(mei)經過(guo)稱重送(song)(song)至(zhi)磨(mo)煤(mei)(mei)(mei)機，磨(mo)至(zhi)需要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆粒后(hou)送(song)(song)至(zhi)煤(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)槽，與(yu)水(shui)(shui)(shui)混合后(hou)即形成水(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)。水(shui)(shui)(shui)煤(mei)(mei)(mei)漿(jiang)(jiang)經泵(beng)加(jia)壓后(hou)送(song)(song)往氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化爐(lu)。與(yu)高壓氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經噴嘴混合進(jin)入氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化爐(lu)反應室。洗(xi)滌器(qi)(qi)下部出來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)水(shui)(shui)(shui)進(jin)固(gu)體(ti)分(fen)離器(qi)(qi)，液體(ti)部分(fen)（黑(hei)水(shui)(shui)(shui)）進(jin)灰水(shui)(shui)(shui)處理系(xi)統。除(chu)了來自(zi)洗(xi)滌器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)水(shui)(shui)(shui)外，還(huan)有其(qi)他(ta)分(fen)離器(qi)(qi)等產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)水(shui)(shui)(shui)，這些黑(hei)水(shui)(shui)(shui)也(ye)將被送(song)(song)往灰水(shui)(shui)(shui)處理系(xi)統。
2. 變換和(he)凈化
凈(jing)化工段主要包括(kuo)變(bian)換和(he)脫(tuo)硫(liu)、脫(tuo)碳(tan)兩部分，但有(you)些(xie)裝置也(ye)包含硫(liu)回收部分。變(bian)換的(de)(de)目的(de)(de)是調節煤(mei)氣(qi)(qi)中的(de)(de)一氧(yang)化碳(tan)含量，以獲得甲醇合成需(xu)要的(de)(de)一氧(yang)化碳(tan)與(yu)氫氣(qi)(qi)的(de)(de)比(bi)例。脫(tuo)硫(liu)的(de)(de)目的(de)(de)是因為硫(liu)會導致甲醇合成的(de)(de)催化劑中毒。變(bian)換及凈(jing)化的(de)(de)簡單工藝流(liu)程見圖2.29。氣(qi)(qi)化工段過來的(de)(de)水煤(mei)氣(qi)(qi)首先進入預變(bian)換爐，出爐后(hou)進入另一個變(bian)換爐，變(bian)換后(hou)經(jing)過多次換熱(re)和(he)氣(qi)(qi)液分離后(hou)，與(yu)未變(bian)換的(de)(de)煤(mei)氣(qi)(qi)合并(bing)，經(jing)熱(re)回收、冷卻。
3. 合(he)成(cheng)
低壓(ya)(ya)(ya)法合(he)成(cheng)甲(jia)醇(chun)工藝(yi)流(liu)程示意圖如圖2.30所示。凈化后(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)送至(zhi)聯合(he)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)的(de)(de)(de)合(he)成(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)段(duan)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)后(hou)(hou)(hou)，與甲(jia)醇(chun)分離器(qi)來的(de)(de)(de)循(xun)環(huan)(huan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)混合(he)，進入(ru)(ru)循(xun)環(huan)(huan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)段(duan)。經(jing)循(xun)環(huan)(huan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)升壓(ya)(ya)(ya)后(hou)(hou)(hou)送至(zhi)合(he)成(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)換熱器(qi)進行逐級換熱，送入(ru)(ru)合(he)成(cheng)塔(ta)(ta)(ta)進行甲(jia)醇(chun)合(he)成(cheng)。出塔(ta)(ta)(ta)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)合(he)成(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)換熱器(qi)回收熱量后(hou)(hou)(hou)進入(ru)(ru)水(shui)冷器(qi)，經(jing)水(shui)冷后(hou)(hou)(hou)出塔(ta)(ta)(ta)，同時生成(cheng)的(de)(de)(de)甲(jia)醇(chun)和水(shui)，在此得以(yi)冷凝(ning)。經(jing)甲(jia)醇(chun)分離器(qi)分離液相（甲(jia)醇(chun)和水(shui)）后(hou)(hou)(hou)，未反應氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)返回聯合(he)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)，經(jing)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)后(hou)(hou)(hou)循(xun)環(huan)(huan)使用。為防止惰性(xing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)在系統(tong)(tong)中(zhong)積累，要從系統(tong)(tong)中(zhong)排出弛放氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。由甲(jia)醇(chun)分離器(qi)分離出的(de)(de)(de)粗甲(jia)醇(chun)，減壓(ya)(ya)(ya)后(hou)(hou)(hou)進入(ru)(ru)閃(shan)(shan)蒸(zheng)(zheng)槽(cao)閃(shan)(shan)蒸(zheng)(zheng)，以(yi)除去甲(jia)醇(chun)中(zhong)的(de)(de)(de)大部分溶(rong)解氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，然后(hou)(hou)(hou)送至(zhi)甲(jia)醇(chun)精餾工段(duan)。閃(shan)(shan)蒸(zheng)(zheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)壓(ya)(ya)(ya)力調(diao)節后(hou)(hou)(hou)用作(zuo)燃料(liao)。合(he)成(cheng)反應熱通過合(he)成(cheng)塔(ta)(ta)(ta)殼(ke)側(ce)的(de)(de)(de)沸騰水(shui)的(de)(de)(de)飽和蒸(zheng)(zheng)汽帶(dai)走。
4. 精餾
在甲(jia)醇合(he)成時(shi)，因(yin)合(he)成條件及催化劑性能等(deng)因(yin)素的(de)(de)影(ying)響，在產生甲(jia)醇反應的(de)(de)同(tong)時(shi)，還伴(ban)隨著(zhu)一系列的(de)(de)副反應。所(suo)得(de)產品(pin)除(chu)甲(jia)醇外，還有(you)水、醚、醛(quan)、酮、酯、烷烴(jing)、有(you)機酸等(deng)幾(ji)十種有(you)機雜質。所(suo)以，粗甲(jia)醇需進行精(jing)餾提純。甲(jia)醇精(jing)餾工藝流程示意圖如圖2.31所(suo)示。
粗甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)經預(yu)熱后入(ru)預(yu)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)，該(gai)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)主要是將二(er)甲(jia)(jia)(jia)醚等低沸點(dian)餾(liu)(liu)分(fen)從(cong)(cong)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)頂(ding)分(fen)離。低沸點(dian)餾(liu)(liu)分(fen)不凝(ning)氣(qi)體(ti)從(cong)(cong)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)頂(ding)排出，送(song)至燃料氣(qi)系統。塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)底的(de)(de)液(ye)(ye)體(ti)由預(yu)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)底泵(beng)升壓(ya)(ya)(ya)后送(song)入(ru)加(jia)壓(ya)(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)進行蒸(zheng)餾(liu)(liu)。加(jia)壓(ya)(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)頂(ding)氣(qi)體(ti)被冷(leng)凝(ning)后，一部分(fen)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)精(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)加(jia)壓(ya)(ya)(ya)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)的(de)(de)回(hui)流，另一部分(fen)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)精(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)產(chan)品(pin)送(song)至精(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)儲(chu)罐。加(jia)壓(ya)(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)底的(de)(de)精(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)液(ye)(ye)體(ti)，靠(kao)自身壓(ya)(ya)(ya)力送(song)入(ru)常(chang)壓(ya)(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)進一步精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)。常(chang)壓(ya)(ya)(ya)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)頂(ding)部蒸(zheng)汽經冷(leng)凝(ning)器冷(leng)凝(ning)后，部分(fen)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)回(hui)流液(ye)(ye)返回(hui)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)內，部分(fen)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)精(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)產(chan)品(pin)與加(jia)壓(ya)(ya)(ya)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)的(de)(de)精(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)匯合，一起送(song)至精(jing)(jing)(jing)甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)儲(chu)槽。
三(san)、介(jie)質(zhi)特點
甲醇(chun)裝置中包含的(de)特殊(shu)介質有：甲醇(chun)、氫氣、一氧化(hua)碳(tan)、二氧化(hua)碳(tan)、高(gao)壓氧氣、黑水(shui)等。甲醇(chun)是一種透明、無色(se)、易燃(ran)、有毒的(de)液體，略(lve)帶(dai)酒精(jing)味(wei)。熔點為-97.8℃，沸點為64.8℃，自燃(ran)點為47℃，能與水(shui)、乙醇(chun)、乙醚、苯、
丙酮和(he)大多(duo)數有機溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易著(zhu)火。甲(jia)(jia)醇屬(shu)(shu)于(yu)甲(jia)(jia)B類可燃(ran)液(ye)體。按(an)GB 5044 標準甲(jia)(jia)醇屬(shu)(shu)于(yu)中度危害介(jie)質。
四、甲醇裝(zhuang)置的配(pei)管設計(ji)
主要是對塔、罐、泵、反應器等(deng)設備的配(pei)管設計。
