一、裝置簡(jian)介(jie)
甲醇是重(zhong)(zhong)要(yao)有(you)(you)(you)(you)機(ji)化(hua)工(gong)原(yuan)料(liao)和(he)優質燃料(liao)，廣泛應(ying)(ying)用(yong)(yong)于(yu)(yu)精細化(hua)工(gong)、塑料(liao)、醫藥、化(hua)肥等領域。甲醇也(ye)是一(yi)種(zhong)(zhong)重(zhong)(zhong)要(yao)的有(you)(you)(you)(you)機(ji)溶劑，其(qi)溶解(jie)性能優于(yu)(yu)乙醇，可用(yong)(yong)于(yu)(yu)調制(zhi)涂料(liao)。甲醇還是一(yi)種(zhong)(zhong)很(hen)有(you)(you)(you)(you)前(qian)景的清潔能源。現(xian)代大型工(gong)業化(hua)制(zhi)甲醇的生(sheng)產(chan)裝置，原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的制(zhi)取既可以煤(mei)(mei)(mei)(mei)（固(gu)體）作(zuo)原(yuan)料(liao)，也(ye)可以油品(pin)（液體）或(huo)燃料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體）作(zuo)原(yuan)料(liao)。不同的原(yuan)料(liao)，其(qi)生(sheng)產(chan)方(fang)法和(he)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)大不相同。對(dui)于(yu)(yu)我(wo)國，煤(mei)(mei)(mei)(mei)炭儲量遠大于(yu)(yu)石油、天然氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)儲量，因此，這(zhe)里就以煤(mei)(mei)(mei)(mei)作(zuo)原(yuan)料(liao)為例進行介紹，圖2.27所示為煤(mei)(mei)(mei)(mei)化(hua)工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)流程框圖。以煤(mei)(mei)(mei)(mei)為原(yuan)料(liao)制(zhi)甲醇，首先(xian)是將煤(mei)(mei)(mei)(mei)進行氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)，即煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)過程。目前(qian)，煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)的生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)有(you)(you)(you)(you)多種(zhong)(zhong)，包括塊煤(mei)(mei)(mei)(mei)或(huo)小顆粒煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)、粉煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)和(he)水煤(mei)(mei)(mei)(mei)漿(jiang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)等。其(qi)中以水煤(mei)(mei)(mei)(mei)漿(jiang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)工(gong)藝(yi)(yi)(yi)最(zui)為成熟，這(zhe)里以目前(qian)應(ying)(ying)用(yong)(yong)最(zui)多的ICI低(di)壓合成工(gong)藝(yi)(yi)(yi)為例進行介紹。
二(er)、典型甲(jia)醇裝置的工藝及(ji)特點
一(yi)般情況下，甲(jia)醇的(de)生產過程主要分為造氣、變換(huan)和凈化、合(he)成、精餾四個工(gong)段。
1. 造(zao)氣(qi)
目前應(ying)用(yong)(yong)較多(duo)的(de)(de)(de)(de)造氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)方(fang)法是(shi)(shi)(shi)：先將煤(mei)研(yan)磨成(cheng)煤(mei)粉(fen)，然后摻水(shui)(shui)(shui)(shui)制(zhi)成(cheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)漿。水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)漿通過泵提升(sheng)壓力，然后通過噴嘴在(zai)高(gao)速氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)流的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下(xia)噴入(ru)(ru)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)爐。氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)(he)霧(wu)狀(zhuang)水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)漿在(zai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)爐內受高(gao)溫(wen)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)，迅速經(jing)(jing)歷著預熱、水(shui)(shui)(shui)(shui)分蒸發、煤(mei)的(de)(de)(de)(de)干餾(liu)、揮發物(wu)的(de)(de)(de)(de)裂解燃燒以及碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)等(deng)(deng)一(yi)系列復雜的(de)(de)(de)(de)物(wu)理(li)和(he)(he)化(hua)(hua)學過程(cheng)(cheng)，最(zui)后生(sheng)成(cheng)以一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)、氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)為(wei)(wei)主的(de)(de)(de)(de)濕(shi)煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。合(he)成(cheng)氨(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)(he)氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)）、尿素裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)）等(deng)(deng)也(ye)常以煤(mei)為(wei)(wei)原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)獲(huo)得(de)，只是(shi)(shi)(shi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)條件不同。合(he)成(cheng)氨(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)煤(mei)制(zhi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)是(shi)(shi)(shi)以獲(huo)得(de)氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)為(wei)(wei)主，并在(zai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)時(shi)(shi)通過空(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)加(jia)入(ru)(ru)而帶入(ru)(ru)氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，最(zui)終獲(huo)得(de)氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)(he)氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)呈(cheng)一(yi)定比例(li)的(de)(de)(de)(de)混(hun)合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體。而甲醇裝(zhuang)(zhuang)置則以獲(huo)得(de)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)為(wei)(wei)主，因此氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)時(shi)(shi)以添加(jia)純氧(yang)(yang)為(wei)(wei)主，以減少或(huo)避免(mian)氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)存在(zai)。在(zai)合(he)成(cheng)氨(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)置一(yi)節中，沒(mei)有(you)提及造氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)段，是(shi)(shi)(shi)因為(wei)(wei)其(qi)造氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)段的(de)(de)(de)(de)過程(cheng)(cheng)與(yu)這里類似(si)。典型(xing)的(de)(de)(de)(de)煤(mei)制(zhi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)工(gong)藝流程(cheng)(cheng)示(shi)意圖(tu)如圖(tu)2.28所示(shi)。原(yuan)煤(mei)經(jing)(jing)過稱重送(song)(song)至磨煤(mei)機(ji)，磨至需要的(de)(de)(de)(de)顆粒后送(song)(song)至煤(mei)漿槽，與(yu)水(shui)(shui)(shui)(shui)混(hun)合(he)后即形成(cheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)漿。水(shui)(shui)(shui)(shui)煤(mei)漿經(jing)(jing)泵加(jia)壓后送(song)(song)往(wang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)爐。與(yu)高(gao)壓氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)(jing)噴嘴混(hun)合(he)進(jin)入(ru)(ru)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)爐反應(ying)室。洗滌(di)器下(xia)部出來(lai)的(de)(de)(de)(de)黑水(shui)(shui)(shui)(shui)進(jin)固體分離器，液體部分（黑水(shui)(shui)(shui)(shui)）進(jin)灰水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)系統(tong)。除了來(lai)自洗滌(di)器的(de)(de)(de)(de)黑水(shui)(shui)(shui)(shui)外，還有(you)其(qi)他分離器等(deng)(deng)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)黑水(shui)(shui)(shui)(shui)，這些黑水(shui)(shui)(shui)(shui)也(ye)將被送(song)(song)往(wang)灰水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)系統(tong)。
2. 變換和凈化(hua)
凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)段主要(yao)包(bao)括變換(huan)(huan)(huan)和脫(tuo)硫、脫(tuo)碳(tan)兩部(bu)分(fen)，但有些裝(zhuang)置也包(bao)含硫回(hui)收(shou)部(bu)分(fen)。變換(huan)(huan)(huan)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是調節煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)含量(liang)，以獲得(de)甲醇合(he)成需要(yao)的(de)(de)一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)與氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)比例。脫(tuo)硫的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是因(yin)為硫會導致甲醇合(he)成的(de)(de)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑中(zhong)毒。變換(huan)(huan)(huan)及凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)簡單工(gong)藝流程見圖2.29。氣(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)段過來的(de)(de)水煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)首先進入預變換(huan)(huan)(huan)爐(lu)(lu)，出爐(lu)(lu)后進入另一個(ge)變換(huan)(huan)(huan)爐(lu)(lu)，變換(huan)(huan)(huan)后經(jing)過多次換(huan)(huan)(huan)熱和氣(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)分(fen)離后，與未變換(huan)(huan)(huan)的(de)(de)煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)合(he)并，經(jing)熱回(hui)收(shou)、冷卻。
3. 合成
低壓(ya)法合(he)成甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)工藝流程示意圖如圖2.30所示。凈化后(hou)(hou)(hou)(hou)的(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)送(song)至(zhi)(zhi)聯(lian)合(he)壓(ya)縮(suo)(suo)機的(de)合(he)成氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)縮(suo)(suo)段壓(ya)縮(suo)(suo)后(hou)(hou)(hou)(hou)，與甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)分離器(qi)來(lai)的(de)循(xun)(xun)環氣(qi)(qi)(qi)混(hun)合(he)，進(jin)入循(xun)(xun)環氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)縮(suo)(suo)段。經(jing)(jing)循(xun)(xun)環氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)縮(suo)(suo)機升壓(ya)后(hou)(hou)(hou)(hou)送(song)至(zhi)(zhi)合(he)成氣(qi)(qi)(qi)換(huan)熱器(qi)進(jin)行(xing)逐(zhu)級換(huan)熱，送(song)入合(he)成塔(ta)進(jin)行(xing)甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)合(he)成。出塔(ta)氣(qi)(qi)(qi)經(jing)(jing)合(he)成氣(qi)(qi)(qi)換(huan)熱器(qi)回(hui)收熱量后(hou)(hou)(hou)(hou)進(jin)入水(shui)冷器(qi)，經(jing)(jing)水(shui)冷后(hou)(hou)(hou)(hou)出塔(ta)，同時生(sheng)成的(de)甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)和(he)水(shui)，在此(ci)得以(yi)冷凝。經(jing)(jing)甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)分離器(qi)分離液相（甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)和(he)水(shui)）后(hou)(hou)(hou)(hou)，未(wei)反(fan)應氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)返回(hui)聯(lian)合(he)壓(ya)縮(suo)(suo)機，經(jing)(jing)壓(ya)縮(suo)(suo)后(hou)(hou)(hou)(hou)循(xun)(xun)環使用(yong)(yong)。為防止惰性氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)在系統中(zhong)(zhong)積累(lei)，要從系統中(zhong)(zhong)排出弛放氣(qi)(qi)(qi)。由甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)分離器(qi)分離出的(de)粗甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)，減壓(ya)后(hou)(hou)(hou)(hou)進(jin)入閃蒸(zheng)槽閃蒸(zheng)，以(yi)除去甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)中(zhong)(zhong)的(de)大部分溶(rong)解氣(qi)(qi)(qi)，然后(hou)(hou)(hou)(hou)送(song)至(zhi)(zhi)甲(jia)(jia)醇(chun)(chun)精餾工段。閃蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)經(jing)(jing)壓(ya)力調節后(hou)(hou)(hou)(hou)用(yong)(yong)作燃料。合(he)成反(fan)應熱通過合(he)成塔(ta)殼側的(de)沸騰水(shui)的(de)飽和(he)蒸(zheng)汽帶走。
4. 精餾(liu)
在甲醇(chun)(chun)合成時，因合成條件及催化劑性(xing)能(neng)等因素的(de)影響，在產(chan)生甲醇(chun)(chun)反應(ying)(ying)的(de)同(tong)時，還(huan)伴隨著一系列的(de)副反應(ying)(ying)。所(suo)(suo)(suo)得產(chan)品(pin)除甲醇(chun)(chun)外(wai)，還(huan)有水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機(ji)酸等幾十種有機(ji)雜(za)質。所(suo)(suo)(suo)以，粗甲醇(chun)(chun)需進行精(jing)餾(liu)提純(chun)。甲醇(chun)(chun)精(jing)餾(liu)工藝(yi)流程示意圖如圖2.31所(suo)(suo)(suo)示。
粗甲(jia)醇(chun)經(jing)預熱后入預精(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)，該(gai)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)主要是將(jiang)二甲(jia)醚等低沸點餾(liu)(liu)(liu)(liu)分(fen)(fen)從(cong)(cong)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)頂(ding)分(fen)(fen)離(li)。低沸點餾(liu)(liu)(liu)(liu)分(fen)(fen)不凝(ning)(ning)氣體(ti)從(cong)(cong)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)頂(ding)排出，送至(zhi)燃料氣系統(tong)。塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)底的液(ye)體(ti)由預精(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)底泵升壓(ya)(ya)后送入加(jia)壓(ya)(ya)精(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)進行蒸(zheng)餾(liu)(liu)(liu)(liu)。加(jia)壓(ya)(ya)精(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)頂(ding)氣體(ti)被冷凝(ning)(ning)后，一部(bu)分(fen)(fen)作(zuo)為精(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)加(jia)壓(ya)(ya)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)的回流，另一部(bu)分(fen)(fen)作(zuo)為精(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)產(chan)品送至(zhi)精(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)儲(chu)罐。加(jia)壓(ya)(ya)精(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)底的精(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)液(ye)體(ti)，靠自身壓(ya)(ya)力送入常(chang)壓(ya)(ya)精(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)進一步精(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)(liu)。常(chang)壓(ya)(ya)精(jing)(jing)餾(liu)(liu)(liu)(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)頂(ding)部(bu)蒸(zheng)汽經(jing)冷凝(ning)(ning)器冷凝(ning)(ning)后，部(bu)分(fen)(fen)作(zuo)為回流液(ye)返回塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)內，部(bu)分(fen)(fen)作(zuo)為精(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)產(chan)品與加(jia)壓(ya)(ya)塔(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)(ta)的精(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)匯合，一起送至(zhi)精(jing)(jing)甲(jia)醇(chun)儲(chu)槽。
三、介質特點
甲醇(chun)裝(zhuang)置中包含的(de)特殊介質有(you)(you)：甲醇(chun)、氫(qing)氣(qi)、一(yi)氧(yang)化(hua)碳、二氧(yang)化(hua)碳、高壓氧(yang)氣(qi)、黑水等(deng)。甲醇(chun)是一(yi)種透明、無色、易燃(ran)、有(you)(you)毒的(de)液體，略(lve)帶酒精味。熔點為(wei)-97.8℃，沸(fei)點為(wei)64.8℃，自(zi)燃(ran)點為(wei)47℃，能(neng)與水、乙醇(chun)、乙醚、苯、
丙酮(tong)和大(da)多數(shu)有機溶劑(ji)相混溶，遇熱、明火或氧化(hua)劑(ji)易著火。甲(jia)(jia)醇屬(shu)于甲(jia)(jia)B類可燃液(ye)體。按(an)GB 5044 標準甲(jia)(jia)醇屬(shu)于中度危(wei)害介質。
四、甲(jia)醇裝(zhuang)置的(de)配管設計
主(zhu)要(yao)是對塔、罐(guan)、泵、反應器等設備的配管設計。
