谁能帮忙解释一下工业上甲醇生产的工艺流程,从头到尾详细感谢。
天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品(焦炭、焦炉气)、乙炔尾气等。可作为生产甲醇合成气的原料。天然气和石脑油的蒸汽转化需要在结构复杂、成本高的转化炉中进行。重整炉配备有辐射室和对流室,以在催化剂的存在下在高温下进行烃蒸汽转化反应。重油的部分氧化需要在高温气化器中进行。当以固体燃料为原料时,可通过间歇气化或连续气化生产水煤气。间歇气化以空气和蒸汽为气化剂,喷吹和产气阶段分开,连续气化以氧气和蒸汽为气化剂,过程连续。
许多用于甲醇生产的催化剂,如天然气和石脑油蒸汽转化催化剂和甲醇合成催化剂,容易被硫化物中毒而失去活性,因此必须脱除硫化物。气体脱硫方法可分为两类,一类是干法脱硫,另一类是湿法脱硫。干法脱硫设备简单,但由于反应速度慢,设备比较大。湿法脱硫可分为物理吸收、化学吸收和直接氧化。
甲醇合成是在高温、高压和催化剂存在下进行的,是典型的复杂气固催化反应过程。随着甲醇合成催化剂技术的不断发展,总的趋势是从高压向中低压发展。
粗甲醇中有水、高级醇、醚、酮等杂质,需要精制。精炼过程包括精馏和化学处理。化学处理主要是用碱破坏精馏过程中难以分离的杂质,调节pH值,精馏主要是脱除挥发性组分,如二甲醚,以及乙醇高级醇和水等不易挥发的组分。
甲醇生产的总过程漫长而复杂,根据原料的不同和提纯方法的不同,可以演变成多种生产工艺。
简述高压法、中压法、低压法三种方法及其区别。
高压法一般是指在300-400℃,30 MPa条件下,用锌铬催化剂合成甲醇的过程。从1923第一次用这种方法成功合成甲醇到现在已经快50年了,世界各地的甲醇生产都在用这种方法,只是在设计上有些不同。例如甲醇合成塔的传热方式有两种:冷管式连续换热方式和冷激式多级换热方式。反应气体沿轴向和/或径向流动,有副产蒸汽和非副产蒸汽的过程。近年来,我国开发了铜基催化剂在25-27MPa压力下合成甲醇的技术。出口气中甲醇含量约为4%,反应温度为230-290℃。
ICl低压甲醇工艺是英国ICl公司1966研究成功的甲醇生产方法,从而打破了高压甲醇合成法的垄断,是甲醇生产工艺的重大变革。它采用51-1铜基催化剂,合成压力为5 MPa。ICL法合成塔是一种结构简单的热壁多级冷激式合成塔。每个催化剂层的上部装有菱形冷激气体分布器,使冷激气体均匀进入催化剂层,以调节塔内温度。低压合成塔的类型有联邦德国Lurge公司的管束式副产蒸汽合成塔和美国电气研究所的三相甲醇合成系统。20世纪70年代,中国轻工业部四川维尼纶厂从法国Speichim公司引进了一套以乙炔尾气为原料的低压甲醇装置(英国ICI专利技术)。上世纪80年代,齐鲁石化公司。
中压法是在低压法的基础上进一步发展的。由于低压法操作压力低,设备体积相当庞大,不利于大规模甲醇生产。因此,开发了压力约为10MPa的中压法甲醇合成,可以更有效地降低建厂和甲醇生产的成本。例如,ICI公司已成功研究出51-2铜基催化剂。其化学组成和活性与低压合成催化剂51-1相似,但催化剂的晶体结构不同,制造成本比51-1贵。由于这种催化剂在较高压力下能保持较长的寿命,ICI公司有可能将原来的合成压力从5MPa提高到10 MPa,所用的合成塔与低压法相同。
3.简述天然气制甲醇的方法:
天然气是生产甲醇的主要原料。天然气的主要成分是甲烷,但也含有少量的其他烷烃、烯烃和氮气。天然气制甲醇原料气有蒸汽重整、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法,其中蒸汽重整是应用最广泛的方法,在管式炉中常压或常压下进行。由于吸热反应,必须从外部供热来维持所需的转化温度,一般是通过在管间燃烧部分燃料气体来实现的,用于转化的蒸汽直接在装置内。
在天然气蒸汽重整生产的合成气中,氢气过多,一氧化碳和二氧化碳的量不足。工业上解决这一问题的方法之一是采用二氧化碳蒸汽重整以达到合适的比例。二氧化碳可以从外部供应或从重整器的烟道气中回收。另一种方法是以天然气为原料的两段重整,即在第一段进行天然气的蒸汽重整。仅约1/4甲烷反应,第二阶段用天然气部分氧化。不仅所得合成气的比例合适,而且由于第二阶段的反应温度提高到800℃以上,增加了甲醇合成的有效气体组分,所以残余甲烷的量可以减少。
天然气在进入蒸汽转化炉前应进行净化处理,去除有害杂质,净化后的天然气含硫量应小于0.1mL/m3。转化后的气体被压缩到合成工段合成甲醇。
4.简述煤和焦炭制甲醇的方法。
煤和焦炭是生产甲醇粗原料气的主要固体燃料。煤和焦炭制甲醇的技术路线包括燃料气化、气体脱硫、变换、脱碳和甲醇合成与精制。
用蒸汽和氧气(或空气或富氧空气)对煤和焦炭进行热处理称为固体燃料气化。气化得到的可燃气体一般称为煤气,作为生产甲醇的初始原料气。气化的主要设备是煤气发生炉。根据煤在炉内的运动方式,气化方法可分为固定床(移动床)气化法、流化床气化法和气流床气化法。在中国,煤和焦炭制甲醇一般采用固定床间歇气化法。
UCJ熔炉。对于国外的煤气化,目前已经工业化的煤气化器有三种:科珀斯-托泽克、鲁奇和温克勒。还有第二代和第三代煤气化炉,主要是德士古和壳牌-科珀斯。
由煤和焦炭制成的粗原料气中的氢碳比太低,因此在气体脱硫后,需要经过变换工艺将过量的一氧化碳转化为氢气和二氧化碳,然后通过脱碳工艺除去过量的二氧化碳。
原料气经压缩、甲醇合成、精馏精制生产甲醇。
5.简述从油中生产甲醇的方法。
工业上用于生产甲醇的油主要有两种:石脑油和重油。
原油精馏得到的220℃以下的馏分称为轻油,又称石脑油。由石脑油生产合成气的方法包括加压蒸汽重整、催化部分氧化、加压非催化部分氧化、间歇催化重整等。目前,由石脑油生产甲醇原料气的主要方法是加压蒸汽重整。石脑油的加压蒸汽重整需要在结构复杂的重整炉中进行。重整炉配备有辐射室和对流室。烃蒸汽重整反应在催化剂存在下在高温下进行。蒸汽重整后,石脑油的组成可以满足甲醇合成的需要。不需要在重整前后添加二氧化碳或设置两段重整,也不需要通过变换和脱碳来调整其组成。
重油是石油炼制过程中的一种产品。根据炼制方法的不同,可分为常压重油、减压重油、裂化重油及其混合物。重油制甲醇原料气有两种方法:部分氧化法和高温裂解法。裂解法需要在1400℃以上的高温下在蓄热炉中裂解重油。虽然不需要氧气,但是设备复杂,操作麻烦,产生大量炭黑。
重油部分氧化是指重质烃类与氧气发生燃烧反应,放出热量,使部分烃类热裂解,裂解产物进一步氧化重整,最终得到以H2和CO为主,少量CO2和CH4的合成气,用于甲醇合成。重油部分氧化生成的合成气碳氢比高,合成气中一氧化碳和二氧化碳含量超标,需要对部分合成气进行转化,使一氧化碳与水蒸气反应生成氢气和二氧化碳。
合成的粗甲醇需要精制以除去杂质和水,从而获得精制甲醇。
6.简述甲醇的生产方法。
合成氨联产甲醇简称甲醇,是一种合成气的净化工艺,是为替代国内合成氨生产中使用的多种铜氨溶液脱除微量碳氧化物而开发的新工艺。
联醇生产的工艺条件是在第五级压缩机出口和铜洗工艺入口之间增加一套甲醇合成装置,包括甲醇合成塔、循环机、水冷器、分离器和粗甲醇储罐等。工艺流程是将第五级压缩机出口的气体送入甲醇合成塔,洗铜过程中要脱除的大部分一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔中与氢气反应生成甲醇。联产甲醇后,进入铜洗工序的气体中一氧化碳含量明显降低,降低了铜洗负荷。同时,变换过程中的一氧化碳指标可适当放宽,降低了变换的蒸汽消耗。此外,由压缩机前几个部分中的气缸输送的一氧化碳成为有效气体,这降低了压缩机的电力消耗。
联产甲醇后,能耗明显降低,每吨氨可节电50kw.h,节约蒸汽0.4t,相当于200万kJ的能耗。甲醇联产工艺必须重视原料气的精细脱硫和精馏,以保证甲醇催化剂的使用寿命和甲醇产品的质量。