本科毕业设计（论文）-年产180万吨煤制甲醇的工艺设计(63页).docx

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1、-本科毕业设计（论文）-年产180万吨煤制甲醇的工艺设计-第 53 页本科毕业设计(论文)年产180万吨煤制甲醇的工艺设计学生姓名： 学生学号： 院 (系) ： 年级专业： 指导教师： 二一七年六月摘 要以煤为原料生产甲醇的工艺过程包括空气分离、煤气化、一氧化碳变换、合成气净化、甲醇合成、甲醇精馏等工艺单元。本文以年产180万吨煤制甲醇为目的进行设计，主要围绕原料气的制备、甲醇的合成以及粗甲醇的精馏几个工段。设计的主要内容是首先通过对各工艺流程各方法进行对比分析，确定本次设计采用的工艺流程，然后对主要工艺段进行物料衡算以及热量衡算，并对工艺中涉及的主要设备进行简单选型和对加压精馏塔进行了设计计

2、算。同时绘制了物料流程图及设备装配图。关键词 煤制甲醇，工艺流程，工艺计算ABSTRACTThe process for producing methanol talking coal as feedstock is composed of such units as air separation,coal gasification,CO-shift,syn-gas purification,methanol synthesis and methanol rectification.The purpose of this paper was to design for the yearly p

3、roduction of 1.8 million tons of methanol from coal, mainly focusing on the preparation of raw material gas, the synthesis of methanol and the fractionation of crude methanol. The main content of this design embraced the followings: first, the study of the comparative analysis of each process and me

4、thod, determining the design process; then making material balance and heat balance of the main technological section, and making model selection of the main equipment involved in the process and making design calculation of pressurized column. At the same time, the flowchart of the material and the

5、 assembly diagram were drawn.Keywords coal to methanol, process flow, process calculation 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1甲醇的性质11.1.1一般性状11.1.2物理性质11.1.3化学性质11.2甲醇的用途21.2.1甲醇的下游产品简介21.2.2汽车用清洁燃料31.3甲醇合成工艺41.3.1发展现状41.3.2合成方法51.3.3ICI工艺与Lurgi工艺比较61.3.4Lurgi三塔流程的特点71.4煤气化81.4.1国内外主要煤气化技术81.4.2GE水煤浆气化技术101.5变

6、换工艺111.6气体净化111.7甲醇精制121.7.1粗甲醇的组成121.7.2工业用甲醇标准131.7.3几种典型的甲醇精制工艺流程151.8工艺确定171.8.1工艺技术171.8.2流程简述172 物料衡算192.1精馏工段192.1.1 预精馏塔的物料衡算192.1.2 主精馏塔的物料衡算202.1.3 回收塔的物料衡算212.2合成工段212.2.1 合成塔中发生的反应212.2.2 粗甲醇的合成212.2.3 粗甲醇中的溶解气体量222.2.4 粗甲醇中的溶解气体量222.2.5 合成反应中各气体的消耗和生成量222.2.6 新鲜气与驰放气量的确定232.2.7循环气气量的确定2

7、42.2.8入塔气和出塔气组成252.2.9甲醇分离器出口组成272.3原料气制备工段282.3.1变换282.3.2气化303 热量衡算323.1精馏工段323.1.1 预塔的热量衡算323.1.2 加压塔的热量衡算333.1.3 常压塔的热量衡算353.1.4 回收塔的热量衡算363.2合成工段383.2.1合成塔热量衡算相关计算式383.2.2合成塔入塔热量计算383.2.3合成塔的反应热393.2.4合成塔出塔热量计算403.3原料气制备工段403.3.1入塔热量403.3.2合成气带出热量404 主要设备的选型及计算424.1气化炉的选型424.2变换炉的选型434.3合成塔的选型4

8、34.4预精馏塔的选型434.5加压精馏塔的设计434.5.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率434.5.2原料液即塔顶、塔底产品的平均摩尔质量444.5.3简捷法求理论板层数444.5.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算454.5.5塔体工艺尺寸计算474.5.6塔板工艺尺寸计算494.5.7塔板流体力学验算514.5.8塔板性能负荷图524.5.9塔主要尺寸确定534.6常压精馏塔的选型544.7回收塔的选型545 厂址选择555.1选址原则555.2厂址位置555.3选址优势565.3.1自然条件优势565.3.2交通运输优势565.3.3给排水优势565.3.4环境治理优势566

9、环境保护与安全技术586.1环境保护586.1.1法律法规586.1.2引用标准586.1.3废气586.1.4废水596.1.5废渣596.1.6噪音596.2安全技术596.2.1有毒物质的预防596.2.2防火606.2.3甲醇的储存607 经济分析及效益估算617.1投资估算617.2经济效益估算617.3投资回收期估算61参考文献62致 谢641 绪论1.1甲醇的性质1.1.1一般性状甲醇是最简单的饱和一元醇，因它最先是从木材加工得到，所以俗名又称为“木精”、“木醇”。其分子式为CH3OH，分子量为32.043。常温常压下，甲醇是易挥发和易燃的无色液体，具有类似酒精的气味。甲醇能和水

10、以任何比例互相溶解，但不与水形成共沸混合物，因此，可以用分馏方法来分离甲醇和水。甲醇能溶解多种树脂，因此是一种良好的有机溶剂，但不溶解脂肪。甲醇比水轻，是易挥发的液体，具有很强的毒性，误饮能使眼睛失明，甚至致死。1.1.2物理性质甲醇的物理性质见下表。表1-1 甲醇的物理性质沸点64.564.7 凝固点-97-97.8 自然点473461 相对密度0.7915（20 ）粘度（液体）5.94510-4 Pas（20 ）粘度（气体）11.410-5 Pas(65 )闪光1216 折光系数1.32874（20 ）膨胀系数0.00119 -1表面张力22.110-4 kg/m（20 ）蒸汽压力-44.

11、4 131.45 Pa20 11825.48 Pa-20 839.9 Pa50 50888.2 Pa0 3572.98 Pa64.5 101323.2 Pa10 6679.3 Pa100 320634.6 Pa1.1.3化学性质（1）氧化反应：甲醇完全氧化燃烧，生成二氧化碳和水，并放出热量；甲醇不完全氧化，则生成甲醛。（2）脱氢反应：甲醇脱氢生成甲醛。（3）与有机酸反应：与乙酸作用，发生酯化反应，生成乙酸甲酯。（4）与无机酸反应：与硫酸作用，生成硫酸二甲酯；与硝酸作用，生成硝酸甲酯；与盐酸作用，生成氯甲烷。（5）与氨反应生成甲胺（一甲胺、二甲胺、三甲胺）。（6）与苯作用，生成甲苯。（7）与一氧

12、化碳作用，生成醋酸。（8）与乙炔作用，生成甲基乙烯基醚。（9）与金属钠作用，生成甲醇钠。（10）与苯胺作用，生成二甲基苯。1.2甲醇的用途1.2.1甲醇的下游产品简介甲醇有着非常广泛的工业应用，迎合市场需求，从中国紧缺甲醇能源的实际国情出发，发展甲醇下游产品，是未来大规模发展甲醇生产的发展方向。甲醇的下游产品种类繁多，本文仅简单介绍其中几种。（1）醋酸德国BASF公司甲醇羰基化法早在1960年就工业化了，但由于它所采用的碘化钴催化剂在苛刻的工艺条件下进行反应，甲醇转化收率只有85%，因此醋酸生产的发展受到了限制。1970年美国孟山都公司首次建成世界第一套低压羰基化醋酸工业化装置，开创了醋酸生产

13、非石油乙烯路线的新局面。近年来，以甲醇为原料合成醋酸大量发展，据估计，世界有一半以上醋酸产量由孟山都法生产。（2）合成汽油由于世界能源趋紧，资本主义世界受多次石油危机的冲击，对于用甲醇合成汽油，改变能源路线发生了兴趣。美国莫比尔公司成功研究经甲醇路线合成汽油的新工艺，1985年与新西兰的合成燃料公司联合建成，成为世界上第一座以天然气为原料合成汽油的工业装置。随着世界石油消耗的不断上升，与石油贮量的下降，合成汽油将有较大的发展前景。（3）甲醇蛋白甲醇蛋白是以甲醇为原料，利用生物技术生产的一种单细胞蛋白（SCP）。80年代初，英国I.C.I.公司建成年产7.5万t的甲醇蛋白工业生产装置，是世界上第

14、一座人工合成蛋白装置。1983年，美国菲利浦石油公司也开发了甲醇蛋白的新工艺。I.C.I公司和菲利浦公司都可承担年产10万t甲醇蛋白生产装置的设计配套，同时他们已在进行年产30万t的大型甲醇蛋白装置的可行性研究。（4）碳酸二甲酯（DMC）碳酸二甲酯，是非毒性、“绿色”化工原料。DMC的合成主要有酯交换法、甲醇氧化羰基化法及CO2直接合成法。甲醇液相氧化羰基合成法以甲醇、O2和CO为原料。意大利埃索里尼公司和安司密卡公司开发的由甲醇和一氧化碳、氢羰基合成碳酸二甲酯生产工艺，1983年在拉文那（Ravinna）建成年产5000t装置，并且在此基础上继续开发进一步加工生产碳酸二苯酯和N-甲基苯基氨基

15、甲酸的生产技术。（5）直接甲醇燃料电池甲醇燃料电池（DMPC）使用甲醇作为原料，运行温度相对较低（100 ），能量密度高于氢气-聚合物电解质燃料电池1。日本Yuasa公司开发的一种避免先转化生成氢气而直接采用甲醇为原料的燃料电池技术已于2002年工业化。我国大连化物所等单位在这方面的研究取得了一定进展。1.2.2汽车用清洁燃料上世纪70年代以来，世界上出现了甲醇应用研究的热潮。如日本1974年制订了“阳光计划”，1980年制定了C1化学大型计划，1983年成立了“日本燃料甲醇联合公司”，加强甲醇的开发和应用研究。美国、德国、瑞典等国甲醇燃料开发和应用都给予财力支持和优惠政策。我国煤炭资源相对丰

16、富，而石油探明储量仅为煤炭资源的1.5%。而截至2004年，我国汽车的保有量已达2000余万辆，一半以上的燃料需要进口。因此充分利用我国煤炭资源，制取汽车用代用燃料，是我国国民经济长远发展需要的一项重大的战略性国策。随着汽车的增长，油品消耗加大，大气污染不断恶化，就北京市的统计，汽车已经成为主要的污染源。国内专家认为在诸多的清洁替代燃料中，最有前途的是甲醇（详见下表1-2），这与国外专家所略同2。表1-2 甲醇、汽油的理化性质比对表性能甲醇汽油分子量32114相对密度（15 ）0.8020.73沸点，6540200闪点，8-44-17自然点，464255475点火温度，45550500燃烧时体

17、积增大，%6.15.8空燃比，Nm3/kg6.515.5辛烷值（马达法）927092热值，kJ/kg2227346054气化潜热，kJ/kg1101272饱和蒸汽压37.8 ，kPa0.6671.022.18爆炸低限，%61.5绝对运动粘度37.8 ，cSt0.470.37闪点范围（计算值），%4840851425估计行驶里程，%5560100估计功率，%1001101001.3甲醇合成工艺1.3.1发展现状我国的甲醇工艺合成最先发展是在20世纪50年代后期进行的，经过半个世纪的发展，我国的甲醇生产技术也发展的越来越好，生产工艺也越来越成熟，生产的规模也逐渐扩大。随着近些年的发展，甲醇作为一种

18、新型代用燃料被应用。甲醇的生产已经成为我国重点发展的工业，对于大型甲醇生产项目的建设，国家给予大力支持3。1.3.2合成方法（1）木材干馏法1924年以前，甲醇几乎全部是用木材分解干馏来生产的。甲醇的世界产量当时只有4500 t。用60100 kg木材干馏只能获得1 kg甲醇，1 m3白桦木只能得到56 kg甲醇，而1 m3的针页树木只能得到23 kg甲醇。这种“森林化学”的甲醇含有丙酮和其他杂质，要从甲醇中除去这些杂质比较困难。由于甲醇的需要量与日俱增，木材干馏法不能满足需要。因此，人们开始采用化学合成的方法生产甲醇。（2）气相合成甲醇法按照压力来分类，甲醇生产技术有高压法、中压法、低压法三

19、种，其中主要采用中压法和低压法这两种工艺，并且以低压法为主，这两种方法生产的甲醇约占世界甲醇产量的80%以上4。高压法：最初生产甲醇的方法，采用锌-铬氧化物催化剂，反应温度360400 ，压力19.629.4 Mpa。此法是八十年代以前世界各国生产甲醇的主要方法。高压法由于原料及动力消耗大，反应温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，且投资大，成本高，长期以来发展处于停顿状态5。低压法（5.08.0 Mpa）：20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术，由英国ICI公司研究得出。低压法基于高活性的铜基催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低（240270 ）。在较低压力下可获得较高的甲醇收率，

20、且选择性好，减少了副反应，改善了甲醇质量，降低了原料消耗。此外，由于压力低，动力消耗降低很多，工艺设备制造容易。低压法合成工艺主要有英国帝国化学公司（ICI）和德国鲁奇（Lurgi）的工艺。中压法（9.813.0 Mpa）：随着甲醇工业的大型化，如采用低压法，势必导致工艺管道和设备较大，因此在低压法的基础上适当提高合成压力，即发展成为中压法。中压法仍采用高活性的铜基催化剂，反应温度与低压法相同，但由于提高了压力，相应的动力消耗略有增加。由中国研究的联醇工艺，实际上也是一种中压合成甲醇的方法，所谓联醇，就是与合成氨联合生产甲醇，这是一种合成气净化的工艺，以代替合成氨生产中铜氨液脱除微量碳氧化物而

21、开发的一种新工艺。联醇法具有操作流程简单，原料利用率高的优点，可以促进我国合成甲醇工业的发展。（3）液相合成甲醇法上世纪70年代起，人们把甲醇的合成工艺研究转移到液相法，初步实现了工业化生产。液相法使用了热容高、导热系数大的石蜡类长链烃类等化合物作为反应介质，使甲醇的合成在等温条件下进行，同时由于分散在液相介质中的催化剂的比表面积非常大，所以加速了反应过程，降低了反应温度和压力。目前液相甲醇合成采用最多的主要是浆态床甲醇合成法。液相甲醇合成工艺逐渐成为研究热点，目前还没有大规模成熟的工业化应用先例，将是未来研究的主要方向。目前国内外建设甲醇装置，大多采用低压法技术。低压法与中高压法相比，具有消

22、耗定额低、能耗低、成本低、产品质量高等优点，且工艺技术较为成熟。本文比较几种甲醇合成方法，以投资成本，生产成本，产品收率为依据，选择气相低压法生产甲醇的工艺。1.3.3 ICI工艺与Lurgi工艺比较ICI工艺与Lurgi工艺是目前应用最广的大型低压甲醇合成工艺，在世界建厂最多，拥有不同规模的甲醇装置，且达到的单系列合成装置能力也最大。两种工艺的投资和能耗比较见下表1-3，主要工艺性能见表1-46。表1-3 ICI工艺与Lurgi工艺投资和能耗分析项目ICILurgi推出时间 （年）19661971合成工段投资100（基准）113循环压缩能耗100（基准）67冷却水消耗100（基准）38反应器

23、形式多段原料气冷激绝热床内部冷却列管式等温床反应床层最大温差（）305068（与冷侧温差）反应温度控制方式及特点原料气冷激，温度调节有滞后，在低负荷或负荷波动时滞后更大水进汽出移热，通过蒸汽压力变化控温，滞后较小开工操作专设开工炉，先预热循环气，后加热催化床，开工时间长蒸汽加热催化床。直接通入反应气，时间短，开工方便循环比6.035.0表1-4 ICI工艺与Lurgi工艺主要性能分析项目ICILurgi合成压力（MPa）5.011.8510合成温度（）230270225250催化剂组成Cu-Zn-AlCu-Zn-Al-V时空收率（t/m3h）0.700.72出塔气CH3OH体积分数%5667进

24、口气CO体积分数%912循环气/合成气4:14:1合成塔形式冷激式管束式设备尺寸设备较大设备紧凑合成开工设备要开设加工加热炉不设加工加热炉甲醇精制两塔、三塔和四塔流程三塔流程ICI工艺选择冷激式反应器结构，以原料气冷激的方式控制反应温度、以大循环量移走反应热。该工艺设备结构相应简单，单系列生产能力大，甲醇能力超过5000 t/d。其主要缺点是用原料气激冷控制温度，床层温度有波动时，循环比较大，操作费用高，需专设开工加热炉。Lurgi工艺选择列管式等温反应器，以副产蒸汽的方式控制反应温度、回收反应热。列管式等温反应器转化率高，副反应少，系统对于反应热的回收和利用比较完善，操作费用低，开工时可不设

25、开工锅炉。其主要缺点是反应器复杂，为实现甲醇装置的大型化，推出了多台反应器串并联的流程，即气冷、管壳式水冷反应器串联及热量耦合的流程，单系列甲醇能力超过5000 t/d。从上面两表可以看出，Lurgi工艺投资较ICI工艺高，但其具有能耗更低、操作费用更低、甲醇转化率更高等优点，本设计合成工段工艺选择Lurgi低压气相合成工艺，采用三塔流程，即两水冷塔并联串一气冷塔。1.3.4 Lurgi三塔流程的特点（1）气冷塔与水冷塔之间设置热交换器，降低气冷塔进口温度，增加反应推动力。水、气冷两级反应温度不相同，有利于反应平衡。合成气转化率高，出口气中醇的体积分数高，循环比低 ，有利于降低压缩机功耗。（2

26、）热能回收效率高。（3）反应器大型化方便。对于具备现场组焊条件的场合，可以把内件和外筒分开制作并单独运往现场组焊。甲醇装置产能大，单塔产能达（5080）万t/a，单系列产能达180万t/a。（4）反应器结构合理，安全可靠，操作简单。（5）系统节能环保，经济效益明显。1.4煤气化1.4.1国内外主要煤气化技术以煤为原料生产甲醇的工艺过程包括空分、煤气化、变换、酸性气体脱除、制冷、甲醇合成等主要工艺单元，其中煤气化制粗合成气单元是整个煤制甲醇工艺过程的核心部分。采用不同的煤气化技术生产的粗合成气氧碳比和水气比是不相同的，气化技术决定变换单元的技术路线、全厂蒸汽平衡和工艺余热利用方案，因此煤制甲醇技

27、术方案的确定主要取决于煤气化技术方案的选择。气化技术是煤化工的基础技术，作为煤制甲醇装置的龙头工艺单元，具有投入大、可靠性要求高的特点7。气化反应器（气化炉）是煤气化技术的核心设备，依据气化炉进料、排渣和操作状态不同，将煤气化技术进行分类。最常用是按气化炉内流体力学状态进行分类，据此可将煤气化技术分为固定床、流化床和气流床三种类型，如图所示8。图1-1 煤气化技术的分类（1）固定（移动）床气化工艺固定床气化的原料一般为一定粒径的块煤（焦、半焦、无烟焦）或成型煤。原料煤通过料斗从气化炉上部加入，向下移动，与向上流动的气化剂（氧气、蒸汽）和气化气逆流接触，不断气化，反应残渣（灰渣）通过排渣系统从炉

28、底排出。固定床气化用生成气和反应残渣（灰渣）的显热，分别预热入炉的气化剂和煤。在固定床气化炉内，由于原料煤与气化剂和气化气的流动方向相反，床层必须有较高的透气性以便气体通过，要求入炉煤要有一定的粒（块）度（约650 mm）、机械强度和热稳定性。当原料煤的黏结性较大时，气化炉内应设置破黏设施。煤自上而下移动，与上升的气化剂和反应生成物逆流接触，发生化学反应，生成煤气、热解产物和灰渣，230700 的煤气、热解产物和剩余气化剂从气化炉上部排出，350450 的灰渣从气化炉底部排出。根据煤和气化剂在床层不同高度进行的主要反应，可将气化炉自上而下分为干燥层、干馏层、甲烷生成层、气化层、燃烧层和灰渣层。

29、固定床气化炉内温度分布不均、使用块煤等特点，使得气化反应速率慢，生成产物成分复杂，生成的气体中含有大量的焦油、甲烷等物质7。（2）流化床气化工艺当气体以足够的速度通过固体颗粒床层而使颗粒物料悬浮，并能保持连续的随机运动状态时，便出现了颗粒床层的流化。流化床气化就是利用流态化的原理和技术，使煤颗粒通过气化介质达到流态化，从而强化煤颗粒和气化介质之间的传热、传质速率9。在流化床气化炉中，气化剂由气化炉底部吹入，粒径10 mm的煤粉和气化剂在炉底部分呈并流流动，在上筒体部分呈逆流和并流流动。流化床气化工艺代表炉型有常压Winkler炉、高温Winkler（HTW）炉、KBR输送床气化炉10、U-Ga

30、s灰熔聚气化炉和山西煤化所开发的ICC灰熔聚气化炉。（3）气流床气化工艺气流床又称射流携带床，是利用流体力学中射流卷吸的原理，将煤浆或煤粉颗粒与气化介质通过喷嘴高速喷入气化炉内，形成高速湍流，从而强化了气化炉内的混合，使气化反应能够高速进行11。在气流床气化炉内，由于反应空间有限，气化反应必须在瞬间完成，要求原料煤与气化剂要充分混合和接触，入炉煤的粒度应足够小（0.1 mm），以便煤与气化剂有充足的反应面积；由于煤和气化剂在高温、高压和充分混合的状态下反应，反应彻底，碳转化率高，合成气和灰水中无焦油、酚等组分，单位体积生产能力大，符合气化装置大型化、高效、环保的要求。按煤的进料方式可将气流床煤

31、气化技术分为水煤浆气化和粉煤气化两大类，水煤浆化技术主要有美国GE气化炉和中国华东理工大学的多喷嘴对置式气化炉，粉煤气化技术主要有国外的Shell气化技术和GSP气化技术以及国内的航天炉（HT-L）气化技术和SE单喷嘴粉煤气化技术。常压固定床投资较低，但必须使用块煤，且碳转化率低、能耗高、气化强度低，达标排放处理复杂，目前已基本淘汰。而Lurgi和BGL技术污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多，煤气中CH4含量高，适合生产城市煤气，不适合生产合成气。而流化床气化炉对入炉煤的活性要求较高，只有高活性褐煤才能适应，从而实现较高的生产能力和碳转化率。因而设计选择气流床气化技术。查阅资料比较几种

32、气流床气化工艺的特点可看出，Shell和GSP粉煤气化工艺，与水煤浆气化工艺相比，在煤种适应性、氧气消耗、碳转化率、热效率等方面占有一定优势，但在技术的可靠性、投资、国产化、生产经验等方面不如水煤浆气化工艺。因此，设计采用国内运行经验比较丰富的GE水煤浆加压气化技术。1.4.2GE水煤浆气化技术（1）工艺简介GE水煤浆加压气化，水煤浆与纯氧通过气化炉的工艺喷嘴混合，高速进人气化炉反应室，水煤浆被高速氧气破碎、雾化，二者受到耐火衬里的高温辐射作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学反应过程，最后生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的

33、湿煤气；熔渣和未反应的碳一起并流向下，离开反应区，进人炉子底部激冷室水浴。熔渣经淬冷、固化后被截留在水中，落人集渣容器，经锁斗排渣系统定时排放。煤气和饱和蒸汽进人煤气冷却、净化系统12。气化炉是一直立圆筒形钢制受压容器，炉膛内壁衬以高质量的耐火材料，以防止热渣和热粗煤气的侵蚀。气化炉近于绝热容器，其热损失非常低。目前气化压力范围为2.58.5 MPa，气化压力的高低根据煤气用途而定。在反应室中，碳、水蒸汽和氧气在1400 温度及一定压力下进行不完全燃烧反应。（2）特点水煤浆系统操作简单、安全，运行稳定。进料范围广泛：气态进料（如天然气、炼厂干气等）；液态进料（如重油、沥青、减压油渣等）；固态进

34、料（如煤、石油焦等）。技术成熟可靠：全球15个国家155个商业运行工厂已采用GE的气化技术。在中国，GE技术已有超过30年的成功经验，签署55个技术许可协议，所有项目一次点火成功；在运行维护方面，积累了丰富经验，且备品、配件易得。性价比高：设备国产化率高达90%以上，项目工期短，水煤浆气化系统日益优化的工艺流程使项目投资（包括技术许可费用、工艺包、及设备采购的总投资）具有竞争性。能效及环保表现优越：煤所含的硫可通过低成本工艺脱除与回收，煤渣可用作建筑材料，节省用水；并可通过水煤浆制浆处理其他化工工艺所产生的有机废水，大幅降低废水排放及处理成本。1.5变换工艺以煤为原料制得的粗煤气必须经过一氧化

35、碳变换工序。变换工序主要有两个方面的作用：通过变换调整氢碳比和使有机硫转化为无机硫。甲主要方程式为：采用GE水煤浆气化所产合成气生产甲醇，由于煤气化送出的6.2 MPa，粗煤气中的CO含量约为49%（干基），H2含量约为33%，且原料气中S含量较高，不符合甲醇合成的要求，因此必须部分转换，增加H2含量，才能满足甲醇合成的要求。甲醇合成的理论氢碳比f=(H2CO2)/(COCO2)=2.0，对大型甲醇装置而言，实际生产中一般将新鲜合成气的氢碳比控制在2.05左右7。设计采用水煤浆气化工艺生产粗合成气，粗合成气具有蒸汽分压高、硫含量较高，分压大的特点，适合采用耐硫变换工艺。耐硫变换工艺的优点有：水

36、煤浆加压气化工艺的工艺气还有一定的温度和大量水蒸气，采用耐硫变换可以利用其中的水蒸气满足变换反应的需要，降低蒸汽消耗量；钴钼系催化剂具有有机硫加氢转化功能，可以降低有机硫含量；钴钼系催化剂活性高，可以降低催化剂装量，减小反应器体积。1.6气体净化煤气化装置产出的粗合成气中除CO、H2、CO2外，还含有少量的H2S、CH4、N2、HCN以及微量的氨等，硫化物、氯等会使甲醇合成催化剂中毒，失去活性，必须除去。净化单元的主要任务是脱除变换气中的CO2和H2S、COS等酸性气体，因此，也称为酸性气脱除单元。对煤制合成气来说，可选择的合成气净化技术有MDEA（甲基二乙醇胺）、NHD（Selexol）和低

37、温甲醇洗等脱硫脱碳净化技术。经查阅资料综合比较，设计选用低温甲醇洗技术。低温甲醇洗工艺以甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对H2S、CO2等气体溶解度极大的特性，通过分段吸收可选择性地脱除原料气中的H2S、CO2及COS等硫、碳化合物。低温甲醇洗工艺技术成熟可靠、能耗较低、气体净化度高，可将合成气中的CO2体积分数脱至1.010-5以下，H2S体积分数小于1.010-7，而且溶剂吸收能力大、循环量小、能耗省、价格便宜。此外，操作费用低亦是此法的优越性所在。该法缺点是在低温下操作，设备对低温材料要求较高，整个工艺投资较高。1.7甲醇精制1.7.1粗甲醇的组成甲醇合成的生成物与反应条件有密切关系，虽

38、然参加甲醇合成反应的元素只有C、H、O三种，但由于甲醇合成反应受合成条件，如温度、压力、催化剂等的影响，在产生甲醇反应的同时，还伴随着一系列副反应。由于n(H2)/n(CO)比例的失调，醇分离差及氧化锌的脱水作用，可能生成二甲醚；n(H2)/n(CO)比例太低时，催化剂中存在碱金属，可能生成高级醇；反应温度过高时，会生成醚、醛、酮的羰基化合物；进塔的水汽浓度过高时，可能生成有机酸。粗甲醇的组成是很复杂的，用色谱或色谱质谱联合分析的方法将粗甲醇进行分析，可以看到除甲醇和和水以外，还含有其他杂质。用不同的方法生产的粗甲醇组成见下表 13。表1-5 合成粗甲醇的主要成分%（wt）生产原料焦炭及焦炉气

39、轻质油轻质油乙炔尾气天然气煤生产方式联醇联醇单醇单醇单醇单醇合成压力Pa1310613106321065106510632106反应温度285305260285260285210240290360380催化剂C-207C-301C-301ICI51-1铜锌硼锌、铬甲醇93.490.4475.82279.881.58387二甲醚0.70.000850.008110.02310.01624乙醇0.18210.080.020.02990.035异丙醇0.01130.004620.001040.005正丙醇0.04730.009040.001830.0041560.0080.0431异丁醇0.0132

40、0.000430.0036850.0070.153正丁醇0.01650.003960.002940.001140.0030.014异戊醇0.00650.000850.007正戊醇0.00650.00085甲酸0.05210.0550.03甲酸甲酯0.00050.00080.040280.0550.0724丙酮0.004280.00020.0020.001丁酮0.000660.003正己烷0.000390.001150.0003正戊烷0.001180.00007C7C10烷0.028560.003水5.68.5623.1824.47318.376131.7.2工业用甲醇标准精甲醇的质量是根据用途

41、不同而定的，各国的甲醇质量标准有所差异。中国和外国精甲醇质量国家标准见下表：表1-6 工业精甲醇(GB 338-2004)国家标准项 目指标优等品一等品合格品色度（铂钴），号 510密度（200 C），g/cm30.7910.7920.7910.793温度范围(0 ，101325 Pa)，沸程（包括64.60.10C）， 64.065.50.81.01.5高锰酸钾试验min 503020水溶性试验通过试验(1+3)通过试验(1+9)水分含量% 0.100.15酸度（以HCOOH计）% 或碱度（以NH3计）% 0.00150.00300.00500.00020.00080.0015羰基化合物含量

42、（以CH2O计）% 0.0020.0050.010蒸发残渣含量% 0.0010.0030.005表1-7 其他主要工业国家甲醇质量标准指标美国ASTM美国联邦AA级日本三菱特级前苏联高级品相对密度0.79280.79280.7960.7910.792馏程（101.33kpa)，99.099.0纯度%99.8599.8599.999.95酸度%0.0030.001mol/LNaOH 0.3ml/50ml0.002醛酮%0.0030.001503010060水分%0.10.10.0060.05不挥发物%0.005g/100ml0.0010.0003乙醇%0.0010.00081.7.3几种典型的甲

43、醇精制工艺流程甲醇精馏的工艺流程有多种，可分为单塔精馏、双塔精馏、三塔精馏和四塔精馏14：（1）单塔流程单塔流程为粗甲醇产品经过一个塔就可以采出产品。粗甲醇塔中部加料口送入，轻组分由塔顶排出，高沸点的重组分在进料板以下若干块塔板处引出，水从塔底排出，产品甲醇在塔顶以下若干块塔板引出。（2）双塔流程双塔流程通常用于年产4万吨以下的小规模生产。从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。塔顶经部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分（初馏分）及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分的水送往水处理系统。其流程如图15。图1-2 双塔精馏工艺流程（3）三塔流程从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除去轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由泵送加压塔。加压塔操作压力为57 bar(G)，塔顶甲醇蒸气全凝后，部分作为回流经回流泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。同样，常压塔塔顶出的精甲醇一部