年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计
反应，生成的高温煤气经气化炉底部的激冷室激冷或废热锅炉冷却回收热量后，煤气送往CO变换工序。熔渣冷却固化后进入破渣机破碎后进入锁斗，定期排入渣池，由捞渣机捞出装车外运。
2.2.2 烃类蒸气转化法
烃类蒸气转化系将烃类与蒸汽的混合物流经管式炉管内催化剂床层，管外加燃料供热，使管内大部分烃类转化为H2、CO和CO2。然后将此高温（850~860℃）气体送入二段炉。此处送入合成氨原料气所需的加N2空气，以便转化气氧化并升温至1000℃左右，使CH4的残余含量降至约0.3%，从而制得合格的原料气。
烃类主要是天然气、石脑油和重油。重油一般采用部分氧化法，天然气和石脑油一般采用蒸汽转化法。
天然气的主要成分为CH4，以天然气为原料的蒸汽转化反应为： （1）一段转化反应
CH4+H2O（g）?CO+3H2
ΔrHm=206 kJ/mol
?? CO+2H（O）?gCO 22+H
ΔrHm=-41.2 kJ/mol
在某种条件下可能发生如下反应： CH4?C+2H2
ΔrHm=74.9 kJ/mol
?该反应既消耗原料，同时析出的炭黑沉积在催化剂表面，会使催化剂失去活性和破裂，故应尽量避免。工业上一般通过提高水蒸气含量和选择高性能的催化剂来避免析炭。
（2）二段转化反应
催化剂床层顶部空间燃烧反应：
2H2+O2?2H2O(g) CO+O2?2CO2
ΔrHm=?484 kJ/mol
?
ΔrHm=?566 kJ/mol
?催化剂床层中进行甲烷转化和变换反应：
CH4+H2O（g）?CO+3H2 ΔrHm=206.3kJ /mol?10
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CO+2H（O）?gC2 H ΔrHm=-41.2 kJ /molO 2+?烃类蒸气转化反应是吸热的可逆反应，高温对反应平衡和反应速度都有利。但即使温度在1000℃时，其反应速度仍然很低，因此，需用催化剂来加快反应的进行。由于烃类蒸气转化过程是在高温下进行的，且存在析炭问题，这样就要求催化剂除具有高活性、高强度外，还要具有较好的热稳定性和抗析炭能力。镍催化剂是目前工业上常用的催化剂。
烃类蒸气转化法制原料气流程均大同小异，都包括有一、二段转化炉，原料气预热，余热回收与利用。在一段转化炉，大部分烃类与蒸汽在催化剂作用下转化成H2、CO、C02，接着一段转化气进入二段转化炉，在此加入空气，一部分H2燃烧放出热量，床层温度升至1 200～1 250℃，继续进行甲烷的转化反应；二段转化炉出口温度约950～1 000℃，二段转化目的是降低转化气中残余甲烷含量，使其含量小于0.5％（体积分数）。
烃类蒸气转化法系在加压条件下进行的，随着耐高温、高强度合金钢的研制成功，压力不断提高，目前已达4.5~5.0MPa。
烃类蒸气转化法是以气态烃和石脑油为原料生产合成氨最经济的方法。具有不用氧气、投资省和能耗低的优点。以天然气为原料合成氨，在工程投资、能量消耗和生产成本等方面具有显著的优越性。目前大型合成氨厂多数以天然气为原料。
2.2.3 重油部分氧化法
重油是350℃以上馏程的石油炼制产品。根据炼制方法不同，分为常压重油、减压重油、裂化重油。
重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行部分燃烧，由于反应放出的热量，使部分碳氢化合物发生热裂解及裂解产物的转化反应，最终获得以H2和CO为主要组分，并含有少量CO2和CH4（CH4通常在0.5％以下）的合成气。
1．重油部分氧化化学反应
如果氧量充足，则会发生完全燃烧反应：
nCmHn+(m+n4)O2?mCO2+4H2O
如果氧量低于完全氧化理论量，则发生部分氧化，放热量少于完全燃烧，反应式
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为：
nnCmHn+(m2+4)O2?mCO+2H2O nCmHn+m2O2?mCO+2H2
当油与氧混合不均匀时，或油滴过大时，处于高温的油会发生烃类热裂解，反应较复杂，这些副反应最终会导致结焦。所以，渣油部分氧化过程中总是有炭黑生成。
为了降低炭黑和甲烷的生成，以提高原料油的利用率和合成气产率，—般要向反应系统添加水蒸气，因此在渣油部分氧化的同时，还有烃类的水蒸气转化以及焦炭的气化，生成更多的CO和H2。氧化反应放出的热量正好提供给吸热的转化和气化反应。渣油中含有的硫、氮等有机化合物反应后生成H2S、NH3、HCN、COS等少量副产物。最终生成的水煤气中四种主组分CO、H2O、H2、CO2之间存在的平衡关系要由变换反应平衡来决定。
2. 工艺流程
重油部分氧化法制取合成气（CO+H2）的工艺流程由四个部分组成：原料重油和气化剂（氧和蒸汽）的预热；重油的气化；出口高温合成气的热能回收；炭黑清除与回收。主要按照热能回收方式的不同，图3.2.8为典型的德士古重油部分氧化激冷工艺流程。原料重油及由空气分离装置来的氧气与水蒸气经预热后进入气化炉燃烧室，油通过喷嘴雾化后，在燃烧室发生剧烈反应，产物气经水洗塔得到合成气。
激冷流程具有以下特点：工艺流程简单，无废热锅炉，设备紧凑，操作方便，热能利用完全，可比废热锅炉流程在更高的压力下气化。不足之处是高温热能未能产生高压蒸汽。此流程若采用高变催化剂，则要求原料油含硫量低，一般规定S＜1％，否则需用耐硫变换催化剂。
图3.2.9为典型的谢尔重油部分氧化废热锅炉工艺流程。原料重油经高压油泵提压后压力升至6.9MPa，预热至260℃左右与预热后的氧气和高压过热蒸汽混合，约310℃的混合气进入喷嘴，进入气化炉进行气化反应，生成含（CO+H2）90％~92％的合成气。
从气化炉出来的高温气体进入火管式废热锅炉回收热量后，温度由1300℃降至350℃，通过炭黑捕集器、洗涤塔将大部分炭黑洗涤和回收后离开气化工序去脱硫装置。废热锅炉壳程产出10.5MPa蒸汽。
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废热锅炉流程具有以下特点：利用高温热能产出高压蒸汽，使用比较方便灵活，特别是喷嘴所需要的高压蒸汽缺乏汽源时，采用废锅流程自供蒸汽就更为有利；对原料重油含硫量无限制，下游工序可采取先脱硫、后变换的流程。不足之处是废热锅炉结构复杂，材料及制作要求高，目前工业上气化压力限于6MPa之下。
2.2.4 GSP冷激气化
1.工艺流程设计
首先是采用GSP气化工艺将原料煤气化为合成气；然后通过变换和NHD脱硫脱碳工艺将合成气转化为满足甲醇合成条件的原料气；第三步就是甲醇的合成，将原料气加压到5.14Mpa，加温到225℃后输入列管式等温反应器，在XNC-98型催化剂的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精馏塔精馏，得到精甲醇。然后利用三塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇。
2. GSP工艺简介
GSP工艺技术是20世纪70年代末由GDR(原民主德国)开发并投入商业化运行的大中型煤气化技术。与其他同类气化技术相比，该技术因采用了气化炉顶干粉加料与反应室周围水冷壁结构，因而在气化炉结构以及工艺流程上有其先进之处。GSP气化技术的主要特点如下［6］：
(1)采用干粉煤(水份含量<2%)作为气化原料，根据后续化工产品的要求，煤粉可用氮气或一氧化碳输送，故操作十分安全。由于气化温度高，故对煤种的适应性更为广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使用，也可以两种煤掺混使用。对煤的灰熔点的适用范围比其他气化工艺更宽，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔点的煤种也能使用。
(2)气化温度高，一般在1450～1600℃，煤气中甲烷体积分数小于0.1%，(CO+H2)体积分数高达90%以上。
(3)氧耗较低，与水煤浆加压气化工艺相比，氧耗低约15%～20%，可降低配套空分装置投资和运行费用。
(4)气化炉采用水冷壁结构，无耐火材料衬里。水冷壁设计寿命按25年考虑。正常使用时维护量很少，运行周期长。
(5)只有一个联合喷嘴(开工喷嘴与生产喷嘴合二为一)，喷嘴使用寿命长，为气化
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装置长周期运行提供了可靠保障。
(6)碳转化率高达99%以上，冷煤气效率高达80%以上。 (7)对环境影响小，气化过程无废气排放。 (8)投资省，粗煤气成本较低。
3. 工艺方案的选择
净化工艺包括；变换、脱硫脱碳、硫回收三个部分。
4. 变换工艺
以煤为原料制得的粗甲醇原料气必须经过一氧化碳变换工序。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。
变换工艺主要有：鲁奇低压甲醇生产中的变换工艺，Tops￠e法甲醇生产中的变换工艺，以及国内的以重油为原料的全气量部分变换工艺。设计中的变换工艺是一种全新的设计，该工艺采用的是部分气变换。该工艺的简单流程为：气化工段来的水煤气首先进入预变换炉，出炉后分为两部分：一部分进入另一变换炉，变换后经过多次换热和气液分离后去了脱硫系统；另一部分先进入有机硫水解槽脱硫，出来后气体又分为两部分，部分去调节变换炉出口CO含量，部分去发电系统发电。
2.3甲醇合成工艺条件
为了减少副反应，提高收率，除了选择适当的催化剂外，选择适宜的工艺条件也非常重要。工艺条件主要有温度、压力、空速和原料气组成等。
1．反应温度
反应温度影响反应速度和选择性。合成甲醇反应是一个可逆放热反应，反应速率随温度的变化有一最大值，此最大值对应的温度即为最适宜反应温度。
最适宜温度与转化深度及催化剂的老化程度也有关。一般为了使催化剂有较长的寿命，反应初期宜采用较低温度，使用一定时间后再升至适宜温度。其后随催化剂老化程度的增加，反应温度也需相应提高。由于合成甲醇是放热反应，反应热必须及时
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