内蒙古科技大学毕业设计说明书
引 言
甲醇是有机物醇类中最简单的一元醇。1661年英国化学家R.波义耳首先在木材干馏后的液体产物中发现甲醇，故甲醇俗称木精、木醇。
甲醇的用途在现代人们的生活中越来越受到重视，它即可用做有机化工原料，又可用于有机合成、农药、医药、涂料、染料和国防工业等领域。随着社会经济的快速增长，能源、环境问题日益突出，甲醇作为燃料应用的比例越来越大。近20年来，甲醇生产发展很快，技术不断提高，生产规模逐年扩大，生产工艺逐步成熟，各项技术指标不断完善，特别是近年来甲醇汽、柴油的开发和应用，使其作为代用燃料，从技术性、经济性上具有了很强的竞争力。
合成甲醇可采用石脑油、减压渣油、煤和天然气为原料，本次设计主要采用煤为原料生产合成气，再由合成气生产甲醇。
在甲醇生产迅速发展的同时，也出现了许多方方面面的问题：
首先全球市场供大于求，预计2005～2010年世界甲醇需求量的年均增长速度为2.46%，到2010年，世界甲醇需求量将达到4020万t；2010～2015年的年均增长速度为4.63%，2015年将达到5040万t。甲醇制烯烃（MTO/MTP）和二甲醚（DME）将是未来驱动甲醇市场需求增长的主要动力，而我国将是甲醇需求的重点地区。预计到2010年，世界甲醇生产能力将达到6400万t/a，2015年达到7200万t/a，供应能力大于市场需求，竞争将会加剧，一些不具竞争力的小装置或原料价格较高地区的甲醇装置将关闭。根据未来甲醇装置建设趋势，世界甲醇的生产中心正在向南美、沙特、伊朗和我国转移；同时这些国家和地区甲醇产品的目标市场主要是针对亚太地区和我国。 其次国内生产处于快速发展期，2005年我国甲醇总产能约为650万t/a，产量为535.64万t，装置开工率为82.41%。目前，国内最大的甲醇单套装置规模为40万t/a，主要的生产企业有榆林天然气化工公司、四川维尼纶厂、上海焦化有限公司、蓝天集团光山化工公司、大庆油田化工公司和内蒙古苏里格化工公司等，生产规模一般在18万～40万t/a。中海油海南60万t/a装置和日本三菱瓦斯在重庆建设的85万t/a装置是我国目前在建的最大甲醇装置。
鉴于以上的问题，在本文中提出了一些建议，并设计了一套80万t/a的装置。但由于本人能力有限，这次设计中肯定存在着大量的不足之处，还望广大读者给予批评指正。
1
内蒙古科技大学毕业设计说明书
第一章 绪 论
1．1综述
甲醇是一种重要的有机化工原料，也是清洁代用燃料，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途。世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。随着我国国民经济的高速发展，对甲醇的需求量也不断增加。 预计2005～2010年世界甲醇需求量的年均增长速度为2.46%，到2010年，世界甲醇需求量将达到4020万t；2010～2015年的年均增长速度为4.63%，2015年将达到5040万t。甲醇制烯烃（MTO/MTP）和二甲醚（DME）将是未来驱动甲醇市场需求增长的主要动力，而我国将是甲醇需求的重点地区。
1．2 甲醇的性质
从木焦油中获得的粗甲醇有难闻、刺鼻气味。纯甲醇为无色透明略带乙醇气味的易挥发液体，沸点65℃，溶点-97.8℃，和水相对密度为0.7915。甲醇能和水以任意比相溶，但不形成共沸物，能和多数常用的有机溶剂（乙醇、乙醚、丙酮、苯等）混溶，并形成恒沸点混合物。甲醇能和一些盐如CaCl2、MgCl2等形成结晶化合物，称为结晶醇，如CaCl2·CH3OH、MgCl2·6H2O，和盐的结晶水合物类似，甲醇蒸汽能和空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.0～36.5%（体积）。甲醇燃烧时无烟，火焰呈蓝色。甲醇具有脂肪族伯醇的一般性质，连有羟基的碳原子上的三个氢原子均可被一一氧化，或脱氢生成甲醛，再氧化成甲酸，甲酸氧化的最终产物是二氧化碳和水。试剂甲醇常用密封保存在棕色瓶中置于较冷处。
甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸汽能损害人的呼吸道黏膜和视力，急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终导致呼吸中枢麻痹而死亡。慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、视力减退、消化障碍。甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反应，误服一小杯超过10克就会造成双目失明，饮入量大造成死亡。致死量为30毫升以上。甲醇在体内不易排出，会发生蓄积，在体内氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生产工厂，我国有关部门规定，空气中允许甲醇浓度为5mg/ml，在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具，废水要处理后才能排放，允许含量小于200mg/L。
2
内蒙古科技大学毕业设计说明书
误服甲醇急性中毒可采取：催吐、洗胃、输氧措施，注射葡萄糖或生理盐水，静脉注射1%亚甲基蓝溶液10毫升，肌肉注射1～2%高锰酸钾溶液5.6毫升，碱性水饮料和强心剂。静脉注射50—60克3%碳酸氢钠溶液至尿呈稳定的碱性反应。
甲醇蒸汽中毒者，应迅速转移至新鲜空气处，呼吸困难者可实施人工呼吸或输氧，注射强心剂。甲醇溅入眼睛或皮肤应立即用大量清水冲洗。工业甲醇在常温下是无色透明易挥发、易燃烧的有毒气体。沸点64.51℃，相对密度（20℃/4℃）0.7913。工业甲醇化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羟基化等化学反应。甲醇不具酸性，其分子组成虽有能作为碱性特征的羟基，但也不呈碱性，对酚酞反应，均呈中性。
1.3甲醇的生产工艺
合成甲醇可采用石脑油、减压渣油、煤和天然气为原料，在天然气丰富的地区，前几种原料的生产成本均无法与天然气竞争。先提供国外有关资料介绍的几种原料合成甲醇的经济指标情况。
表1.1 各种原料合成甲醇的经济指标比较（60万吨/年） 指 标 合成工艺 原料转化率/% 装置占地/% 操作人员/% 投资总额/百万美元 精甲醇成本/%
天然气 催化蒸汽转化
61.3 100 100 61.0 100
石脑油/减压渣油
高温转化 59.0 200 100 178.0 140
煤 汽化 38.0 300 200 169.0 150
从表中可见，天然气合成甲醇的各项经济指标要优于其它原料，适于加压转化，是合成甲醇最理想的原料。20世纪80年代以来。国外甲醇装置向大型化方向发展。甲醇的经济规模对投资与产品成本影响较大，一般来讲，装置规模越大，产品成本越低。
表1.2 甲醇装置规模与投资和产品成本的关系
项 目
10
单位产品投资/% 产品成本/%
100 100
20 76 67
装置生产规模（万吨/年）
30 69 60
40 63 57
50 59 54
60 52 51
100 49 60
近10多年来，世界合成甲醇技术有了很大的发展，其趋势为原料路线多样化、生
3
内蒙古科技大学毕业设计说明书
产规模大型化、合成催化剂高效化、气体净化精细化、过程控制自动化以及联合生产普遍化，从而使合成技术更加优化。
下面简要介绍一下几种合成甲醇的方法。
目前世界上合成甲醇的工业生产方法有美国卜内门（ICI）公司的低压和中压法、日本三菱瓦斯化学公司MCC低压法、丹麦托普索公司节能型低压法以及德国巴斯夫（BASF）公司的高压法等。我国小规模装置主要采用高压法，引进装置则采用低压法。其中川维引进ICI法，齐鲁引进鲁奇法。与高压法比较低压法的优点是：能量消耗少，操作费用低，产品纯度高，设备费用低，故新建厂大多采用低压法。国内低压法已经投入生产，并对催化剂进行了研究。已取得了好的进展。
（1）德国巴斯夫公司的高压法，这是最先实现工业化甲醇生产工艺，由于其操作条件苛刻，能耗大，成本高，所以已逐步被中、低压法工艺所取代。
（2）ICI低压法，这是目前工业上广泛采用的合成甲醇的方法。其工艺过程为：脱硫、转化、压缩、合成、精馏。特点：在采用不同原料时开车简单，操作可靠，并且不同生产能力的工厂均能使用离心式压缩机，产品纯度高。能充分利用反应热。
（3）鲁奇渣油联醇法，我国山东齐鲁石化公司引进此方法。特点：热利用率高，在能量利用方面经济效果大。目前，低压法合成甲醇工艺中，鲁奇法和ICI法杂技术上比较成熟。
（4）中压法（ICI）公司、丹麦托普索公司、日本三菱瓦斯化学公司都有成功的方法。中压法与低压法相比，工艺过程相同，但在投资和综合指标上都要略高一些。(1)
煤制甲醇的生产包括由煤制合成气，再由合成气制甲醇两部分：首先是煤制合成气 煤、焦或半焦在高温常压下，与气化剂反应转化为一氧化碳、氢等可燃性气体的过程，称为煤的汽化。汽化剂主要是水蒸汽、空气或它们的混合气。从煤的汽化可得基本有机化学工业原料合成气，即一氧化碳和氢的混合物。
由煤生产合成气，工业上应用较广的有固定床汽化和沸腾床汽化法。通常用的固定床汽化法是将水蒸气通入炙热的煤层，使其发生下列反应而转化为合成气。
C+H2O→CO+H2 △H0=118.8kJ/mol (1.1) C+2H2O→CO2+2H2 △H0=75.2kJ/mol (1.2) C+CO2→2CO △H0=162.4kJ/mol (1.3)
这些反应均是吸热反应，如果连续通入水蒸气会使煤层的温度迅速下降，为了保持煤层温度，必须交替向炉内通入水蒸气和空气，当通入空气时，主要进行煤的燃烧反应，
4
内蒙古科技大学毕业设计说明书
此反应房出热量，加热煤层。用这种方法制得的煤气称为水煤气。其代表性的组成为：H2O 43.4%、CO 38.5%、CO2 6.0%、N2 6.4%、CH4 0.6%、O20.2%，
其中所含的CO2可通过高压水吸收法吸收除去。剩下的主要组分H2和CO称为合成气。
就合成气而言，只有从煤中得到H2和CO可直接利用，而用合成气制甲醇所需H2/ CO值为2.21，合成气中H2和CO的摩尔比可以在350～400℃、Fe3O4作催化剂条件下调节，使其比值达到要求，即：
CO+ H2O→CO2+ H2 (1.4)
所生成的CO2均可用高压水吸收法除去。 1．3．1反应条件
一氧化碳加氢合成甲醇是个可逆反应：
CO+2H2→CH3OH（气） △H0=-90.8kJ/mol
为了减少合成甲醇的副反应，提高甲醇的产率，必须选择适当的温度、压力和催化剂。
由反应热与温度及压力关系可知，在压力为20MPa左右，温度为350～400℃条件下进行反应时，反应热随温度与压力变化甚小，故采用这样的条件合成甲醇反应是比较容易控制的。
从热力学分析知，合成甲醇的反应温度低，所需压力也可以低，但温度低，反应速度又太慢，关键在于催化剂。60年代以前，由于所用的催化剂活性不够高，需在380℃左右的高温下进行，故所有甲醇生产装置均采用高压法（30MPa）。1966年，英国卜内门化学工业恭喜研制成功了高活性的铜系催化剂（CuO-ZnO-Al2O3），并开发了低压合成甲醇新工艺，简称ICI法。其适宜温度为温度为230—270℃，压力为5—10MPa，空速为1000h-1左右（标米3/米3催化剂·时）。
合成甲醇原料气H2/ CO的化学计量比是2：1。CO的含量过高不好，不仅对温度控制有害，而且，能引起羰基铁在催化剂的积聚，使催化剂失掉活性，故采用过H2量，H2/ CO摩尔比为2.2～3.0比较好。循环气量为新原料量的3.5—6倍。【2】 1．3．2工艺流程
本次设计采用的是联产法生产甲醇工艺流程简述如下，原料气是由煤气化得合成气，再经压缩工段得合成气（也称五段气），它经过油分离器将油污排出后去合成塔，由合成塔合成后的甲醇进入水冷器进行冷却，然后再经醇分离器将甲醇和杂质分离，经
5