甲醇生產工藝（簡體書）

《甲醇生產工業》以天然氣原料生產甲醇為中心，主要介紹了甲醇生產的工藝路線、技術要點和安全及環境保護等知識。全書共9章，第1章概述部分介紹了甲醇的性質、主要用途，甲醇的工業生產方法及工藝；第2章介紹了甲醇原料氣的製備；第3章介紹了原料天然氣的淨化；第4章介紹了甲醇裝置工藝介質輸送機械；第5章介紹了甲醇的合成；第6章介紹了甲醇合成催化劑；第7章介紹了粗甲醇的精餾。第8章介紹了甲醇生產的新技術新工藝；第9章介紹了甲醇生產的安全及環境保護知識。《甲醇生產工業》可作為相關化工企業培訓用教材，也可作為甲醇生產技術人員和操作人員的參考書。

《甲醇生產工業》可作為相關化工企業培訓用教材，也可作為甲醇生產技術人員和操作人員的參考書。

甲醇是一種用途廣泛的有機化學品。在世界基礎有機化工原料中，甲醇的消費量僅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。近年來國內外的甲醇生產能力都快速增長，甲醇是多種有機產品的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機合成、染料、醫藥、涂料和國防工業。
隨著技術的發展和能源結構的改變，甲醇開辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉化率較高，發酵速度快，無毒性，價格便宜。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可節約芳烴，提高汽油的辛烷值，汽車制造業將成為耗用甲醇的大用戶。由甲醇轉化為汽油方法的研究成果，開辟了由煤轉換為汽車燃料的途徑。甲醇是直接合成醋酸的原料，孟山都法實現了在較低壓力下甲醇和一氧化碳合成醋酸的工業方法。甲醇可直接用于還原鐵礦，得到高質量的海綿鐵。特別是近年來C1化學工業的發展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酸、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產品，正在研究開發和工業化中，甲醇化工已成為化學工業中一個重要的領域。特別是隨著能源結構的改變，甲醇有未來主要燃料的候補燃料之稱，需用量將十分巨大。目前制造甲醇主要依賴于碳資源，碳資源來源于天然氣、石油、煤等。今后，甚至樹木、農作物、有機廢料以及城市垃圾等，均可作為制造甲醇的原料。這就能夠長期、充分地提供足以生產大量甲醇所需的原料，以適應未來對甲醇的巨大需求。
本書以天然氣原料生產甲醇為中心，主要介紹了甲醇生產的工藝路線、技術要點和安全及環境保護等知識。全書共9章，第1章概述部分介紹了甲醇的性質、主要用途，甲醇的工業生產方法及工藝；第2章介紹了甲醇原料氣的制備；第3章介紹了原料天然氣的凈化；第4章介紹了甲醇裝置工藝介質輸送機械；第5章介紹了甲醇的合成；第6章介紹了甲醇合成催化劑；第7章介紹了粗甲醇的精餾;第8章介紹了甲醇生產的新技術新工藝；第9章介紹了甲醇生產的安全及環境保護知識。本書可作為相關化工企業培訓用教材，也可作為甲醇生產技術人員和操作人員的參考書。
大慶油田化工有限公司甲醇分公司趙忠堯負責本書的編寫工作，組織與審核由鄭州大學化工與能源學院張軍完成。在編寫過程中參閱了大量的國內外專著、教材和期刊論文，在此謹向這些文獻的著者和相關單位表示誠摯的謝意。本書的出版得到大慶油田化工有限公司甲醇分公司，鄭州大學化工與能源學院的支持，化學工業出版社對本書的出版給予了大力幫助，特此致謝。
本書的編寫內容涉及面廣，加上作者水平所限，不當之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

1.1甲醇的性質1.1.1甲醇的產品標準1.1.2甲醇的物化性質1.1.3甲醇的主要用途1.2甲醇的工業發展1.3甲醇的工業生產1.3.1製造甲醇的工藝路線1.3.2甲醇的典型生產方法1.3.3甲醇生產的原料路線和合成方法1.3.4甲醇生產方法的新工藝1.4典型的天然氣合成甲醇裝置簡介1.4.1純氧二段爐工藝1.4.2一段蒸汽轉化工藝2.1甲醇原料氣的要求2.1.1甲醇原料氣的來源2.1.2甲醇原料氣的條件2.2天然氣製造甲醇原料氣2.2.1天然氣蒸汽轉化反應與反應平衡2.2.2甲烷蒸汽轉化反應機理與動力學2.3天然氣蒸汽轉化催化劑2.3.1天然氣蒸汽轉化催化劑概述2.3.2一段爐轉化催化劑2.3.3二段爐轉化催化劑2.4原料氣製備的轉化工藝流程2.4.1典型一段蒸汽轉化法製備原料氣的工藝流程2.4.2二段爐法製備原料氣的工藝流程2.5原料氣製備的主要生產設備2.5.1天然氣蒸汽轉化的常用設備2.5.2實際應用中的二段轉化爐2.6原料氣製備的生產操作2.6.1天然氣蒸汽轉化的一般工藝操作2.6.2一段轉化爐催化劑操作技術2.6.3二段轉化爐催化劑操作技術3.1原料天然氣的脫硫原理3.1.1脫硫的意義3.1.2脫硫的方法3.1.3幹法脫硫3.1.4濕法脫硫3.2原料天然氣脫硫催化劑3.2.1常溫氧化鐵脫硫劑3.2.2鈷鉬加氫脫硫劑3.2.3氧化鋅脫硫劑3.3典型原料氣脫硫工藝流程及操作技術3.3.1氧化鐵粗脫硫工藝流程3.3.2鈷鉬氧化鋅精脫硫工藝流程3.3.3甲醇裝置脫硫系統的操作控制3.4生產分析控制3.4.1氧化鐵粗脫硫的分析方法3.4.2氧化鋅精脫硫的分析方法4.1往復式壓縮機4.1.1往復式壓縮機的基本構成4.1.2往復式壓縮機的特點和應用4.1.3往復式壓縮機的使用和維護4.2離心式壓縮機4.2.1離心式壓縮機的基本構成4.2.2離心式壓縮機的特點和應用4.2.3離心式壓縮機的使用與維護4.3離心式風機4.3.1離心式風機的基本構成4.3.2離心式風機的特點和應用4.3.3離心式風機的使用和維護4.4離心泵4.4.1離心泵的基本構成4.4.2離心泵的特點和應用4.4.3離心泵的使用和維護5.1甲醇合成生產流程5.1.1甲醇合成工藝概要5.1.2甲醇合成高壓工藝流程5.1.3甲醇合成低壓工藝流程5.1.4甲醇合成中壓工藝流程5.2甲醇合成塔5.2.1甲醇合成塔內件5.2.2幾種典型的甲醇合成塔5.3冷卻分離設備5.3.1水冷凝器5.3.2甲醇分離器5.4影響甲醇合成反應過程的工藝條件5.4.1溫度5.4.2壓力5.4.3氣體組成5.4.4催化劑顆粒尺寸5.4.5空速5.5甲醇合成操作分析5.5.1熱穩定性和參數靈敏性概念5.5.2甲醇合成反應器的熱穩定性5.6合成反應的優化操作5.6.1反應溫度對催化劑時空收率的影響5.6.2反應壓力對催化劑時空收率的影響5.6.3空速對催化劑時空收率的影響5.6.4進塔氣中氫碳比對催化劑時空收率的影響6.1甲醇合成催化劑的活性組分及促進劑6.1.1單組分催化劑的性質6.1.2兩組分混合催化劑6.1.3三組分混合催化劑6.2工業甲醇合成催化劑6.2.1鋅鉻催化劑6.2.2銅基催化劑6.3新型C307甲醇合成催化劑研製與性能簡介6.3.1研製狀況6.3.2產品使用性能6.3.3工業應用6.4甲醇合成催化劑的更換、氣密、升溫還原及鈍化6.4.1合成催化劑的卸出6.4.2合成催化劑的裝填6.4.3合成系統置換氣密6.4.4合成催化劑的升溫還原6.4.5輕負荷生產6.4.6合成催化劑的鈍化7.1粗甲醇的精製原理7.1.1粗甲醇的組成與精製要求7.1.2粗甲醇的精製方法7.1.3精餾原理及計算7.2粗甲醇精餾的工藝流程和設備7.2.1工藝流程7.2.2主要設備7.3粗甲醇的精餾操作7.3.1一般操作概念7.3.2成品質量的控制8.1甲醇裝置前補碳技術8.1.1前補碳技術的應用條件8.1.2前補碳技術應用的可行性分析8.1.3技術方案的選擇8.1.4技術創新點8.2合成系統冷凍分離技術應用8.2.1合成冷凍分離技術的應用條件8.2.2國內外技術現狀及市場分析8.2.3技術方案及生產規模8.2.4實際應用效果分析8.3甲醇裝置全收率分離技術的應用8.3.1概述8.3.2應用條件8.3.3技術原理和特點8.3.4技術改造方案8.3.5成果應用情況8.4甲醇裝置引風機高壓變頻技術8.4.1概述8.4.2高壓軟啟動裝置8.4.3改造內容8.4.4投用情況8.4.5投資與經濟效益分析8.5甲醇裝置轉化爐混燒瓦斯氣技術8.5.1概述8.5.2技術方案8.5.3技術關鍵8.5.4項目推廣應用前景及經濟效益分析8.6甲醇裝置精餾單元先進控制系統改造8.6.1概述8.6.2主要改造內容和技術關鍵8.6.3成果應用情況簡介8.6.4經濟效益情況8.7甲醇裝置一段轉化爐燃燒器技術改造8.7.1概述8.7.2主要改造內容和技術關鍵8.7.3成果應用情況簡介8.7.4改造前後對比8.7.5效益分析9.1安全知識9.1.1甲醇生產的有關安全知識9.1.2甲醇裝置配備的消防設施9.1.3甲醇裝置檢修安全規定9.1.4甲醇裝置生產過程中的危險有害因素9.2環境保護9.2.1甲醇裝置環境保護方面相關標準9.2.2甲醇裝置主要污染源和主要污染物9.2.3甲醇裝置主要污染物的環保措施9.2.4甲醇裝置主要環境事故風險分析

在生產甲醇的工藝過程中，其主要原料和輔助原料、半成品或產品大多是流體，在各類流體的輸送、提高壓力、保證連續性的管道化生產中，大量地使用壓縮機和泵。壓縮機和泵都是用來增加流體能量的機械，均屬于流體機械。輸送氣體介質并提高其壓力能的機械稱為壓縮機；輸送液體介質并提高其壓力能的機械稱為泵。壓縮機和泵的種類繁多，按其作用原理可分為容積式和速度式兩大類。容積式是依靠容積的周期性變化來實現流體的增壓和輸送；而速度式是依靠高速旋轉的工作葉輪，將機械能傳遞給流體介質，并轉化成流體的壓力能。從生產甲醇的工藝角度看，甲醇裝置的工藝介質輸送設備主要有往復式壓縮機，離心式壓縮機，離心式風機和離心泵。
4.1 往復式壓縮機
4.1.1 往復式壓縮機的基本構成
往復式壓縮機主要由傳動機構、工作部件及機體構成。此外還有潤滑、冷卻、調節等輔助系統。
傳動機構是曲柄連桿機構，由電機帶動曲軸旋轉，連桿的大頭裝在曲軸上，其小頭與十字頭相連，因而，曲軸通過連桿帶動十字頭在滑道內作往復運動，再由十字頭帶動活塞組件在汽缸內作往復運動。由一根連桿所對應的汽缸活塞組件為一列。
工作部件包括汽缸、氣閥、活塞組件及填料等。汽缸的內表面與活塞工作端面所形成的空間是實現氣體壓縮的工作腔。氣閥是裝在汽缸上控制氣體作單向流動的，吸氣閥只能吸氣，排氣閥只能排氣。氣閥的啟閉動作主要由汽缸內外壓力差及氣閥彈簧控制。活塞在汽缸內作往復運動時，使工作腔的容積作周期變化，它與吸、排氣閥的啟閉動作相配合，實現包括膨脹、吸氣、壓縮和排氣四個過程的工作循環，從而不斷吸入、排出并壓縮氣體。
壓縮機的潤滑分兩個系統。一個供傳動機構潤滑，通常用機油潤滑，靠軸頭的齒輪油泵循環供油；另一個供汽缸內活塞組件等的潤滑，采用壓縮機油，靠高壓注油器注入汽缸。
4.1.2往復式壓縮機的特點和應用
與離心式壓縮機相比，往復式壓縮機的優點如下。
1.適用壓力范圍廣。這種機器依靠容積變化的原理工作，因而不論其流量大小，都能達到很高的工作壓力。
2.熱效率較高，功率消耗較其他型式的低。
3.適應性較強，可用于較廣的排量范圍，且其排量受排氣壓力變化的影響較小；當介質密度改變時，壓縮機的容積排量和排氣壓力的變化也較小。
其主要缺點是因往復慣性大，使轉速不能太高，故而機器較笨重，大排量時尤甚。再加上結構較復雜，易損件多，使維修工作量大。此外由于排氣不連續，造成氣流壓力脈動，易產生氣柱振動。
由于以上特點，往復式壓縮機主要適用于中、小流量而壓力較高的場合。在石油化工中，用往復式壓縮機輸送工藝氣體，并把介質壓縮到所需壓力。
4.1.3往復式壓縮機的使用和維護
在生產甲醇的工藝過程中所使用的往復式壓縮機，其所壓縮的氣體有天然氣、氧氣、氮氣以及其他可燃有毒氣體等，最終的排氣壓力不等，排氣量大小不等，控制裝置各有差異，因此操作要求各不相同，這里僅介紹通用性的使用、維護方法。
（1）正確使用
1.開車前應確保電器開關，聯鎖裝置，指示儀表、閥門、控制和保安系統齊全、靈敏、準確、可靠。