一、裝置簡(jiǎn)介
甲醇是重要有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工、塑料、醫(yī)藥、化肥等領(lǐng)域。甲醇也是一種重要的有機(jī)溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制涂料。甲醇還是一種很有前景的清潔能源。現(xiàn)代大型工業(yè)化制甲醇的生產(chǎn)裝置，原料氣的制取既可以煤（固體）作原料，也可以油品（液體）或燃料氣（氣體）作原料。不同的原料，其生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝大不相同。對(duì)于我國(guó)，煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)大于石油、天然氣儲(chǔ)量，因此，這里就以煤作原料為例進(jìn)行介紹，圖2.27所示為煤化工工藝流程框圖。以煤為原料制甲醇，首先是將煤進(jìn)行氣化，即煤氣化過(guò)程。目前，煤氣化的生產(chǎn)工藝有多種，包括塊煤或小顆粒煤氣化工藝、粉煤氣化工藝和水煤漿氣化工藝等。其中以水煤漿氣化工藝最為成熟，這里以目前應(yīng)用最多的ICI低壓合成工藝為例進(jìn)行介紹。
二、典型甲醇裝置的工藝及特點(diǎn)
一般情況下，甲醇的生產(chǎn)過(guò)程主要分為造氣、變換和凈化、合成、精餾四個(gè)工段。
1. 造氣
目前應(yīng)用較多的造氣方法是：先將煤研磨成煤粉，然后摻水制成水煤漿。水煤漿通過(guò)泵提升壓力，然后通過(guò)噴嘴在高速氧氣流的作用下噴入氣化爐。氧氣和霧狀水煤漿在氣化爐內(nèi)受高溫的作用，迅速經(jīng)歷著預(yù)熱、水分蒸發(fā)、煤的干餾、揮發(fā)物的裂解燃燒以及碳的氣化等一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，最后生成以一氧化碳、氫氣、二氧化碳和水蒸氣為主的濕煤氣。合成氨裝置的原料氣（氫氣和氮?dú)猓⒛蛩匮b置的原料氣（二氧化碳）等也常以煤為原料氣化獲得，只是氣化的條件不同。合成氨裝置的煤制氣是以獲得氫氣為主，并在氣化時(shí)通過(guò)空氣的加入而帶入氮?dú)猓罱K獲得氫氣和氮?dú)獬室欢ū壤幕旌蠚怏w。而甲醇裝置則以獲得一氧化碳為主，因此氣化時(shí)以添加純氧為主，以減少或避免氮?dú)獾拇嬖凇Ｔ诤铣砂毖b置一節(jié)中，沒(méi)有提及造氣工段，是因?yàn)槠湓鞖夤ざ蔚倪^(guò)程與這里類似。典型的煤制氣工藝流程示意圖如圖2.28所示。原煤經(jīng)過(guò)稱重送至磨煤機(jī)，磨至需要的顆粒后送至煤漿槽，與水混合后即形成水煤漿。水煤漿經(jīng)泵加壓后送往氣化爐。與高壓氧氣經(jīng)噴嘴混合進(jìn)入氣化爐反應(yīng)室。洗滌器下部出來(lái)的黑水進(jìn)固體分離器，液體部分（黑水）進(jìn)灰水處理系統(tǒng)。除了來(lái)自洗滌器的黑水外，還有其他分離器等產(chǎn)生的黑水，這些黑水也將被送往灰水處理系統(tǒng)。
2. 變換和凈化
凈化工段主要包括變換和脫硫、脫碳兩部分，但有些裝置也包含硫回收部分。變換的目的是調(diào)節(jié)煤氣中的一氧化碳含量，以獲得甲醇合成需要的一氧化碳與氫氣的比例。脫硫的目的是因?yàn)榱驎?huì)導(dǎo)致甲醇合成的催化劑中毒。變換及凈化的簡(jiǎn)單工藝流程見圖2.29。氣化工段過(guò)來(lái)的水煤氣首先進(jìn)入預(yù)變換爐，出爐后進(jìn)入另一個(gè)變換爐，變換后經(jīng)過(guò)多次換熱和氣液分離后，與未變換的煤氣合并，經(jīng)熱回收、冷卻。
3. 合成
低壓法合成甲醇工藝流程示意圖如圖2.30所示。凈化后的氣體送至聯(lián)合壓縮機(jī)的合成氣壓縮段壓縮后，與甲醇分離器來(lái)的循環(huán)氣混合，進(jìn)入循環(huán)氣壓縮段。經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)升壓后送至合成氣換熱器進(jìn)行逐級(jí)換熱，送入合成塔進(jìn)行甲醇合成。出塔氣經(jīng)合成氣換熱器回收熱量后進(jìn)入水冷器，經(jīng)水冷后出塔，同時(shí)生成的甲醇和水，在此得以冷凝。經(jīng)甲醇分離器分離液相（甲醇和水）后，未反應(yīng)氣體返回聯(lián)合壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后循環(huán)使用。為防止惰性氣體在系統(tǒng)中積累，要從系統(tǒng)中排出弛放氣。由甲醇分離器分離出的粗甲醇，減壓后進(jìn)入閃蒸槽閃蒸，以除去甲醇中的大部分溶解氣，然后送至甲醇精餾工段。閃蒸氣經(jīng)壓力調(diào)節(jié)后用作燃料。合成反應(yīng)熱通過(guò)合成塔殼側(cè)的沸騰水的飽和蒸汽帶走。
4. 精餾
在甲醇合成時(shí)，因合成條件及催化劑性能等因素的影響，在產(chǎn)生甲醇反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列的副反應(yīng)。所得產(chǎn)品除甲醇外，還有水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機(jī)酸等幾十種有機(jī)雜質(zhì)。所以，粗甲醇需進(jìn)行精餾提純。甲醇精餾工藝流程示意圖如圖2.31所示。
粗甲醇經(jīng)預(yù)熱后入預(yù)精餾塔，該塔主要是將二甲醚等低沸點(diǎn)餾分從塔頂分離。低沸點(diǎn)餾分不凝氣體從塔頂排出，送至燃料氣系統(tǒng)。塔底的液體由預(yù)精餾塔塔底泵升壓后送入加壓精餾塔進(jìn)行蒸餾。加壓精餾塔塔頂氣體被冷凝后，一部分作為精甲醇加壓塔的回流，另一部分作為精甲醇產(chǎn)品送至精甲醇儲(chǔ)罐。加壓精餾塔底的精甲醇液體，靠自身壓力送入常壓精餾塔進(jìn)一步精餾。常壓精餾塔頂部蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后，部分作為回流液返回塔內(nèi)，部分作為精甲醇產(chǎn)品與加壓塔的精甲醇匯合，一起送至精甲醇儲(chǔ)槽。
三、介質(zhì)特點(diǎn)
甲醇裝置中包含的特殊介質(zhì)有：甲醇、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、高壓氧氣、黑水等。甲醇是一種透明、無(wú)色、易燃、有毒的液體，略帶酒精味。熔點(diǎn)為-97.8℃，沸點(diǎn)為64.8℃，自燃點(diǎn)為47℃，能與水、乙醇、乙醚、苯、
丙酮和大多數(shù)有機(jī)溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易著火。甲醇屬于甲B類可燃液體。按GB 5044 標(biāo)準(zhǔn)甲醇屬于中度危害介質(zhì)。
四、甲醇裝置的配管設(shè)計(jì)
主要是對(duì)塔、罐、泵、反應(yīng)器等設(shè)備的配管設(shè)計(jì)。
