毕业论文格式及有关要求

一、论文构成

每篇论文必须由以下四项内容构成，按顺序依次为：

1、封面2、论文摘要3、目录4、正文5、参考文献6、谢词。

二、纸张规格

毕业论文一律用A4复印纸电脑打印。

三、编辑设置

1、页面设置：

①“纸型” ──选用“A4”，“纵向”。

②“文档网格” ── 一律使用“无网格”。

③“页边距” ──上：2.5cm，下：2.0 cm，左：2.5cm，右：2.0 cm；“装订线位置”一律左侧。

2、段落：

①论文题目居中，每段落首行缩进2字符。

②“行距”一律为固定行距24磅。

3、页眉和页脚

除封皮外每页都要加页眉：山东工业职业学院毕业论文，字体：宋体 小五；居中。页脚：从正文第一页开始标注页码至参考文献前结束，参考文献不标注页码。

四、封面式样（上交的每份论文都必须有自己的封面）

      封面一律按照下发的式样填写。

五、论文摘要、关键词与谢词（单独成页）

1、摘要：字数在200字以内，内容为介绍论文的基本内容和主要观点。“摘要”二字用小三黑体，内容用普通四号楷体字。

        2、关键词：词数不少于三个。“关键词”三字用四号黑体，内容用普通四号楷体字。

3、谢词：谢词两字小三黑体，内容用普通四号楷体字。

六、正文要求

1、字数：5000－8000字。

2、字体：正文标题用黑体、小二号打印，标题下面不再标明作者姓名。正文一般用楷体四号字打印。全文的文字格式要统一。独立成行的标题后面不再加标点符号。

3、序号（标题）：全文的序号编排要规范。各层次系统为：

第一层：l.　2.　3. ……　 ；   第二层：1.1  1.2  1.3……；

第三层：（l）（2）（3）……　 ；   第四层：1) 2) 3) ……。

第一层次标题应单独成行，黑体小三号字。

第二层次标题应单独成行，黑体四号字。

第三、四层次标题可与文章其他内容同列一行。普通四号字。

4、每页要编页号，居中。

七、图表

所画的表格表头编号，表头和表格中的内容一律用五号楷体，表头内容居中；所画的图，编号与图下举中。

八、参考文献

参考文献数不得低于10篇。参考文献指论文写作过程中所参阅的各种资料，应附在论文末尾加以说明。参考文献四字用五号黑体，文献内容用五号字。参考文献目录按引用顺序排列，正文中要在相应位置注明参考文献的题号。参考文献的书写格式如下：

──引用期刊文章格式： 作者．文章题名［J］.刊名，年，卷（期）：起止页码．

如： ①戴相龙.中国金融业在改革中发展［J］.中国金融，2001，10：4-5.

──引用报纸文章格式：作者．文章题名［N］.报纸名，年，出版日期（版次）．

如： ② 谢希德．创造学习的新思路［N］.人民日报，1998-12-25.

──引用专著、教材等格式：作者．书名［文献类型标识］。出版社，出版年．起止页码．

如： ③钱伯海主编．国民经济学［M］.中国经济出版社，1992．57-58．

“文献类型标识”为：

第二篇：应用化工技术毕业设计(论文)-甲醇合成技术的研究进展

毕业设计（论文）

甲醇合成技术的研究进展

专业名称： 应用化工技术

学生姓名： 丁志敏

班 级： 2010应化（1）班

学 号： 1006100101

指导教师： 刘迪

2012 年12月15日

摘 要

介绍了近年国内甲醇产业最新发展情况，特别对煤基甲醇和以它为原料生产低碳烯烃作了比较详细论述。煤基甲醇制乙烯和丙烯在我国具有重要意义，20xx年我国甲醇表观消费量达800万吨，20xx年需求量将达900万吨以上，今后几年还将以每年8%-10%的速度增长。甲醇生产能力和产量的快速增长、特别是煤基甲醇的兴起已引起关注。预计，煤基甲醇为原料生产乙烯、丙烯和作为新型燃料以及相关技术，在中国具有璀璨的发展空间和广阔的市场前景。

关键词：甲醇，煤气化，燃料，烯烃

目 录

前 言.............................................................. 1

1 天然气制甲醇合成气工艺及进展..................................... 2

1.1天然气添加CO2一段蒸汽转化 .................................... 2

1.2天然气与CO2催化转化 .......................................... 2

1.3两段转化法 .................................................... 3

1.3.1常规两段蒸汽转化法......................................... 3

1.3.2纯氧换热转化工艺........................................... 3

1.4甲烷部分氧化 .................................................. 4

1.4.1非催化部分氧化............................................. 4

1.4.2催化部分氧化............................................... 4

2 甲醇合成反应器的分析与选择....................................... 5

2.1国外主要甲醇合成反应器 ........................................ 5

2.1.1 ICI冷激型反应器........................................... 5

2.1.2 Lurgi管壳型甲醇合成塔..................................... 5

2.2国外甲醇反应器发展趋势 ........................................ 6

2.3国内甲醇反应器研发情况 ........................................ 7

2.3.1绝热管壳式反应器........................................... 7

2.3.2内冷管壳式反应器........................................... 7

3 LURGI型轴向低压甲醇合成技术 ..................................... 9

3.1工艺流程 ...................................................... 9

3.2合成塔结构 .................................................... 9

3.3技术特点 ..................................................... 11

4 大型甲醇技术发展现状评述......................................... 12

4.1计算技术的发展 ............................................... 12

4.2新的甲醇工艺流程配置 ......................................... 12

4.3甲醇合成催化剂性能的不断提高 ................................. 14

5 总 结............................................................ 15

参考文献........................................................... 16

致 谢.............................................................. 17

前 言

甲醇是极为重要的有机化工原料和洁净液体燃料，是碳一化工的基础产品。固体原料煤炭、液体原料石脑油和渣油、气体原料天然气和油田气或煤层气等经部分氧化法或蒸汽转化法制得合成气。合成气得主要成分是CO和 H2，它们在催

化剂作用下可制得甲醇。由于醇及其衍生物有着广泛的用途，世界各国都把甲醇作为碳一化工的重要研究领域。现在甲醇已成为新一代能源的重要起始原料，可生产一系列深度加工产品，并成为碳一化工的突破口。在石油资源紧缺以及清洁能源、环保需求的情况下，以煤为原料生产甲醇，有望成为实现煤的清洁利用，弥补石油能源不足的途径。

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1 天然气制甲醇合成气工艺及进展

1.1天然气添加CO2一段蒸汽转化

蒸汽转化工艺（SMR）是天然气制合成气的典型工艺，是在催化剂存在及高温条件下，使甲烷与水蒸气反应，生成H2、CO等混和气，该反应是强吸热的，需要外界供热。但以此法制得的合成气生产甲醇一个突出的弊病是氢过量，可用反应式来描述： 转化反应：

CH4+H2O=CO+3H2 CH4+2H2O=CO2+4H2 CH4+CO2 =2CO+2H2 CO+H2O=CO2+H2

合成反应：

CO+2H2=C2H3OH-Q

可见，不管是CO还是CO2，每生成1mol甲醇就多余1mol氢气，解决的方法是将多余的氢分离出去，也可补入适量的CO2。CO2的添加量与在不同温度和压力下与CH4-CO2-H2O物系的平衡有关。补加CO2后解决了天然气生产甲醇的氢多、碳少的不足，节省了原料天然气。天然气蒸汽转化法制备甲醇原料气，有多种工艺流程与转化炉型，丹麦Tops法、英国帝国化学工业公司ICI等。这几种方法在炉型与烧嘴结构上有较大区别，但在工艺流程上都大同小异，都包括转化炉、原料预热及余热回收等装置。目前，此法技术已相当成熟，有针对此法的各种节能型催化剂的研究，且不少已用于工业实践。

1.2天然气与CO2催化转化

CO2与CH4反应可用来生成富含CO的合成气，既可解决常用的天然气蒸汽转化法制合成气在许多场合下的氢过剩问题，又可实现CO2的减排。该反应方程式如下：

CO2+CH4=2CO+2H2

按该反应式计，H2/CO理论值为1/1。这是个热效应比蒸汽转化反应更大的强吸热反应，从热力学计算可知，只有温度≥645℃才是热力学可行的，然而过高的反应温度不仅会造成高能耗，对反应器材质也提出了更高的要求。而且CH4与

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CO2的反应更容易在催化剂上结炭。降低反应温度、减少能耗的最有效办法就是

选择适宜的催化剂。为此长期以来对CO2与CH4催化转化(Sprag工艺)制合成气的

研究主要集中在改进现有镍基转化催化剂、开发新型抗结炭催化剂和优化反应条件等，国内外就此开展了广泛的研究。如Topsre公司开发成功了硫钝化的镍催化剂，经过中试和扩大试验，结果表明Sparg工艺制合成气的技术可靠、经济合理。

1.3两段转化法

1.3.1常规两段蒸汽转化法

这是国内外广泛采用的方法，即一段炉采用蒸汽转化，两段炉用空气、富氧或纯氧转化。采用一段炉、两段炉串联的工艺，无需经转化炉前或炉后添加二氧化碳，就可达到合成甲醇原料气成分的要求。两段炉为体积很大的方箱式炉，内装催化剂管束，管外用燃料明火加热，以提供催化反应所需热量。燃烧后的烟气温度很高，一般在1000℃左右，通过对各种原料的加热，废热锅炉产气等余热利用，其能量得到合理利用，最终烟气排出的温度不低于140℃。国内引进和自建的大型化肥、甲醇、制氢装置基本上都采用此工艺。

1.3.2纯氧换热转化工艺

两段转化工艺的运转表明，离开两段炉的合成气中所带热量与一段蒸气转化所需的热量相差不大，有可能利用前者来替代向一段转化供热的燃烧炉，这样既可节约投资，又可使能量的利用更为合理。中国成达化学工程公司据此于20世纪90年代在国内率先推出纯氧换热转化工艺。该工艺利用来自两段转化炉的高温工艺气体提供一段转化反应所需的热源，从而实现大幅度减少燃料天然气的目的。同时该工艺也解决了氢、碳不平衡问题，在两段炉添加纯氧，相当于在两段炉补入CO2(反应式如下)，调节两段炉的燃烧量，即可实现氧碳平衡，达到节省

原料天然气的目的。

CH4+2O2=CO2+2H2O

纯氧换热转化工艺对于需要烧天然气副产高压蒸汽的大型甲醇厂或天然气与电的价格比较低的地方，并没有什么优越性。同时该技术开工难度比较大，所以并没有推广普及。除了成达公司的纯氧换热转化工艺，英国的ICI公司也据此开发成功了气体加热转化(GHR)工艺。Kellogg公司开发的KRES工艺是基于GHR工艺

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相同的原理，但将原料气分为两股，分别进入蒸汽转化器与自热转化器，这样可以更方便地平衡两个反应器的热量。此外，Tops、KTI等公司也开发了类似的工艺，且都实现了工业应用。应该指出，此类工艺由于取消了转化炉的火房，故高压蒸汽供应量将不足，需向甲醇装置供入电能或另行设置燃气透平以补充合成气压缩机所需要的能量。

1.4甲烷部分氧化

从20世纪90年代以来，天然气部分氧化制合成气成为人们研究的热点。甲烷部分氧化法是由甲烷与氧气进行不完全氧化生成合成气。又分为非催化氧化和催化氧化。

1.4.1非催化部分氧化

非催化氧化工艺(POX)以CH4、O2的混和气为原料在1000～1500℃反应，伴有

燃烧反应进行：

CH4+1/2O2=CO+2H2O

CH4+2O2=CO2+2H2O

由于没有催化剂，需要很高反应温度，因此反应器材要求苛刻，需要很复杂的热回收装置来回收反应热和除尘。其典型代表有Texaco法和Shell法。

1.4.2催化部分氧化

甲烷催化部分氧化(CPOX)是在非催化部分氧化的基础上发展起来的一种合成气制造工艺。CPOX工艺的反应器主要有固定床微反应器、蜂窝反应器和流化床反应器等。

催化部分氧化工艺是在以活性组分Ni、Rh和Pt等为主的负载型催化剂存在下，氧气和天然气进行部分氧化生成CO和H2，该反应可在较低温度750～800℃

下达到90%以上的热力学平衡转化：

2CH4+O2=2CO+4H2

这一过程具有许多优点：①放热反应，能耗低；②放热量小，反应温度低，易控制；③反应生成n(H2)/n(CO)=2的合成气，便于直接合成甲醇；④反应速度

快，反应器体积小。但若用传统的空气液化分离法制取氧气，则能耗太高，最近国外正在研制一种陶瓷膜，可在高温下从空气中分离出纯氧，这将避免N2进入合成气，并降低能耗。

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2 甲醇合成反应器的分析与选择

2.1国外主要甲醇合成反应器

国外应用开发最早、技术成熟、应用最广泛的甲醇反应器当属ICI和Lurgi的低压反应器。在克服ICI和Lurgi缺陷的基础上，日本东洋公司等开发的MRF系列反应器逐渐在国内外的一些中型甲醇装置上得到推广。

2.1.1 ICI冷激型反应器

ICI冷激型甲醇合成塔是针对使用51-1型铜基催化剂的时空产率低、催化剂用量大、床层控温困难、催化剂易失活等缺陷而开发的一种绝热型轴向流动的低压合成反应器，其结构简单，由塔体、喷头、菱形分布器等组成。合成气预热到230～250℃进入反应器，段间用菱形分布器将冷激气喷入床层中间降温。根据规模大小，反应器一般有3～6个床层，典型的是4个，上面3个为分开的轴向流床。最下方为轴-径向流床，在5MPa、230～270℃条件下合成甲醇。

与高压反应器相比，该类反应器的特点是：①结构简单，塔内未设置电加热器或换热器，催化剂利用效率较高；由于采用菱形分布器，保证了反应气体和冷激气体的均匀混合，使同一床层温差控制变得容易；②适用于大型化甲醇装置，易于安装维修；③高活性、高选择性催化剂选择余地大，可使用国内外生产的多种型号催化剂，如美国UCIC79-2和G106催化剂， ICI生产的ICI51-1、51-2、51-3催化剂，西南化工研究院开发的C302和兰化院生产的NC系列催化剂等。

该类反应器的缺点是：①床层温度随其高度的变化而不同，床层温度波动较大，致使不同高度的催化剂活性不同，催化剂的整体活性不能有效发挥，其时空产率和经济效益表现较低；温度控制不好时，易导致催化剂局部过热而影响催化剂的使用寿命；②反应器结构松散，出口的甲醇浓度低，导致大部分原料气不能参与合成反应，必须保持10倍左右的循环气量，压缩功能耗高(约占总能耗的24% )，同时相同产能的反应器体积比Lurgi反应器大，其一次性投资也比Lurgi的多； ③能源利用不合理，不能回收反应热，产品综合能耗较高； ④催化剂时空产率不高，用量大。

2.1.2 Lurgi管壳型甲醇合成塔

德国Lurgi公司开发设计的管壳式甲醇合成反应器是一种轴向流动的低压反

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应器。该反应器采用管壳式结构，操作条件是:压力5. 2～7MPa，温度230～255℃。反应器内部类似列管式换热器，列管内装催化剂，管外为沸腾水，反应热很快被沸水移走。2种气体分别呈轴向流动。合成塔壳程的锅炉水是自然循环的，通过控制沸腾水的蒸汽压力，可以保持恒定的反应温度。这种合成塔温度几乎是恒定的，从而有效地抑制了副反应，延长了催化剂的使用寿命。该塔使用高含量铜基催化剂时，可达到较高的单程转化率，其最大生产能力为1500 t/d。根据国内应用的情况来看，大部分催化剂均可使用，对生产影响不大。

（1）与ICI反应器相比，该反应器的优点是：①热量利用合理，可副产大量低压蒸汽，每吨甲醇最大可产4 MPa蒸汽，1.4t可用于驱动离心式压缩机，也可用于天然气蒸汽转化，满足甲醇装置的蒸汽需求，装置投产后不需外供蒸汽；②合成反应几乎是在等温条件下进行，反应器除去有效的热量，可允许较高的CO气体，采用低循环气流限制了最高反应温度，使反应等温进行，副反应少，粗甲醇杂质少，用双塔精馏技术精制即可达到国家标准；③催化剂床层温度容易控制，不同床层的温差较小，操作平稳；④出口甲醇浓度较高(甲醇含量约7% )，总的循环气量比ICI几乎少1/2；⑤同产能下，催化剂用量较少。

（2）该反应器的缺点是：①其壳体和管板、反应管之间采用焊接结构，为消除热应力，对塔体的制造、材料要求均比较高，结构复杂，制造难度大，维护成本高；②因采用列管式，列管占用了反应器大量的空间，使得催化剂的装填量仅占反应器的30%；③由于管内外传热温差较小，所需传热面积大，比冷面达125 m2/m3；④该反应器用副产蒸汽直接从催化剂床层移热，由于受蒸汽压力限制，在催化剂后期难以提高使用温度；⑤限于列管长度，扩大生产时，只能增加列管数量，扩大反应器的尺寸，生产操作弹性较小。一般认为该反应器不能适用于大型甲醇装置，Lurgi公司经过改进，将合成压力提高到7～10MPa，第1套2000 t/d的甲醇装置在马来西亚建成。20xx年以前，采用该反应器建成的甲醇装置多达21套，产能在1000~2500 t/d。即将在伊朗建成的甲醇装置采用2套反应器串联，将装置产能提高到5000 t/d。该反应器可适用于石油和天然气原料，国内也有用于煤原料的甲醇厂，国内一些大型设计院可以模仿设计该类反应器。国内山东齐鲁第二化肥厂、河南安阳甲醇厂(原料煤)、四川维尼纶厂、陕西榆林及河南濮阳三化(原料为天然气)的天然气甲醇装置均采用该类反应器。国内已完全能模仿设计，产能可以达到30万t/a，生产应用效果也不错。

2.2国外甲醇反应器发展趋势

（1）生产规模大型化

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发展的趋势之一是单系列、大型化。德国Lurgi公司管壳式甲醇合成反应器单反应器生产能力可达1000～1500t/d，英国ICI多段冷激式甲醇合成反应器，单反应器生产能力可达2500t/d。据报道，Lurgi公司新开发的甲醇装置生产能力可达150万吨/年。

（2）合成催化剂

高效甲醇合成催化剂的开发应用主要经历了两个阶段。

第一阶段 为锌-铬催化剂，锌-铬催化剂活性温度高，约为350～420℃，由于受化学平衡的影响，需在高压（30～32MPa）下操作，且粗甲醇产品质量较差。

第二阶段 为铜-铝催化剂，从20世纪60年代后期使用至今。其活性温度低，约220～280℃，可在较低压力下操作。

（3）节能降耗

节能降耗是世界甲醇装置一直追求并将继续追求的目标，各国围绕节能、降低生产成本作了大量工作。由于现有甲醇反应器的性能基本发挥到极致，要实现新的节能降耗目标，还须另辟蹊径，开发出更节能、效率更高、热效益利用更合理的甲醇反应器，如浆态床反应器、超临界反应器、甲烷直接转化、生物反应器等。

2.3国内甲醇反应器研发情况

2.3.1绝热管壳式反应器

绝热-管壳式甲醇反应器由华东理工大学开发成功，该反应器由绝热段与管壳段组成。催化剂填充在管壳段，反应热传给管外的沸水，以蒸汽的形式回收热量，通过调节蒸汽压力来实现催化床的等温分布。该反应器是基于Lurgi列管式反应器的改进型并有一定创新。为了解决Lurgi反应器的壁效应问题，将原反应器的列管从38根增加到44根，高度不变，改变了床层内径与催化剂颗粒直径之比，在相同产能时，反应器体积较小，可节约设备投资。

2.3.2内冷管壳式反应器

内冷-管壳式反应器由华东理工大学开发成功，该反应器由主反应器和副反应器组成。副反应器为内冷反应器，主反应器为管壳式反应器。原料气经副反应器的冷管升温后进入主反应器的列管内催化床，在接近等温条件下反应，反应放出的热量通过壳程的冷却水撤出。反应后气体从主反应器出来后又进入副反应器的催化层继续反应。此时反应已进入后期，反应的温度低于主反应器催化床的反

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应温度，对化学平衡比较有利。该反应器有助于提高产品收率和原料转化率，提高了催化剂使用寿命。该反应器具有单系列产能大、能量利用合理、副产蒸汽及床层温度合理等优点。

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3 Lurgi型轴向低压甲醇合成技术

3.1工艺流程

工艺流程如图1所示。来自压缩机四段出口、压力为4.87MPa的新鲜补充气与循环机来的循环气混合后进入中间换热器，温度从43℃升至200℃以上从顶部入塔；气体由顶部进入Lurgi炉管内的催化剂层向下走，其反应热由管间的沸腾水带走，在汽包内副产2. 65 MPa饱和蒸汽；反应后的出塔气体温度约235℃，经中间换热器与补充气和循环机来的循环气混合气逆流换热后，温度降至80℃以下，然后经冷却器冷却至

30℃以下进入醇分，分离得到的粗甲醇去粗醇中间槽；出醇分的气体分为两股，主流经循环机加压后进入中间换热器进行下一循环反应，另一小股气体经洗涤塔洗涤后去合成氨系统副产氨，洗涤塔的稀醇水去精馏作为萃取水。

图1 Lurgi型轴向低压甲醇合成工艺流程示意图

3.2合成塔结构

Lurgi型轴向低压甲醇合成塔结构见图2。该塔既是反应器又是废热锅炉，其结构形式类似于一般的列管换热器，结构十分简单。管内装甲醇催化剂，管外为沸腾水，甲醇反应所放出的热很快被沸腾的水所移走。合成塔壳程的锅炉给水是自然循环的，通过控制沸腾水的蒸汽压力可十分方便地控制床层反应温度。该塔的主要特点是采用了管束式，对管束要求较高， 需采用双相钢材质。上部设有人孔，便于装填催化剂，下部设有卸料孔。壳侧下部设有升温还原用的蒸汽加

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入口。

图2 GC型热壁式二轴二径低压甲醇合成塔结构图

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3.3技术特点

1.催化剂床层温度稳定。甲醇反应热依靠水的汽化相变热移走，由于汽化潜热大，所以床层温度几乎是恒定的，有效抑制了副反应的发生。

2．操作容易。通过控制沸腾水上的蒸汽压力以调节反应温度（蒸汽压力变化0.1MPa，相当于调节反应1. 5℃），所以温度控制十分方便，升温还原控制非常容易。

3．催化剂利用系数高。由于催化剂装在管束内，周围是沸腾的水，管内温度十分均匀，催化剂无死角，单位催化剂的产醇量高。

4．催化剂使用寿命长。由于操作温度十分均匀且非常稳定，有利于延长催化剂的使用寿命。

5．副产蒸汽压力品位高。在催化剂使用初期，副产蒸汽压力为2. 2MPa，后期为3.5Mpa。

6．设备结构简单。无需框架，节省土建投资。

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4 大型甲醇技术发展现状评述

述评近年来，受国际原油价格上涨及国内石油资源的不足、石油进口量日益增加的双重影响，发展煤基甲醇产业已日益成为化工行业的热点。目前，甲醇制低碳烯烃技术已经取得突破，按目前的油价和烯烃价格，甲醇制烯烃的预期经济效益与石油制烯烃路线相比具有很强的竞争力；已在国内争论多年的甲醇燃料问题也有望迎来新的转机。近期国家发改委组织编制的《煤化工产业中长期发展规划(征求意见稿)》把发展煤制甲醇列为未来我国煤化工发展的重要方向，为甲醇工业的发展创造了良好的条件。19xx年，德国BASF公司首先采用高压法下实现了甲醇的工业化生产。高压法合成甲醇投资大，生产成本高。为此，世界各国都在探求能够降低合成压力的工业生产方法。

4.1计算技术的发展

计算技术的迅猛发展，使得在个人电脑上就能够很方便地使用计算流体力学(CFD)软件和流程模拟软件来进行新的工艺流程的开发。甲醇技术的大型化依赖于新型甲醇反应器和新的甲醇工艺流程的开发，而计算流体力学软件和流程模拟软件分别为甲醇反应器和甲醇工艺流程的开发提供了强有力的工具，大大节省了开发时间和人力、物力的投入。以开发新型反应器为例，一种新型反应器的开发，按照传统的方法一般要经过概念模型的提出，小规模冷态反应器的试验研究，大规模冷态反应器的试验研究，小规模热态反应器的试验研究，大规模热态反应器的试验研究等步骤，研究开发周期一般要在5年以上，开发费用往往在数千万美元。随着计算机硬件技术的发展和计算流体力学软型提出以后建立反应器的流动模型，再通过小规模冷态试验对流动模型进行验证件的进步，目前可以在概念模型提出以后建立反应器的流动模型，再通过小规模冷态试验对流动模型进行验证和修正，在此基础上加入反应动力学模型，即可建立完整的反应器模型；再通过小规模热态反应器试验进行验证和修正，就可以建立能够用于工业化反应器设计的通用模型。这样，就省掉了在反应器国产化中开发耗时较长、投入较多的大规模冷态反应器和热态反应器的研究步骤，大大降低研发费用，缩短研发周期。

4.2新的甲醇工艺流程配置

尽管目前单台甲醇反应器的能力有了很大的提高，但受反应器制造能力及内陆运输限制的影响，5000 t/d的大型甲醇装置往往需要数台反应器串联或并联

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来实现。目前用于大型甲醇装置的工艺流程配置有如下2种。

并联工艺流程是最简单的流程配置，当一台反应器不能满足生产规模时，可采用两台或数台反应器并联来实现生产规模的增加。从流程配置上来看，并联工艺流程仅仅是反应器数量上的叠加，对于反应器实际为多系列生产，仅在某些设备(如压缩机、汽包、主要工艺管线上)能实现共用，降低部分投资。

Lurgi公司的大型甲醇技术采用的是典型的串连工艺流程，将列管式和冷管式反应器进行串联，原料气先进冷管式反应器，预热后气体从顶部离开，进入列管式反应器管内装填的催化剂床层反应，管外用沸腾水移热，出塔气返回进入冷管式反应器壳层催化剂床层继续反应，反应热对流经冷管式反应器管层的原料气进行预热，出冷管式反应器的气体回收热量、降温、分醇后，再循环。Lurgi公司提出的这种串联工艺流程较好地在甲醇合成反应动力学与反应热力学之间进行了权衡。从反应热力学角度来看，甲醇合成反应是放热反应，低温有利于甲醇的生成；从反应动力学角度来看，高温可以加快反应速度，但高温对催化剂有害，并产生酮类等副产物，它们会形成共沸物，使后续的精馏更为困难。在Lurgi的串联流程中，其列管式水冷反应器有相对较高(260℃)的出口温度，使反应较快地进行；在此发生部分转化后，其余的转化发生在冷管式反应器，在较低温度(220～225℃)下操作，有利于甲醇的合成。这种流程配置实现了较快的反应速度和较高的转化率，显著提高了反应的单程转化率，降低了循环气量，节省了循环气压缩机的功耗。

Davy公司新近开发出了一种特别适合于大型前，甲醇装置的串/并联工艺流程。在该流程中，绝大部分的新鲜合成气与第二粗甲醇分离器顶部出来的循环气混合后进入第一甲醇反应器；反应后的气体经回收热量、降温、进入第一粗甲醇分离器实现分离后，循环气与少部分新鲜合成气混合、压缩后进入第二甲醇反应器；反应后的气体经回收热量、降温、进入第二粗甲醇分离器实现分离后，循环气与新鲜合成气混合，再进入第一甲醇反应器。从新鲜合成气分配的角度来看，总的新鲜气量按照一定比例在两个反应器间进行分配，可视为并联流程，从反应器出口气体的流向来看，第一反应器出口气体经过冷却、分离、压缩后进入第二反应器，可视为串联流程，因此将这种新型的工艺流程称为串/并联工艺流程。在该流程中，将第一反应器的出口气体进行降温、分醇后再进入第二反应器，使得第二反应器的原料气中甲醇含量很低，促使反应平衡向甲醇合成的方向移动，可显著提高甲醇转化率，降低整个合成回路的循环比。

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4.3甲醇合成催化剂性能的不断提高

甲醇技术的大型化发展离不开甲醇合成催化剂性能的提高。近年来，丹麦Topsoe公司、德国Sud-Chemie(南方化学)公司及英国JohnsonMatthey(原ICI)公司等不断推出新型甲醇合成催化剂，其性能不断提高，使用寿命不断增加。目前，一些性能较好的甲醇催化剂可以实现70%以上的单程转化率，反应器出口的甲醇摩尔分数可达10%以上，使用寿命最长可达7年以上。催化剂性能的提高可大大降低甲醇合成回路的循环比，降低循环功耗，使得甲醇装置更易实现大型化。这些性能优异的催化剂为甲醇技术的大型化发展打下了牢固的技术基础。设备制造技术的进步，计算技术的发展，新型甲醇反应器及工艺流程的开发以及甲醇合成催化剂性能的提高，奠定了甲醇装置大型化的技术基础。当前年产百万吨的大型甲醇技术已经发展成熟。对于新建甲醇项目，应根据自身特点，综合考虑工程业绩、投资费用、运行成本、设备维护的难易程度等多方面因素，择优选择适宜的甲醇技术，建设大规模装置，以降低单位产能的投资及运行费用。

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5 总 结

随着目前甲醇需求量的增大，国家及地区政府应建立相关技术政策，指导国内甲醇生产的健康发展。今后发展甲醇产业应采取先进清洁的工艺路线同时配套建设严格有效的环保措施。政府应鼓励并重点支持资源条件良好、区位优势明显的地区建设大型甲醇装置，资金实力雄厚的企业构建以甲醇为源头的煤化工产业链，打造大型煤化工产业基地，配套建设甲醇下游精细化工产品，如醋酸、醋酐、甲醛、二甲醚、l,4-丁二醇等，提高产品附加值。

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参考文献

[1] 付长亮，张爱民编．现代煤化工生产技术[M]．北京：化学工业出版社，2009．

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[3] 王文善，我国甲醇工业发展中应注意研究的问题[J]．煤化工，2005．

[4] 王同章，煤炭气化原理与设备[M]．机械工业出版社，2001．

[5] 陈启文，煤化工工艺[M]．北京：化学工业出版社，2008．

[6] 钱伯章，甲醇生产的技术新进展[J]．石油与天然气化工，2005,(7)．

[7] 钟贻烈，李琼玖．托普索天然气大型甲醇厂工艺技术的选择[J]．化肥设计，2004,(8)．

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致 谢

本次论文从选题、定稿、修改都得到了指导老师刘迪的全程指导，在此对她表示深深地感谢，感谢她在百忙之中抽时间对我的设计提出的建议和指导，感谢刘老师在检查时对我的设计提出的宝贵意见，在设计中也得到了单位同事和领导的帮助，在此也对他们表示感谢。本次设计由于时间仓促，在设计中仍有一些不完善之处，请各位教授、评委老师多多指正。

在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给与了我帮助和指导的所有老师表示由衷的敬意，感谢他们三年来的辛勤栽培。不积跬步何以智千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。

回首本人的求学生涯，父母的支持是本人最大的动力。父母不仅在经济上承受了巨大的负担，在心理上更有思子之情的煎熬与望子成龙的期盼。忆往昔，每次回到家时父母的欣喜之情，每次离家父母的依依不舍之眼神，电话中的思念之语，皆是本人刻苦铭心，目前除了学习成绩尚可外无以为报，希望以后的学习、工作和生活能使父母宽慰。

两年的在校学习生活马上就要结束了，回顾这两年的学习生活，我感到很充实。在此，感谢陕西工院给我们提供了这样一个学习充电的机会。感谢各位老师们不辞辛苦给我们奉上的精彩讲解。学校的领导为我们的就业不辞辛苦的为我们联系好的公司，让我们每个人都找到自己喜欢的工作。在临近毕业之际，我衷心的祝愿我们的学校会越来越好！

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