天然气转化合成甲醇的工艺

天然气转化合成甲醇的工艺综述

专业：化工12-3班

学号：**********

学生姓名：**

指导教师：**

2015-6-24

一．前言 (1)

二．主体部分 (2)

1. 天然气合成甲醇的原理 (2)

2. 高压法合成甲醇的原理及工艺流程 (2)

3. 低压法合成甲醇的原理及工艺流程 (3)

4. 中压法合成甲醇的原理及流程 (4)

5. 三者的比较 (4)

6. 以天然气合成甲醇的优势和现状 (6)

7. 其他原料合成甲醇与天然气合成甲醇的比较 (6)

三．结论部分 (8)

1. 对天然气合成甲醇的认识和了解 (8)

2. 对天然气转化合成甲醇提出我的观点和见解 (8)

四．参考文献 (8)

天然气转化合成甲醇的工艺

一．前言

20世纪60年代，石油和天然气作为一次能源与煤炭一起成为主要能源。与此同时，以石油和天然气为原料的化学工业也迅猛发展起来。与石油不同的是，天然气的成分主要是低分子量的烷烃。因此，天然气化工在发展中逐步成为一个体系。天然气是储量十分丰富的资源和能源，同时也是主要的温室气体之一，合理地利用天然气不仅关系到未来的资源配置和能源利用，而且也是可持续发展的重要战略发展方向之一。

天然气可以合成多种化工原料产品，比如生产合成氨还有甲醇，其中甲醇是最重要的。甲醇是一种重要的基础化工产品和化工原料，主要用于生产甲醛。醋酸、甲苯胺、氯甲烷、乙二醇及各种酸的酯类和维尼纶等，并在很多工业部门中广泛用作溶剂。甲醇在气田开发中用作防冻剂，添在汽油中可提高汽油的辛烷值，甲醇还可直接用作燃料用于发动机。

目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇。典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序。

天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品（焦炭、焦炉煤气）、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料。天然气与石脑油的蒸气转化需在结构复杂造价很高的转化炉中进行。由天然气制合成气进而合成甲醇是制甲醇产品一条重要的工艺路线。

二．主体部分

1.天然气合成甲醇的原理

天然气转化合成气中的CO 或2CO 与2H 在一定温度、压力和催化剂作

用下反应生成甲醇。其主反应为：

OH CH H CO 322⇔+ （1）

O H OH CH H CO 23223+⇔+ （2）

主要副反应有：

O H OCH CH H CO 233242+⇔+ （3）

O H CH H CO 2423+⇔+ （4）

O H OH H C H CO 2942384+⇔+ （5）

O H CO H CO 222+⇔+ （8）

甲醇的合成反应是减分子放热反应，由化学热力学原理可知，增加压力、降低温度、减少反应气流中的惰性气体浓度均有利于甲醇的生成。反应物中的氢气与一氧化碳的摩尔比对甲醇平衡质量分数也有影响。

2.高压法合成甲醇的原理及工艺流程

（1）原理：经压缩后的合成气的CO 或2CO 与2H 在300-400C ，30a MP 和氧化锌/氧化铬催化剂的共同作用下反应生成甲醇。 OH CH H CO 322⇔+ 5.102-=∆H mol KJ /

O H OH CH H CO 23223+⇔+ 5.49-=∆H mol kJ /

（2）流程方法：经压缩后的合成气在活性炭吸附器中脱除五羰基碳后，同循环气一起送入管式反应器中，在350C 和30MPa 压力下，一氧化碳和氢气通过催化剂层，发生反应生成粗甲醇。含粗甲醇的气体

从反应器出来后，经换热、冷却后迅速送入粗甲醇分离器中，使粗甲醇从气相中冷凝出来，未反应的一氧化碳和氢气循环返回反应器。 冷凝出的粗甲醇送入精馏装置，在第一分馏塔中分出二甲醚和甲酸甲酯及其他低沸点不纯物，在第二分馏塔中除去水和杂醇，得到精甲醇。甲醇的质量分数：99.85%-99.95%。

3.低压法合成甲醇的原理及工艺流程

（1）原理：经压缩后的合成气的CO 或者2CO 与2H 在温度200-300C ，压力4-5MPa 和铜基催化剂的作用下反应生成甲醇。

OH CH H CO 322⇔+ 5.102-=∆H mol kJ /

O H OH CH H CO 23223+⇔+ 5.49-=∆H mol kJ /

（2）流程方法：合成气经压缩机压缩至4-5MPa 后，送入合成塔，经铜基催化剂催化合成甲醇。合成反应的反应热用热回收装置产生高压蒸汽用作透平压缩机动力。合成塔出来的含甲醇的产物气体经换热器与混合气换热后，用空气或冷却水换热冷却，使甲醇冷凝并在分离器中分离得到粗甲醇。

粗甲醇经闪蒸罐闪蒸后送去精馏装置精制。精制中，先用初馏塔除去二甲醚、甲酸甲酯等低沸点杂质。塔底物进第一精馏塔。在第一精馏塔中，50%的甲醇由塔顶出来，其热量作为第二精馏塔再沸器加热的热源，塔底物进第二精馏塔。第二精馏塔塔顶馏出物经冷凝得精甲醇，部分回流后，其余为精甲醇产品，质量分数为99.9%。

该工艺除纯甲醇产品外，第一精馏塔顶部馏出的50%甲醇经换热和部分回流后，可冷凝得到50%-60%的甲醇溶液。

4.中压法合成甲醇的原理及流程

（1）原理：经压缩后的合成气在压力为8-15MPa ，温度为230-280C 和三元铜系催化剂的作用下生成甲醇。

OH CH H CO 322⇔+

O H OH CH H CO 23223+⇔+

（2）流程方法：合成气压缩至8MPa ，与循环气一起送入合成塔，入塔温度220C 左右。合成塔为冷激型，回收的合成反应热产生中压蒸汽可供转化使用。合成塔出塔气经换热器预热合成气后，冷却，在冷凝器中将粗甲醇冷凝分离出来，不凝气大部分循环使用，少部分驰放作为转化炉燃料。粗甲醇在拔顶塔和精制塔中，经蒸馏除去二甲醚、甲酸甲酯及杂醇油等杂质后，即得精甲醇产品，纯度99.9%

5.三者的比较

高压法、低压法、中压法三种方法合成甲醇，三者在生产设备和生产方法上有各自的特点，各有不同，各有优势。

甲醇合成塔是甲醇生产的关键设备，目前应用的主要塔型有冷管型、多段绝热段间冷型合成塔以及副产蒸汽的等温型合成塔。粗甲醇的精馏有两种流程，即二塔流程和三塔流程。

A.冷管型：适合于低压合成的冷管型合成塔有ICI 的冷管型塔。我国中、高压法合成普遍采用冷管型塔，有多重冷管结构型式。

B.多段绝热段间冷型合成塔：第一种型式为多段绝热段间冷激式，第二种型式为段间换热器型。

C.副产蒸汽的等温型合成塔：最具代表性、工业化应用最早的是德国