甲醇工藝學(xué)

前言

甲醇是重要的化工基礎(chǔ)原料，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、交通和國(guó)防等工業(yè)中。除合成氨之外，甲醇是唯一由煤經(jīng)氣化和天然氣經(jīng)重整大規(guī)模合成的化學(xué)品，是一碳化工的基礎(chǔ)產(chǎn)品和有機(jī)化工原料。甲醇又是固體煤或氣體天然氣轉(zhuǎn)化成的液體清潔燃料，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，是重要的能源載體。這種既可用于生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品，又可用作車(chē)用替代燃料的特點(diǎn)，使甲醇成為近年來(lái)煤化工和天然氣化工發(fā)展的主要產(chǎn)物，同時(shí)也使甲醇化學(xué)和甲醇化工的發(fā)展成為化學(xué)工業(yè)與能源工業(yè)的一個(gè)重要領(lǐng)域。甲醇應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和消費(fèi)量的急劇增加，使甲醇合成工業(yè)獲得了前所未有的發(fā)展。有資料統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)外共有甲醇生產(chǎn)裝置110套左右，每套年平均生產(chǎn)能力超過(guò)50萬(wàn)噸，年總生產(chǎn)能力達(dá)到了6400萬(wàn)噸，其中年生產(chǎn)能力大于80萬(wàn)噸的裝置有32套。甲醇生產(chǎn)裝置正在向大型化發(fā)展，未來(lái)幾年將有更多超大規(guī)模甲醇裝置投產(chǎn)。有資料顯示，2005年世界甲醇生產(chǎn)能力為4860萬(wàn)噸，到2010年將達(dá)到6400萬(wàn)噸，而2015年將達(dá)到7200萬(wàn)噸左右。2005年中國(guó)甲醇產(chǎn)能只有720萬(wàn)噸，而2008年已發(fā)展到2200萬(wàn)噸，實(shí)際產(chǎn)量達(dá)1126萬(wàn)噸，2010年產(chǎn)能將達(dá)到3100萬(wàn)噸。各地還在籌劃建設(shè)的甲醇產(chǎn)能高達(dá)4230萬(wàn)噸，其中相當(dāng)一部分是配套生產(chǎn)其他煤化工產(chǎn)品的。可見(jiàn)甲醇已成為我國(guó)重要的化工產(chǎn)品，我國(guó)也成為世界上重要的甲醇生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。隨著甲醇合成技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其原料路線也發(fā)生了很大的變化，由原來(lái)的以煤和焦炭氣化生產(chǎn)合成氣的路線發(fā)展到目前以天然氣和煤為主的合成路線。目前天然氣路線約占甲醇生產(chǎn)能力的80％，中東和拉丁美洲以其廉價(jià)而豐富的天然氣，近年來(lái)成為甲醇生產(chǎn)能力增長(zhǎng)最快的地區(qū)。煤作為制備甲醇合成氣傳統(tǒng)原料，由于氣化和氣體凈化工藝復(fù)雜，成本相對(duì)較高，但對(duì)于缺油少氣富煤的國(guó)家和地區(qū)，例如我國(guó)，主要采用這種原料路線（約占80％）。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，煤是世界化石能源儲(chǔ)藏量最多的資源，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)天然氣和石油的儲(chǔ)量，并且隨著氣化、凈化技術(shù)的發(fā)展，以及甲醇作為清潔能源替代產(chǎn)品（如車(chē)用潔凈燃料和甲醇燃料電池等）的應(yīng)用，煤制甲醇將成為合成甲醇的主要原料路線。目前，我國(guó)煤制甲醇發(fā)展迅速，已成為煤炭清潔利用的主要路線，也為甲醇和二甲醚替代燃料的發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。進(jìn)入21世紀(jì)，甲醇除了傳統(tǒng)的化工應(yīng)用外，新的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，例如用于生產(chǎn)二甲醚、醋酸、醋酐、碳酸二甲酯、甲酸甲酯等化工產(chǎn)品。由甲醇催化合成烴類(lèi)化合物如甲醇制乙烯、丙烯和汽油等技術(shù)也正在進(jìn)行工業(yè)化示范，將逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。作為替代燃料，甲醇汽油混合燃料和甲醇燃料電池將成為甲醇新的更重要的應(yīng)用領(lǐng)域。我國(guó)的甲醇工業(yè)伴隨著能源和煤化工工業(yè)的發(fā)展而崛起。煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)發(fā)揮我國(guó)豐富的煤炭資源優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)充國(guó)內(nèi)油、氣資源不足，推動(dòng)煤炭清潔利用，保障能源安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。煤基甲醇合成和應(yīng)用，有利于煤炭的清潔利用，有利于高碳性的煤炭能源低碳化利用，具有十分廣闊的工業(yè)前景。

內(nèi)容概要

甲醇是重要的化工基礎(chǔ)產(chǎn)品和有機(jī)化工原料。本書(shū)從工藝的角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了甲醇的合成原理、甲醇的生產(chǎn)工藝與設(shè)備、甲醇的應(yīng)用等。全書(shū)共分22章，在原理方面講述了甲醇的性質(zhì)、熱力學(xué)、催化劑、反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)；在工藝方面講述了甲醇原料氣的制造和凈化，甲醇合成的工藝流程和操作，設(shè)備、反應(yīng)器的模擬設(shè)計(jì)，合成系統(tǒng)的模擬，三相床合成工藝，甲醇精餾等，并從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)介紹了生產(chǎn)工藝過(guò)程的儀表和自動(dòng)化控制、分析控制和產(chǎn)品質(zhì)量控制；在應(yīng)用方面，介紹了甲醇燃料的應(yīng)用，并且介紹了由甲醇制備的一些衍生物如甲醛和聚甲醛、胺類(lèi)、硫類(lèi)與鹵化衍生物、酯類(lèi)、醚類(lèi)及酸類(lèi)衍生物的合成原理、生產(chǎn)工藝及其應(yīng)用。     本書(shū)是甲醇研究領(lǐng)域多位專(zhuān)家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，內(nèi)容豐富，資料翔實(shí)，可供甲醇及一碳化工領(lǐng)域的科研人員、生產(chǎn)人員以及高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的師生閱讀參考。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論第2章 甲醇粗原料氣的制造第3章 甲醇粗原料氣的凈化第4章 甲醇合成反應(yīng)熱力學(xué)第5章 甲醇合成催化劑第6章 甲醇合成反應(yīng)機(jī)理與動(dòng)力學(xué)第7章 甲醇合成的工藝流程與操作第8章 甲醇合成的主要設(shè)備第9章 甲醇合成反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模擬設(shè)計(jì)第10章 甲醇合成系統(tǒng)的模擬——過(guò)程系統(tǒng)工程的研究方法基礎(chǔ)第11章 三相床甲醇合成工藝第12章 甲醇精餾第13章 甲醇生產(chǎn)工藝過(guò)程的安全技術(shù)和環(huán)境保護(hù)第14章 甲醇生產(chǎn)工藝過(guò)程的儀表和自動(dòng)化控制第15章 甲醇生產(chǎn)工藝過(guò)程中的分析控制和產(chǎn)品質(zhì)量第16章 甲醇燃料第17章 甲醇制甲醛和聚甲醛第18章 甲醇制胺類(lèi)、硫類(lèi)與鹵化衍生物第19章 甲醇制酯類(lèi)衍生物第20章 甲醇制醚類(lèi)衍生物第21章 甲醇制酸類(lèi)衍生物第22章 甲醇制烴類(lèi)衍生物參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：甲醇是最簡(jiǎn)單的脂肪醇，是重要的化工基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、交通和國(guó)防等工業(yè)中。甲醇是除合成氨之外，唯一由煤經(jīng)氣化和天然氣經(jīng)重整大規(guī)模合成的化學(xué)品，是重要的一碳化工基礎(chǔ)產(chǎn)品和有機(jī)化工原料。甲醇作為固體煤或氣體天然氣轉(zhuǎn)化成的液體清潔燃料，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，是重要的能源載體。由于既可作為車(chē)用替代燃料的能源產(chǎn)品，又可作為高附加值化工產(chǎn)品的特點(diǎn)，甲醇成為近年來(lái)煤化工和天然氣化工發(fā)展的主要產(chǎn)品，也因此，使其合成和應(yīng)用技術(shù)得到前所未有的發(fā)展?？梢哉f(shuō)，甲醇化學(xué)和甲醇化工已成為化學(xué)工業(yè)與能源工業(yè)的一個(gè)重要領(lǐng)域。1.1世界甲醇工業(yè)發(fā)展概況甲醇最早由木材和木質(zhì)素干餾制得，俗稱(chēng)木醇。1661年，德國(guó)的Robert Boyle發(fā)現(xiàn)焦木酸中含有一種“中性物質(zhì)”，稱(chēng)其為木醇（WoodAicoh01）。木材在長(zhǎng)時(shí)間加熱炭化過(guò)程中，產(chǎn)生可凝和不可凝的揮發(fā)性物質(zhì)，被稱(chēng)為焦木酸的可凝性液體中含有甲醇、乙酸和焦油。除去焦油的焦木酸可通過(guò)精餾分離出天然甲醇和乙酸，是生產(chǎn)甲醇的最古老方法。美國(guó)于20世紀(jì)70年代初才完全摒棄這一過(guò)程。1934年，Damds和Peligt從焦木酸中分離出甲醇，并測(cè)定了甲醇的分子量。甲醇的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)以20世紀(jì)20年代高壓法合成甲醇為標(biāo)志。1913年，德國(guó)BASF公司在其高壓合成氨的試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了一氧化碳和氫合成含氧化合物的研究，于1923年在德國(guó)Leuna建成了世界上第一座年產(chǎn)3000噸合成甲醇的生產(chǎn)裝置，并成功投產(chǎn)。該裝置采用Zn-Cr氧化物為催化劑，一氧化碳和氫為原料，反應(yīng)在30～35MPa，300～400*（2條件下進(jìn)行。1965年采用該法生產(chǎn)的甲醇已達(dá)298.8萬(wàn)噸。

編輯推薦

《甲醇工藝學(xué)》是“十一五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)。     甲醇的重要作用不僅表現(xiàn)在其作為基礎(chǔ)化工產(chǎn)品和清潔能源載體方面，而且由于其生產(chǎn)過(guò)程充分體現(xiàn)了化學(xué)工藝學(xué)科的屬性、內(nèi)涵和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)甲醇生產(chǎn)工藝的認(rèn)識(shí)、總結(jié)、實(shí)踐和提高，還具有對(duì)學(xué)科發(fā)展的推動(dòng)作用。因此，無(wú)論是甲醇行業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、應(yīng)用單位，還是科研、教學(xué)、規(guī)劃部門(mén)都需要有一部系統(tǒng)的、全面的、新穎的，既有學(xué)術(shù)價(jià)值又有指導(dǎo)作用的有關(guān)甲醇的專(zhuān)門(mén)書(shū)籍。   化學(xué)工業(yè)出版社特約請(qǐng)?jiān)谶@一領(lǐng)域?qū)W有專(zhuān)長(zhǎng)并有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的中國(guó)工程院院士、太原理工大學(xué)教授謝克昌和國(guó)家教學(xué)名師、華東理工大學(xué)教授房鼎業(yè)任主編，組織這兩所學(xué)校和中國(guó)成達(dá)工程公司、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司、西南化工研究設(shè)計(jì)院等國(guó)內(nèi)外有影響的科研院所、工程設(shè)計(jì)單位的專(zhuān)家學(xué)者共同編寫(xiě)了這部《甲醇工藝學(xué)》。

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