煤氣化制甲醇技術

前言

甲醇是重要的化工合成原料，廣泛用于有機合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎有機原料。甲醇同時也是環(huán)保型發(fā)動機燃料，可以單獨或與汽油混合作為汽車燃料。大力發(fā)展煤制甲醇技術，可以改善中國富煤貧油的能源格局，緩和中國石油過分依賴進口的壓力，保障能源安全，促進國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。目前中國煤氣化制甲醇發(fā)展迅速，編寫《煤氣化制甲醇技術》教材，以滿足煤化工類高職專業(yè)教學需要。隨著中國煤炭工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和對循環(huán)經(jīng)濟及環(huán)境保護的日益重視，開展煤化工提高煤炭資源潔凈高效利用是煤炭工業(yè)延伸產(chǎn)業(yè)鏈的主要方向和途徑。煤氣化是重要的煤化工基礎技術，煤氣化制甲醇是拓展其下游化工產(chǎn)品的關鍵和基礎。甲醇作為煤炭加工的一個主要方面得到了迅速的發(fā)展。甲醇生產(chǎn)已從過去的小規(guī)模聯(lián)醇生產(chǎn)發(fā)展到大規(guī)模的單醇生產(chǎn)，從傳統(tǒng)的天然氣、重油制甲醇轉(zhuǎn)變到煤氣化制甲醇。本書根據(jù)煤制甲醇技術的發(fā)展現(xiàn)狀和推廣應用實際，依照高職高專的培養(yǎng)目標以及教學環(huán)節(jié)重實踐、重操作、重技能的特點編寫，內(nèi)容包括甲醇的性質(zhì)、甲醇合成氣的生產(chǎn)、甲醇合成原料氣的凈化、甲醇的合成、甲醇的化學利用、煤制甲醇工業(yè)污染防治等技術，并將國內(nèi)典型工藝流程作為工程示例介紹。每章附有思考題，以幫助提高學生分析問題、解決現(xiàn)場實際問題的能力。本書由彭建喜任主編，姚有利任副主編。山西大同大學郝臨山教授編寫第一章 ，承德石油高等?？茖W校李愛紅編寫第二章 、第五章 ，山西大同大學彭建喜編寫第三章 、第六章 、第七章 、第八章 、第十一章 和第十二章 ，呼和浩特職業(yè)學院韓漠編寫第九章 、第十三章 ，山西大同大學姚有利編寫第四章 、第十章 、第十四章 ，山西大同大學寧掌玄編寫第十五章 ，全書由山西大同大學馮鋒教授主審。在本書的編寫過程中得到郝臨山教授的熱忱幫助和同煤集團煤氣廠的大力支持，在此一并表示感謝。由于編者時間和水平有限，書中不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書根據(jù)煤氣化制甲醇技術的發(fā)展現(xiàn)狀和推廣應用實際，按照高職高專教育的職業(yè)針對性和技術實用性，教學環(huán)節(jié)重實踐、重操作、重技能的特點編寫。內(nèi)容包括甲醇的性質(zhì)、煤氣化制備甲醇合成氣、甲醇合成原料氣的凈化處理、甲醇的合成、甲醇的精制、甲醇成品的化學檢驗、甲醇的安全生產(chǎn)及污染防治、甲醇的化學利用等技術，并將國內(nèi)典型工藝流程作為工程示例介紹。每章附有思考題。     本書可作為煤化工、煤炭深加工及利用、應用化工技術等高職高專專業(yè)教材，也可作為職工培訓教材，還可供相關專業(yè)技術人員參考。

書籍目錄

第一章　緒論 　第一節(jié)　C1化學 　　一、C1化學概念及發(fā)展歷程 　　二、以煤為原料合成化工產(chǎn)品的技術路線 　第二節(jié)　甲醇作為化學合成原料 　　一、甲醇的發(fā)展歷史 　　二、甲醇作為化學合成原料的利用 　第三節(jié)　甲醇能源 　　一、甲醇燃料 　　二、甲醇燃料電池 　　三、二甲醚燃料 　　四、甲醇應用新技術的開發(fā) 　　思考題 第二章　甲醇的物理化學性質(zhì) 　第一節(jié)　甲醇的物理性質(zhì) 　第二節(jié)　甲醇的化學性質(zhì) 　　一、與活潑金屬的反應 　　二、氧化和脫氫制取甲醛 　　三、脫水反應 　　四、酯化反應 　　五、與氫鹵酸反應 　　六、制取甲基乙烯基醚 　　七、制取乙酸 　　八、制取甲基叔丁基醚 　　九、分解成一氧化碳和氫 　　思考題 第三章　煤氣化制取甲醇原料氣 　第一節(jié)　甲醇原料氣的要求 　　一、合理調(diào)配氫碳比例 　　二、合理控制二氧化碳與一氧化碳的比例 　　三、原料氣對氮氣含量的要求 　　四、原料氣對毒物與雜質(zhì)的要求 　第二節(jié)　煤炭氣化原理及分類 　　一、氣化過程的主要化學反應 　　二、煤炭氣化技術的分類 　第三節(jié)　氣化工藝的選擇 　第四節(jié)　常壓移動床間歇法制備甲醇原料氣 　　一、對原料煤的要求 　　二、常壓間歇法水煤氣生產(chǎn)原理 　　三、常壓間歇法水煤氣生產(chǎn)過程 　　四、間歇法U?G?I爐氣化工藝 　　五、間歇式兩段爐氣化工藝 　第五節(jié)　流化床煤氣化制備甲醇原料氣 　　一、常壓流化床氣化工藝 　　二、灰熔聚流化床煤氣化技術 　　三、ICC灰熔聚流化床煤氣化工藝 　第六節(jié)　濕法氣流床加壓氣化制備甲醇原料氣 　　思考題 第四章　非煤燃料制備甲醇合成氣 　第一節(jié)　烴類蒸氣重整法 　　一、烴類蒸氣重整反應 　　二、烴類蒸氣重整反應的化學平衡 　　三、甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化的分段操作 　　四、甲烷轉(zhuǎn)化過程的析碳和除碳 　　五、烴類蒸氣重整過程中的脫硫 　　六、石腦油的蒸氣重整 　　七、天然氣蒸氣重整的工藝流程 　第二節(jié)　重油部分氧化法 　　思考題 第五章　氣化煤氣的除灰和除焦油 　第一節(jié)　氣化煤氣除灰和除焦油的方法 　　一、氣流床煤氣的除灰 　　二、移動床、流化床煤氣的除灰、除焦油 　第二節(jié)　煤氣的靜電除灰和除焦油 　　一、電除塵器的工作原理 　　二、電除塵器 　　思考題 第六章　氣化煤氣的脫硫 　第一節(jié)　煤氣的脫硫方法分類 　第二節(jié)　煤氣的濕法脫硫 　　一、濕式氧化法 　　二、萘醌法脫硫 　　三、栲膠法 　第三節(jié)　干法脫硫 　　一、常溫氧化鐵法 　　二、中溫氧化鐵法 　　三、氧化鋅法 　　四、活性炭法 　　五、干法脫硫的主要設備 　　思考題 第七章　氣化煤氣的變換 　第一節(jié)　CO變換的基本原理 　　一、CO變換反應的影響因素 　　二、變換反應機理 　第二節(jié)　CO變換的催化劑 　　一、中溫變換催化劑 　　二、低溫變換催化劑 　　三、寬溫耐硫變換催化劑 　第三節(jié)　CO變換工藝流程 　　一、中變工藝條件 　　二、低變工藝條件 　　三、全低變工藝操作條件 　第四節(jié)　有機硫COS的變換 　　一、 COS水解變換的基本原理 　　二、 COS水解催化劑 　　三、工藝流程及控制條件 　　思考題 第八章　氣化煤氣的脫碳 　第一節(jié)　濕法脫碳 　　一、物理吸收法 　　二、化學吸收法（以改良熱鉀堿法為例） 　第二節(jié)　干法脫碳 　　一、吸附及吸附劑 　　二、變壓吸附原理 　　三、變壓吸附脫碳工藝流程 　第三節(jié)　空氣分離制備置換氣——氮氣 　　一、空氣分離的方法 　　二、　PSA空氣制氮工藝 　　思考題 第九章　氣化煤氣的精脫硫 　第一節(jié)　精脫硫原理 　　一、氧化鋅脫硫反應 　　二、氧化鋅脫硫反應的熱力學平衡 　第二節(jié)　精脫硫工藝 　　一、精脫硫工藝流程 　　二、工藝指標 　　三、精脫硫操作規(guī)程 　　思考題 第十章　脫鹽水的制備 　第一節(jié)　水的化學除鹽 　　一、化學除鹽原理 　　二、化學除鹽系統(tǒng) 　　三、化學除鹽的出水水質(zhì) 　第二節(jié)　電滲析法除鹽 　　一、電滲析除鹽原理 　　二、電滲析除鹽工藝流程 　第三節(jié)　反滲透法除鹽 　　一、滲透與反滲透 　　二、反滲透膜 　　三、反滲透裝置 　　四、反滲透除鹽工藝 　第四節(jié)　蒸餾法除鹽簡介 　　一、沸騰型蒸發(fā)器 　　二、閃蒸型蒸發(fā)器 　　思考題 第十一章　甲醇的合成 　第一節(jié)　甲醇合成的基本原理 　　一、甲醇合成反應步驟 　　二、合成甲醇的化學反應 　　三、合成甲醇反應的熱效應 　　四、甲醇合成反應的化學平衡 　　五、甲醇合成反應動力學 　第二節(jié)　甲醇合成的催化劑 　　一、甲醇合成催化劑的發(fā)展 　　二、甲醇合成催化劑的活性組分及促進劑 　　三、工業(yè)用甲醇合成催化劑 　第三節(jié)　甲醇合成的工藝條件 　　一、反應溫度 　　二、壓力 　　三、氣體組成 　　四、空速 　第四節(jié)　甲醇合成的工藝流程 　　一、甲醇合成的原則流程 　　二、I?C?I?低壓法 　　三、中壓法合成甲醇 　　四、高壓法合成甲醇 　第五節(jié)　甲醇合成主要設備 　　一、甲醇合成塔 　　二、水冷凝器 　　三、甲醇分離器 　　四、濾油器 　　五、循環(huán)壓縮機 　　思考題 第十二章　粗甲醇的精制 　第一節(jié)　粗甲醇精制的原理 　　一、粗甲醇的組成 　　二、粗甲醇精制的要求及方法 　第二節(jié)　粗甲醇精餾的工藝流程 　　一、帶有高錳酸鉀反應的精餾流程 　　二、單塔流程 　　三、雙塔流程 　　四、制取高純度甲醇流程 　　五、雙效法三塔粗甲醇精餾工藝流程 　第三節(jié)　甲醇精餾的主要設備 　　一、精餾塔 　　二、再沸器 　　三、冷凝器 　第四節(jié)　粗甲醇的精餾操作 　　一、操作守恒 　　二、溫度的控制 　　三、進料狀況 　　四、回流比 　　思考題 第十三章　甲醇生產(chǎn)的化學檢驗 　第一節(jié)　工業(yè)甲醇的質(zhì)量標準 　第二節(jié)　工業(yè)甲醇的化學檢驗 　　一、甲醇色度的測定 　　二、甲醇密度的測定 　　三、甲醇沸程的測定 　　四、甲醇穩(wěn)定性的測定（高錳酸鉀試驗） 　　五、甲醇水溶性試驗 　　六、甲醇水分的測定（卡爾•費休法） 　　七、甲醇酸度或堿度的測定 　　八、甲醇羰基化合物含量的測定 　　九、甲醇蒸發(fā)殘渣含量的測定 　　十、甲醇硫酸洗滌試驗 　　十一、甲醇中乙醇含量的測定 　　思考題 第十四章　甲醇的安全生產(chǎn)及環(huán)境保護 　第一節(jié)　甲醇的安全生產(chǎn) 　　一、甲醇生產(chǎn)中的主要有毒有害物質(zhì) 　　二、甲醇中毒急救措施 　　三、甲醇生產(chǎn)的防爆措施 　　四、甲醇生產(chǎn)的防火措施 　　五、甲醇生產(chǎn)的防腐蝕 　　六、甲醇產(chǎn)品的包裝運輸 　第二節(jié)　甲醇生產(chǎn)的環(huán)境保護 　　一、甲醇生產(chǎn)的三廢及排放標準 　　二、甲醇生產(chǎn)廢氣、蒸餾殘液的處理 　　三、甲醇生產(chǎn)廢渣的處理 　　思考題 第十五章　甲醇的化學利用 　第一節(jié)　甲醇脫水制備二甲醚 　　一、甲醇液相脫水法 　　二、甲醇氣相脫水法（也稱二步法） 　第二節(jié)　甲醇制備醋酸 　第三節(jié)　甲醇制備醋酐 　　一、醋酸裂解法 　　二、甲醇羰基合成法（Eastman?Halcon法） 　第四節(jié)　甲醇制備甲醛 　　一、甲醛生產(chǎn)原理 　　二、甲醛生產(chǎn)條件 　　三、甲醛生產(chǎn)工藝流程 　第五節(jié)　甲醇制備甲基叔丁基醚 　　一、甲基叔丁基醚的生產(chǎn)原理 　　二、甲基叔丁基醚的合成工藝 　第六節(jié)　甲醇制備胺類產(chǎn)品 　　思考題 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：（2）化學方法當采用蒸餾的方法仍不能將其雜質(zhì)降低至精甲醇的要求時，則需采用化學方法破壞掉這些雜質(zhì)。如粗甲醇中的還原性雜質(zhì)雖利用萃取蒸餾的方法分離，但殘留在甲醇中的部分還原性雜質(zhì)仍影響其高錳酸鉀值，若繼續(xù)采用蒸餾的方法，勢必造成精餾設備的復雜性并增加甲醇損失及能量消耗。為了保證精甲醇的穩(wěn)定性，一般要求其中還原性雜質(zhì)小于40mg／kg。所以當粗甲醇中還原性雜質(zhì)較多時，還需采用化學氧化方法處理，氧化方法一般是采用高錳酸鉀進行氧化，將還原性雜質(zhì)氧化成二氧化碳逸出，或生成酯并結(jié)合成鉀鹽與高錳酸鉀泥渣一同除去。為了避免甲醇的損失，氧化溫度不宜超過30℃，但溫度也不能太低，否則氧化還原反應速率太慢。由于甲醇可能被氧化，工業(yè)上為減少甲醇與高錳酸鉀的接觸機會，常常在粗甲醇進行初次蒸餾使還原性物質(zhì)量著減少以后，才進行高錳酸鉀氧化處理。為了減少精制過程中粗甲醇對設備的腐蝕，粗甲醇在進入精制設備前，要加入氫氧化鈉中和其中的有機酸。有時為有效清除粗甲醇中的某些雜質(zhì)，降低其電導率，也有采用加入其它化學物質(zhì)以及離子交換的方法進行化學處理。上述兩種精制粗甲醇的方法，以蒸餾方法為主，除去粗甲醇中絕大部分的有機物和水，而化學凈化方法的應用要取決于粗甲醇的質(zhì)量是否要求。在工業(yè)生產(chǎn)上，無論采用何種催化劑、原料氣和合成條件制得的粗甲醇，都含有一定量的有機雜質(zhì)和水，要通過蒸餾的方法使其與甲醇分離，因此，蒸餾方法是必不可少的；另外粗甲醇一般呈酸性，需要用堿中和。是否需用化學方法進行處理，取決于粗甲醇還原性雜質(zhì)的含量。一般用鋅鉻催化劑以水煤氣為原料合成的粗甲醇，還原性雜質(zhì)含量較高，可能需要用高錳酸鉀進行氧化，才能獲得穩(wěn)定性較好的精甲醇。而用銅系催化劑合成的粗甲醇，還原性雜質(zhì)含量較低，不進行化學方法凈化也能獲得高穩(wěn)定性的精甲醇，從而簡化了精制工藝過程。傳統(tǒng)的在30MPa壓力下使用鋅鉻催化劑制取的粗甲醇，常常按以下順序進行精制。①加堿中和（化學方法）。②脫除二甲醚（物理方法）。③預精餾（加水萃取蒸餾），脫除輕組分（物理方法）。④高錳酸鉀氧化（化學方法）。⑤主精餾，脫除重組分和水，得到精甲醇（物理方法）。以上精制過程是以蒸餾為主兼有化學凈化的物理、化學精制粗甲醇的方法。隨著催化劑及合成條件的改進，粗甲醇的質(zhì)量得到改善，現(xiàn)代工業(yè)上粗甲醇的精制過程已取消高錳酸鉀的化學凈化方法，而主要采用精餾過程。在精餾之前，用氫氧化鈉中和粗甲醇中的有機酸，使其呈弱堿性，pH為8～9，可以防止工藝管路和設備的腐蝕，并促進胺類與羰基化介物的分解，通過精餾可以脫除輕組分、重組分和水。粗甲醇中的某些組分如異丁醛，其沸點與甲醇的沸點相近，可加水進行萃取精餾。

編輯推薦

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