甲醇生产分析解析教学文案.ppt

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1、甲醇生产分析解析1、了解甲醇的理化性质及用途。2、了解甲醇的生产方法。3、熟悉甲醇生产设备知识。4、熟悉甲醇的工艺流程。5、掌握影响甲醇生产的工艺条件及影响因素。知识目标知识目标:1、能够熟练运用专业工具书、期刊、专业书籍和网络资源等。2、能对收集的甲醇生产的相关知识进行合理的分类和归纳。3、能较熟练地运用外语进行专业信息收信和处理。4、能对甲醇生产工艺条件进行分析。5、能对甲醇生产设备的选择。6、能读懂生产工艺流程图。7、具有编制操作规程的初步能力。能力目标：能力目标：任务一任务一 甲醇工业概貌检索甲醇工业概貌检索教学目标教学目标知知识识目目标标能能力力目目标标了解甲醇的理化性质 了解甲醇的

2、产量了解甲醇工业的基本情况 了解甲醇工业的发展趋势能够熟练运用学习资源进行检索能够对检索得到的信息和知识进行筛选工作任务工作任务:结合教材内容，查找相关文献资料，学习甲醇的性质、用途、产品价格、产量、工业发展的相关知识，并完成表格内容。一、甲醇基础知识一、甲醇基础知识 甲醇是重要的基本有机化工原料之一，可用甲醇是重要的基本有机化工原料之一，可用于许多有机物的优良溶剂，还可用于生产甲酸、于许多有机物的优良溶剂，还可用于生产甲酸、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚、对苯二甲醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚、对苯二甲酸二甲酯、丙烯酸甲酯等。另外还可参入汽油或酸二甲酯、丙烯酸甲酯等。另外还可参入汽油或代

3、替汽油作为新型燃料。代替汽油作为新型燃料。1、甲醇的用途、甲醇的用途2、甲醇物理性质、甲醇物理性质性质数据性质数据相对密度/(20/4)沸点/熔点/闪点/自燃点/蒸汽密度折射率(n)0.79264.5-97.812.224551.111.3290黏度(293K)/10-4Pa.s热导率/J/(m.k)腐蚀性空气中爆炸范围(体积分数)/%燃烧热/比热/cal/g汽化热/cal/g5.9450.209常温无腐蚀性,铅、铝例外6.036.5542005992633、甲醇化学性质、甲醇化学性质甲醇与有机酸（或无机酸）发生酯化反应，生成相应的酯和水甲醇可以发生脱氢和氧化反应得到甲醛甲醇也可以与氨作用，可

4、分别得到甲胺、二甲胺和三甲胺4、甲醇毒性、甲醇毒性甲甲醇醇主主要要作作用用于于神神经经系系统统，具具有有明明显显的的麻麻醉醉作作用用，可可引引起起脑脑水水肿肿。患患者者常常有有头头晕晕、头头痛痛、恶恶心心、呕呕吐吐以以及及及及视视线线模模糊糊。甲甲醇醇中中毒毒，通通用用可可以以通通过过饮饮用用烈烈性性酒酒的的方方式式来来缓缓解解甲甲醇醇代代谢谢，甲甲醇醇已已经经代代谢谢的的产产生生的的甲甲酸酸，则则可可能能通通过过服服用用小小苏打的方式来中和。苏打的方式来中和。4、甲醇的应急处理方法、甲醇的应急处理方法 甲甲醇醇泄泄漏漏时时，人人员员应应迅迅速速从从泄泄漏漏污污染染区区撤撤离离至至安安全全区区

5、，并并进进行行隔隔离离，并并切切断断火火源源。建建议议应应急急处处理理人人员员戴戴自自给给正正压压式式呼呼吸吸器器，穿穿防防静静电电工工作作服服。不不要要直直接接接接触触泄泄漏漏物物。尽尽可可能能切切断断泄泄漏漏源源。防防止止流流入入下下水水道道、排洪沟等限制性空间。排洪沟等限制性空间。少少量量泄泄漏漏时时用用砂砂土土或或其其它它不不燃燃材材料料吸吸附附或或吸吸收收；也也可可以以用用大大量量水水冲冲洗洗，洗洗水水稀稀释释后后放放入入废废水水系系统统。大大量量泄泄漏漏时时应应构构筑筑围围堤堤或或挖挖坑坑收收容容。用用泡泡沫沫覆覆盖盖，降降低蒸气灾害。低蒸气灾害。二、国内外甲醇工业现状二、国内外甲

6、醇工业现状 2005 2005年世界甲醇生产能力为年世界甲醇生产能力为4117.54117.5万吨，到万吨，到20062006年底世界甲醇的总生产能力已经接近年底世界甲醇的总生产能力已经接近48004800万吨，万吨，主要集中在天然气资源比较丰富的地区，如特立尼主要集中在天然气资源比较丰富的地区，如特立尼达、智利、新西兰、沙特和俄罗斯和中国。产能增达、智利、新西兰、沙特和俄罗斯和中国。产能增长速度较快的地区是中东和南美地区，上述地区已长速度较快的地区是中东和南美地区，上述地区已经成为世界甲醇的重要生产基地。由于美国国内天经成为世界甲醇的重要生产基地。由于美国国内天然气价格较高，加之对然气价格较

7、高，加之对MTBEMTBE产品使用的限制，美国产品使用的限制，美国甲醇生产大幅下降，目前仅剩甲醇生产大幅下降，目前仅剩6060万吨万吨/年。未来几年年。未来几年还将有大量产能陆续投产，还将有大量产能陆续投产，20102010年全球甲醇的产量年全球甲醇的产量达到达到5618.45618.4万吨。万吨。近近1010年来我国甲醇工业发展迅速，目前我国有年来我国甲醇工业发展迅速，目前我国有近近200200家甲醇生产企业，总产能为家甲醇生产企业，总产能为867867万吨万吨/年。其年。其中中1010万吨万吨/年以下的小型装置占绝大多数，以天然年以下的小型装置占绝大多数，以天然气为原料的甲醇装置约占国内总

8、产能的气为原料的甲醇装置约占国内总产能的22%22%，以煤，以煤为原料的占为原料的占78%78%，其中联醇装置占，其中联醇装置占50%50%以上。以上。20062006年年以来不断有新装置建成投产，以来不断有新装置建成投产，20072007年我国甲醇新、年我国甲醇新、扩建产能约扩建产能约600600万吨，全国产能接近万吨，全国产能接近18001800万吨，较万吨，较20062006年增长年增长40%40%多。多。序序号号厂家厂家产能（产能（wt/awt/a）原料原料技术路线技术路线1 1伊化集团伊化集团1818天然气天然气天然气低压法天然气低压法2 2榆林天然气化工榆林天然气化工1212（2

9、2套）套）天然气天然气天然气低压法天然气低压法3 3上海焦化总厂上海焦化总厂2020煤煤煤炼焦尾气低压合成法煤炼焦尾气低压合成法4 4四川维尼纶厂四川维尼纶厂2424乙炔尾气乙炔尾气乙炔尾气低压合成法乙炔尾气低压合成法5 5齐鲁石化公司齐鲁石化公司1010减压渣油减压渣油低压等温甲醇合成技术低压等温甲醇合成技术6 6大庆油田甲醇厂大庆油田甲醇厂1616天然气天然气蒸汽转化低压合成甲醇蒸汽转化低压合成甲醇7 7哈尔滨气化厂哈尔滨气化厂6 6煤煤焦油煤化法焦油煤化法8 8长庆油田甲醇厂长庆油田甲醇厂1010天然气天然气天然气低压法天然气低压法9 9青海格尔木炼厂青海格尔木炼厂1010天然气天然气天

10、然气低压法天然气低压法1010四川江油甲醇厂四川江油甲醇厂1010天然气天然气天然气低压法天然气低压法1111山东鲁南化肥厂山东鲁南化肥厂1010煤煤煤气化法煤气化法1212吐哈油田甲醇厂吐哈油田甲醇厂8 8天然气天然气天然气低压法天然气低压法1313上海吴泾化工厂上海吴泾化工厂2020煤煤煤气化法煤气化法1414河南濮阳甲醇厂河南濮阳甲醇厂8 8天然气，煤天然气，煤天然气和煤结合生产天然气和煤结合生产1515山西焦化山西焦化1212煤煤焦炉气和水煤气焦炉气和水煤气我国主要甲醇生产厂家我国主要甲醇生产厂家任务二任务二 甲醇生产工艺路线分甲醇生产工艺路线分析与选择析与选择 教学目标教学目标知知识

11、识目目标标能能力力目目标标了解甲醇的生产方法和特点 理解甲醇的生产原理能进行生产路线的选择能对甲醇生产过程进行动力学和热力学分析工作任务工作任务:结合教材内容，查找相关文献资料，学习甲醇的生产方法、生产原理及甲醇生产动力学、热力学分析的相关知识，并完成表格内容。生产生产方法方法干馏法干馏法氯甲烷水氯甲烷水解法解法甲烷部分氧化法甲烷部分氧化法合成气合成气法法原料原料木材木材氯甲烷氯甲烷甲烷甲烷合成气合成气技术技术先进先进性性落后，落后，早被淘早被淘汰汰落后，未落后，未实现工业实现工业应用应用工艺简单，但技术复杂，工艺简单，但技术复杂，氧化过程不易控制，甲氧化过程不易控制，甲醇收率不高（醇收率不高

12、（30%30%），副），副反应多，分离不易，未反应多，分离不易，未实现工业化实现工业化技术先技术先进，成进，成熟熟经济经济性性水解速度水解速度慢，价格慢，价格昂贵，成昂贵，成本高本高原料便宜原料便宜成本低成本低一、甲醇生产方法比较一、甲醇生产方法比较合成气生产甲醇的原料有石脑油、减压渣油、合成气生产甲醇的原料有石脑油、减压渣油、煤和天然气。煤和天然气。指标指标天然气天然气石脑油或渣油石脑油或渣油煤煤原料转化率原料转化率%61.361.359.659.63838精甲醇成本精甲醇成本（美元（美元/吨）吨）100100140140150150合成气制甲醇的工业生产方法比较合成气制甲醇的工业生产方法比

13、较生产方生产方法法高压法高压法低压法低压法中压法中压法渣油联渣油联醇法醇法液相浆态液相浆态床法床法液相络液相络合催化合催化剂法剂法技术先技术先进性进性技术成熟，技术成熟，已被中低已被中低压法替代压法替代技术成熟，技术成熟，纯度高纯度高技术成技术成熟，纯熟，纯度高度高技术成技术成熟，产熟，产品纯度品纯度高高在美国建在美国建成万吨级成万吨级工业试验工业试验装置装置仍处于仍处于实验室实验室阶段阶段安全性安全性操作条件操作条件苛刻，压苛刻，压力高，不力高，不易控制易控制开车简单，开车简单，操作稳定操作稳定操作稳操作稳定定能量消能量消耗耗能耗高能耗高充分利用反充分利用反应热应热热利用热利用率高率高经济性

14、经济性成本高成本高成本低成本低投资大投资大方方 法法催催 化化 剂剂条条 件件备备 注注压压 力力/MPa /MPa 温温 度度/高压法高压法ZnO-CrZnO-Cr2 2O O3 3二元催化剂二元催化剂2525303030030040040019241924年工年工业化业化低压法低压法CuO-ZnO-CrCuO-ZnO-Cr2 2O O3 3或或CuO-ZnO-CuO-ZnO-AlAl2 2O O3 3三元催化剂三元催化剂5 524024027027019661966年工年工业化业化中压法中压法CuO-ZnO-AlCuO-ZnO-Al2 2O O3 3三元催化剂三元催化剂1010151524

15、024027027019701970年工年工业化业化不同合成法的工艺条件不同合成法的工艺条件选择生产方法时的注意事项选择生产方法时的注意事项1 1、解决好流程中关键技术难点，确定生产方法具备、解决好流程中关键技术难点，确定生产方法具备工业化生产条件工业化生产条件2 2、满足产品性能规格要求的生产方法、满足产品性能规格要求的生产方法3 3、在技术可靠前提下，尽可能采用先进技术和先进、在技术可靠前提下，尽可能采用先进技术和先进装置装置4 4、从投资、产品成本、消耗定额和劳动生产率等方、从投资、产品成本、消耗定额和劳动生产率等方面进行经济比较面进行经济比较5 5、三废治理是否能解决、三废治理是否能解

16、决6 6、自动化控制是否实现、自动化控制是否实现二、甲醇的合成原理二、甲醇的合成原理 合成甲醇主反应为：CO+2H2 CH3OH =-90.8 kJ/mol 如有二氧化碳存在，还发生如下反应:CO2+3H2 CH3OH+H2O CO2+H2 CO+H2O，还伴随一些副反应的发生，如还伴随一些副反应的发生，如：n平行副反应平行副反应n连串副反应连串副反应，副反应不仅消耗原料，而且影响甲醇的质副反应不仅消耗原料，而且影响甲醇的质量和催化剂的寿命，特别是生成甲烷的反应是量和催化剂的寿命，特别是生成甲烷的反应是一个强放热反应，不利于反应温度的控制，而一个强放热反应，不利于反应温度的控制，而且生成的甲烷

17、不能随产品冷凝，更不利于主反且生成的甲烷不能随产品冷凝，更不利于主反应的化学平衡和反应速率。应的化学平衡和反应速率。合成甲醇的平衡常数合成甲醇的平衡常数不同温度、压力下合成甲醇反应的平衡常数不同温度、压力下合成甲醇反应的平衡常数温度温度 压压力力MPaKp20010.020.030.040.04.2110-26.5310-210.8010-214.6710-230010.020.030.040.03.5810-44.9710-47.1510-49.6010-440010.020.030.040.01.3810-51.7310-52.0110-52.7010-5 从表中可以看出温度降低、压力升高

18、时，从表中可以看出温度降低、压力升高时，KpKp值增加值增加，可提高甲醇的平衡产率。，可提高甲醇的平衡产率。合成甲醇的反应热力学合成甲醇的反应热力学反应热与压力的关系图反应热与压力的关系图从图中可以看出，温度越低，压力越高时，则反应热越从图中可以看出，温度越低，压力越高时，则反应热越大。当压力为大。当压力为20MPa20MPa时，反应温度在时，反应温度在300300以上，此时的以上，此时的反应热变化最小，易于控制。反应热变化最小，易于控制。所以合成甲醇温度低于所以合成甲醇温度低于300300时要严格控制压力和温度的变化，以免造成温度时要严格控制压力和温度的变化，以免造成温度的失控。的失控。任务

19、三任务三 甲醇生产工艺参数的确甲醇生产工艺参数的确定定教学目标教学目标知知识识目目标标能能力力目目标标了解甲醇生产中的各种影响因素理解各种因素影响对甲醇的生产的影响能够对工艺参数进行分析、确定 工作任务工作任务:结合教材内容，查找相关文献资料，学习影响甲醇生产的工艺因素种类的相关知识，并完成表格内容。工艺条件的分析确定工艺条件的分析确定平衡常数平衡常数 从热力学分析从热力学分析从催化剂分析从催化剂分析反应热效应反应热效应副反应副反应 使用条件使用条件催化剂种类催化剂种类原料气组成原料气组成反应温度反应温度空速空速压力压力一、反应温度及压力：一、反应温度及压力：可逆放热反应，温度升高，反应速率增

20、加，而可逆放热反应，温度升高，反应速率增加，而可逆放热反应，温度升高，反应速率增加，而可逆放热反应，温度升高，反应速率增加，而平衡常数下降平衡常数下降平衡常数下降平衡常数下降 反应温度反应温度因催化剂种类而异因催化剂种类而异 ZnO-CrZnO-Cr2 2O O3 3：380 380 400400 CuO-ZnO-Al CuO-ZnO-Al2 2O O3 3：230 230 270 270 反应反应反应反应压力压力压力压力与副反应比，主反应是摩尔数减少最多而平衡与副反应比，主反应是摩尔数减少最多而平衡常数最小的反应，因此增加压力合成甲醇有利常数最小的反应，因此增加压力合成甲醇有利反应反应反应反

21、应温度温度温度温度 反应压力反应压力因催化剂种类而异因催化剂种类而异 ZnO-CrZnO-Cr2 2O O3 3：30 MPa30 MPa CuO-ZnO-Al CuO-ZnO-Al2 2O O3 3：5 5 10MPa10MPa二、空速二、空速 空速空速:影响选择性和转化率影响选择性和转化率,直接关系到催化剂的生直接关系到催化剂的生产能力和单位时间的放热量。产能力和单位时间的放热量。铜基催化剂上空速与转化率、生产能力铜基催化剂上空速与转化率、生产能力 空间速度空间速度/h-1CO转化率转化率/%粗甲醇产量粗甲醇产量/m3/（m3催化剂催化剂h）2000050.1 25.8 3000041.5

22、 26.14000032.2 28.4增加空速在一定程度上能够增加甲醇产量增加空速在一定程度上能够增加甲醇产量增加空速有利于反应热的移出，防止催化剂过热增加空速有利于反应热的移出，防止催化剂过热空速太高：转化率降低，循环气量增加，从而增加能量消耗；空速太高：转化率降低，循环气量增加，从而增加能量消耗；增加分离设备和换热负荷，引起甲醇分离效果降低；增加分离设备和换热负荷，引起甲醇分离效果降低；带出热量太多，造成合成塔内的催化剂温度难以控制带出热量太多，造成合成塔内的催化剂温度难以控制反应条件反应条件适宜的空速与催化剂的活性、反应温度及适宜的空速与催化剂的活性、反应温度及进塔气体的组成有关进塔气体

23、的组成有关 ZnO-Cr2O3:20000-40000h-1 CuO-ZnO-Al2O3：10000h-1三、原料气组成三、原料气组成甲醇合成原料气化学计量比为甲醇合成原料气化学计量比为 H2CO=21反应条件反应条件COCOCOCO含量高不好含量高不好含量高不好含量高不好：不利温度控制；：不利温度控制；引起羰基铁在催化剂上的积聚，使催化引起羰基铁在催化剂上的积聚，使催化 剂失活，一般采用氢过量剂失活，一般采用氢过量实际生产实际生产？H H H H2 2 2 2过量过量过量过量:抑制高级醇、高级烃和还原性物质的生成，抑制高级醇、高级烃和还原性物质的生成，提高甲醇的浓度和纯度提高甲醇的浓度和纯度

24、;氢导热性好，利于防止局部过热和催化剂床氢导热性好，利于防止局部过热和催化剂床层温度控制层温度控制Zn-CrZn-Cr2 2O O3 3:H H2 2与与COCO比为比为4.54.5左右左右；用用铜基铜基催化剂催化剂:H H2 2与与COCO比为比为2.2-3.02.2-3.0 由图可知由图可知:增加氢与一氧增加氢与一氧化碳的比例可提高一氧化碳的化碳的比例可提高一氧化碳的转化率，但当转化率，但当H H2 2/CO/CO大于大于3 3时转时转化率提高不显著。采用铜基催化率提高不显著。采用铜基催化剂时，通常采用的化剂时，通常采用的H2/COH2/CO为为2.2-3.02.2-3.0，采用锌铬催化剂

25、时，采用锌铬催化剂时，通常采用的通常采用的H2/COH2/CO为为4.54.5左右。左右。原料气中原料气中H2/COH2/CO与与CO CO 转化率的关系转化率的关系 惰性气体主要指惰性气体主要指N N2 2和和CHCH4 4，它们不参与反应，它们不参与反应，但会在系统中逐渐积累而增多，使反应的转化率但会在系统中逐渐积累而增多，使反应的转化率降低。降低。一般惰性气体含量控制在一般惰性气体含量控制在15-20%15-20%。在催化剂使用初期或合成塔负荷较轻，操作在催化剂使用初期或合成塔负荷较轻，操作压力较低时，可将循环气中的惰性气体控制在压力较低时，可将循环气中的惰性气体控制在20%-25%20

26、%-25%左右左右 任务四任务四 催化剂的选择与使用催化剂的选择与使用 教学目标教学目标知知识识目目标标能能力力目目标标了解甲醇生产所用催化剂的发展情况理解催化剂在甲醇反应中的作用能够对催化剂进行正确选择和使用 工作任务工作任务:结合教材内容，查找相关文献资料，学习甲醇生产所用催化剂种类、组成、使用等的相关知识，并完成表格内容。1 1、催化剂只能改变化学反应的速率，缩短到达平衡、催化剂只能改变化学反应的速率，缩短到达平衡的时间，却不能改变化学平衡的状态，即不能改变的时间，却不能改变化学平衡的状态，即不能改变平衡常数。平衡常数。2 2、催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，、催化剂只能加速热

27、力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上不能进行的反应。而不能加速热力学上不能进行的反应。3 3、催化剂具有较强的选择性。、催化剂具有较强的选择性。4 4、催化剂具有一定的使用寿命。、催化剂具有一定的使用寿命。一、催化剂的基本特征一、催化剂的基本特征二、催化剂的组成与性能二、催化剂的组成与性能生物催化剂生物催化剂 生物催化剂生物催化剂:即酶催化剂，是活性细胞和游离酶或即酶催化剂，是活性细胞和游离酶或固定化酶的总称。具有能在常温常压下反应、反应速固定化酶的总称。具有能在常温常压下反应、反应速度快、催化作用专一、选择性高等优点，但是不耐热，度快、催化作用专一、选择性高等优点，但是不耐热，易受某

28、些化学物质及杂菌的破坏而失活，稳定性差，易受某些化学物质及杂菌的破坏而失活，稳定性差，寿命短，对温度及寿命短，对温度及PHPH值范围要求较高。值范围要求较高。钯催化剂钯催化剂雷尼镍催化剂雷尼镍催化剂煤制天然气甲烷化催煤制天然气甲烷化催化剂化剂高浓度高浓度COCO气体抗毒脱氧剂气体抗毒脱氧剂 非生物催化剂非生物催化剂（1 1）液体催化剂的组成）液体催化剂的组成 液体催化剂分为酸碱型催化剂和金属配合物液体催化剂分为酸碱型催化剂和金属配合物催化剂。酸催化剂包括催化剂。酸催化剂包括HClHCl、H H2 2SOSO4 4、有机酸等；、有机酸等；碱催化剂主要包括有机胺等。金属配合物催化剂碱催化剂主要包括

29、有机胺等。金属配合物催化剂包括过渡金属配合物、电子受体配合物、过渡金包括过渡金属配合物、电子受体配合物、过渡金属及典型金属的配合物等。属及典型金属的配合物等。三、催化剂的组成与性能三、催化剂的组成与性能1 1、催化剂的组成、催化剂的组成（2 2）固体催化剂的组成）固体催化剂的组成 活性组分活性组分 催化剂的主要成分，起催化作用的根催化剂的主要成分，起催化作用的根本性物质。本性物质。助催化剂助催化剂 能够提高活性组分的活性和选择性，能够提高活性组分的活性和选择性，改善催化剂的耐热、抗毒、机械强度和寿命等性能。改善催化剂的耐热、抗毒、机械强度和寿命等性能。a.a.结构助催化剂结构助催化剂 能增加催

30、化剂的稳定性。能增加催化剂的稳定性。b.b.电子助催化剂电子助催化剂 能提高催化性能。能提高催化性能。c.c.晶格缺陷助催化剂晶格缺陷助催化剂 能提高催化剂的催化活性。能提高催化剂的催化活性。d.d.选择件助催化剂选择件助催化剂 能提高目标反应的选择性。能提高目标反应的选择性。载体载体 催化剂的骨架催化剂的骨架 。2 2、工业催化剂的性能指标、工业催化剂的性能指标（1 1）催化剂的活性）催化剂的活性 指催化剂改变化学反应速率的能力。是开发新型指催化剂改变化学反应速率的能力。是开发新型催化剂和改进催化剂性能的主要目标之一。催化剂和改进催化剂性能的主要目标之一。（2 2）催化剂的选择性）催化剂的选

31、择性 指在催化反应过程中反应所消耗的原料转化为指在催化反应过程中反应所消耗的原料转化为目的产物的能力。选择性是催化剂的重要特性之一目的产物的能力。选择性是催化剂的重要特性之一,催化剂选择性越高说明得到目的产物的比率就越高。催化剂选择性越高说明得到目的产物的比率就越高。（3 3）比表面）比表面 通常把通常把1g1g催化剂所具有的表面积称为该催化剂的比表面积，催化剂所具有的表面积称为该催化剂的比表面积，单位单位m m2 2/g/g。（4 4）催化剂的稳定性）催化剂的稳定性(寿命寿命)指催化剂在反应条件下维持一定活性和选择件水平的时间指催化剂在反应条件下维持一定活性和选择件水平的时间(单程寿命单程寿

32、命)，或者加上每次下降后经再生而又恢复到许可水平，或者加上每次下降后经再生而又恢复到许可水平的累计时间的累计时间(总寿命总寿命)，是衡量催化剂的活性和选择性随时间变，是衡量催化剂的活性和选择性随时间变化情况的指标。化情况的指标。a a热稳定性热稳定性 催化剂在反应条件下对热破坏的耐受力。催化剂在反应条件下对热破坏的耐受力。b b化学稳定性化学稳定性 催化剂的化学组成和化合状态在使用条件催化剂的化学组成和化合状态在使用条件下发生变化的难易程度下发生变化的难易程度 c c机械稳定性机械稳定性 固体催化剂颗粒有抵抗摩擦、冲击、重力固体催化剂颗粒有抵抗摩擦、冲击、重力的作用以及耐受温度、相变应力的能力

33、。的作用以及耐受温度、相变应力的能力。d d耐毒性耐毒性 即催化剂对有毒物质的抵抗力。即催化剂对有毒物质的抵抗力。副副反反应应最大最大1.主反应分子数减少最多，主反应分子数减少最多，加压有利于甲醇生成加压有利于甲醇生成四、热力学分析四、热力学分析2.G G0 0副副副副 G G0 0主主主主，副反应在热力学，副反应在热力学上有利，抑制副反应上有利，抑制副反应催化剂催化剂催化剂催化剂 从热力学分析可知，合成甲醇的反从热力学分析可知，合成甲醇的反应温度低，所需操作压力也可以低，应温度低，所需操作压力也可以低，但温度低，反应速度太慢。关键在于但温度低，反应速度太慢。关键在于催化剂催化剂方方 法法催化

34、剂催化剂条条 件件备备 注注特点特点压力，压力，MPaMPa温度，温度，高压高压法法ZnOZnOCrCr2 2O O3 3二元催化剂二元催化剂2525303038038040040019241924年工年工业化业化（1 1）催化剂）催化剂不易中毒，再不易中毒，再生困难生困难（2 2）副反应）副反应多多低压低压法法CuOCuOZnOZnOAlAl2 2O O3 3三元催化剂三元催化剂51051023023027027019661966年工年工业化业化（1 1）对硫敏）对硫敏感，易中毒，感，易中毒，再生容易再生容易,寿寿命为命为1-21-2年年（2 2）副反应）副反应少少五、催化剂分析及反应条件五

35、、催化剂分析及反应条件六、催化剂活化六、催化剂活化低压合成甲醇的催化剂，其化学组成是低压合成甲醇的催化剂，其化学组成是CuO-ZnO-Al2O3，只有还原成金属铜才有活性。，只有还原成金属铜才有活性。CuO-ZnO-Al2O30.4MPa，99N2缓慢地缓慢地升温升温,20/hCuO-ZnO-Al2O3160170还原还原性气体性气体Cu-ZnO-Al2O3还原过程为活化：还原过程为活化：氮气流升温、还原氮气流升温、还原注意：注意：为延长催化剂寿命，开始易用较低温度，过为延长催化剂寿命，开始易用较低温度，过一定时间再升至适宜温度，其后随着催化剂老化一定时间再升至适宜温度，其后随着催化剂老化程度

36、升高，反应温度也可相应提高。程度升高，反应温度也可相应提高。任务五任务五 典型设备的选择典型设备的选择 教学目标教学目标知知识识目目标标能能力力目目标标了解甲醇生产所用的设备；熟悉甲醇合成反应器的结构能够根据反应特点进行典型设备的正确选择 工作任务工作任务:结合教材内容，查找相关文献资料，学习甲醇生产设备的种类、设备结构等知识，并完成表格内容。一、反应器的结构和材质一、反应器的结构和材质反应特点反应特点工艺对反应器的要求工艺对反应器的要求气固相反应气固相反应 气固相反应器气固相反应器强放热反应强放热反应1 1、温度要求：高温、温度要求：高温2 2、换热要求：、换热要求：反应热应及时移出，否则副

37、反应反应热应及时移出，否则副反应增加，催化剂易烧结，活性降低增加，催化剂易烧结，活性降低体积缩小的体积缩小的反应反应压力要求：能承受高压压力要求：能承受高压含有腐蚀性含有腐蚀性物质物质材质能防止氢气、一氧化碳、甲醇、有机酸及材质能防止氢气、一氧化碳、甲醇、有机酸及羰基物的高温腐蚀羰基物的高温腐蚀固体催化剂固体催化剂 装填量尽量多装填量尽量多空速空速局部阻力小，流体阻力小，进出口压降小局部阻力小，流体阻力小，进出口压降小 根据根据移走热量移走热量的操作方式：的操作方式：等温式、绝热式等温式、绝热式 根据根据冷却冷却方式：方式：直接冷却直接冷却冷激式冷激式 间接冷却间接冷却列管式列管式 二、反应器

38、结构类型二、反应器结构类型a.冷激式绝热反应器：避免过热，合理分布冷冷激式绝热反应器：避免过热，合理分布冷 激气和反应气激气和反应气b.列管式等温反应器：催化剂装管程，冷却水走列管式等温反应器：催化剂装管程，冷却水走 壳程，单纯转化率高。壳程，单纯转化率高。冷激式反应器温度分布冷激式反应器温度分布 可调节蒸汽压可调节蒸汽压力控制壳程温度，力控制壳程温度，径向温度均匀，径向温度均匀，循环气量小，节循环气量小，节能能 因氢蚀及因氢蚀及Fe(CO)Fe(CO)5 5，选用，选用Ni-CrNi-Cr钢，钢，1Cr18Ni18Ti1Cr18Ni18Ti三、反应器材质三、反应器材质合成气合成气COH2Fe

39、3C+2H2 CH4+3FeFe3C+CO Fe(CO)5150氢蚀氢蚀CO腐蚀腐蚀四、甲醇分离器四、甲醇分离器分离类型分离类型分离要求分离要求分离设备分离设备气液分离气液分离将经过冷凝的液态将经过冷凝的液态甲醇与未反应的原甲醇与未反应的原料气分离料气分离旋液分离器旋液分离器甲醇分离器甲醇分离器1-1-内筒内筒;2-;2-外筒外筒;3-;3-顶盖顶盖;4-;4-钢丝网钢丝网任务六任务六 甲醇生产工艺流程组织甲醇生产工艺流程组织 教学目标教学目标知知识识目目标标能能力力目目标标了解甲醇的常见生产方法熟悉甲醇的典型生产工艺过程能够对甲醇生产工艺流程进行解析工作任务工作任务:结合教材内容，查找相关文

40、献资料，学习甲醇生产工艺流程及过程控制的知识，并完成表格内容。2、环保技术方案、环保技术方案三废来源三废来源三废组成三废组成预防方案预防方案治理方案治理方案气液分离器放空气液分离器放空气（合成塔、精气（合成塔、精馏塔）馏塔）不凝气体不凝气体部分送转化炉部分送转化炉再利用或作为再利用或作为转化炉燃料转化炉燃料部分直接部分直接排放排放轻组分精馏塔塔轻组分精馏塔塔底废水底废水甲醇、乙醇、甲醇、乙醇、甲酸等酸性甲酸等酸性有机物有机物进一步精馏分进一步精馏分离回收甲醇、离回收甲醇、乙醇等乙醇等重组分精馏塔塔重组分精馏塔塔底废水底废水水、有机酸水、有机酸集中送三集中送三废处理废处理废渣废渣更换的旧触更换的

41、旧触媒媒送催化剂送催化剂厂回收厂回收压缩机油水分离压缩机油水分离器分出的废水器分出的废水集中后处集中后处理理3、节能技术方案、节能技术方案可能回收利用的热量可能回收利用的热量回收利用方案回收利用方案高温产物所携带的反高温产物所携带的反应热应热与冷原料换热与冷原料换热反应热反应热汽包中蒸汽吸收反应热产汽包中蒸汽吸收反应热产生高压水蒸汽，可推动压生高压水蒸汽，可推动压缩机工作或用于其他缩机工作或用于其他重组分精馏塔底的高重组分精馏塔底的高温废水温废水预热合成塔气液分离器来预热合成塔气液分离器来的低温物料的低温物料分离类型分离类型物料特性物料特性分离方案分离方案气液分离气液分离甲醇、氢气、一氧化甲醇

42、、氢气、一氧化碳等碳等旋液分离器旋液分离器液液分离液液分离甲醇、乙醇、水、甲醇、乙醇、水、二甲醚、酸、酯等二甲醚、酸、酯等先精馏分离轻组分先精馏分离轻组分杂质，同时回收少杂质，同时回收少部分甲醇，再精馏部分甲醇，再精馏分离重组分杂质，分离重组分杂质，得精甲醇得精甲醇4、产物分离方案、产物分离方案 1 1、工艺流程内容、工艺流程内容 (1)(1)确定整个流程的组成确定整个流程的组成 由哪些生产过程或工序来构成全过程由哪些生产过程或工序来构成全过程 每个单元过程的具体任务每个单元过程的具体任务 每个生产过程或工序之间如何连接每个生产过程或工序之间如何连接 (2)(2)确定每个过程或工序的组成：由哪

43、些设备组成，设备的确定每个过程或工序的组成：由哪些设备组成，设备的作用，如何连接作用，如何连接 (3)(3)确定操作条件：确定整个生产工序或每台设备的各个不确定操作条件：确定整个生产工序或每台设备的各个不同部位要达到和保持的操作条件。同部位要达到和保持的操作条件。(4)(4)合理利用原料及能量。合理利用原料及能量。(5)(5)确定三废的治理方法。确定三废的治理方法。(6)(6)确保安全生产措施。确保安全生产措施。二、生产工艺流程组织的内容二、生产工艺流程组织的内容2 2、化工生产过程的三个系统、化工生产过程的三个系统3 3、工艺流程中常用设备、工艺流程中常用设备 输送，洁净，混合和计量，预处理

44、到反应条件，输送，洁净，混合和计量，预处理到反应条件，反应设备，精制，贮存。反应设备，精制，贮存。4 4、化工工艺流程的组织、化工工艺流程的组织 原料，输送设备，清净设备，混合设备，反应混原料，输送设备，清净设备，混合设备，反应混合物，处理到反应条件的设备，反应设备，产物分合物，处理到反应条件的设备，反应设备，产物分离设备。离设备。甲醇合成的原则流程甲醇合成的原则流程 甲醇合成的工序的原则流程图甲醇合成的工序的原则流程图 低压法合成甲醇的流程由低压法合成甲醇的流程由造气造气压缩压缩合成合成分离精制四大部分组成分离精制四大部分组成三、甲醇生产工艺流程组织三、甲醇生产工艺流程组织低压法合成甲醇生产

45、工艺流程低压法合成甲醇生产工艺流程1-1-压缩机入口缓冲罐；压缩机入口缓冲罐；2 2，11-11-压缩机；压缩机；3-3-天然气出口缓冲罐；天然气出口缓冲罐；,6,12,15,19-,6,12,15,19-加热器；加热器；5-5-脱硫槽；脱硫槽；7-7-转化器；转化器；8-8-废热锅炉；废热锅炉；9,16,21,25,29-9,16,21,25,29-冷却器；冷却器；10,17-10,17-分离器；分离器；13-13-合成气混合罐；合成气混合罐；14-14-合成塔；合成塔；18-18-闪蒸罐；闪蒸罐；20-20-预精馏塔；预精馏塔；22,26,30-22,26,30-回流罐；回流罐；23,27

46、,31-23,27,31-冷凝器；冷凝器；24-24-精甲醇加压塔；精甲醇加压塔；28-28-精甲醇常压塔精甲醇常压塔任务七任务七 甲醇生产操作与控制甲醇生产操作与控制 教学目标教学目标知知识识目目标标能能力力目目标标理解甲醇的生产操作工序熟悉甲醇的生产的工艺控制参数和操作规程能够进行甲醇的生产操作和控制工作任务工作任务:结合教材内容，查找相关文献资料，学习甲醇生产开车、停车、生产运行控制及生产应急处置的知识，并完成表格内容。甲醇合成塔甲醇合成塔的操作是甲醇生产的核心，不仅关的操作是甲醇生产的核心，不仅关系到产品的产量、质量、消耗，还关系到催化剂和系到产品的产量、质量、消耗，还关系到催化剂和设

47、备的使用寿命，甚至整个车间和工厂的经济效益。设备的使用寿命，甚至整个车间和工厂的经济效益。因此，一切操作条件都要维护甲醇合成塔的生产条因此，一切操作条件都要维护甲醇合成塔的生产条件。影响合成塔的各种因素有件。影响合成塔的各种因素有温度、压力、进料组温度、压力、进料组成、空间速度成、空间速度等。那么这些因素如何才能达到最佳等。那么这些因素如何才能达到最佳状态？正常生产时应该如何控制和维护这些条件呢状态？正常生产时应该如何控制和维护这些条件呢？出口气体温度出口气体温度调节方法调节方法温度波动小温度波动小调节外送蒸汽量增加或减少，使汽包压力调节外送蒸汽量增加或减少，使汽包压力下降或上升。下降或上升。

48、温度波动较大温度波动较大调节循环气量增加或减少，使气体带走的调节循环气量增加或减少，使气体带走的热量增加或减少热量增加或减少温度波动很大温度波动很大调节入塔气中调节入塔气中COCO或或CO2CO2含量增加或减少，含量增加或减少，使反应加剧或减缓使反应加剧或减缓一、温度控制一、温度控制 等温合成反应器内催化剂一般不设温度测量设等温合成反应器内催化剂一般不设温度测量设备，催化剂层温度由合成塔出口气体温度进行判备，催化剂层温度由合成塔出口气体温度进行判断。而影响合成塔出口气体温度的因素主要有汽断。而影响合成塔出口气体温度的因素主要有汽包压力、入塔气量、入塔气体成分、系统负荷等。包压力、入塔气量、入塔

49、气体成分、系统负荷等。二、压力控制二、压力控制 合成系统的压力取决于合成反应的好坏及新鲜合成系统的压力取决于合成反应的好坏及新鲜气量的大小。气量的大小。现象现象调节方法调节方法压力超标压力超标立即减少新鲜进气量立即减少新鲜进气量加大驰放气量或打开驰放气放加大驰放气量或打开驰放气放空阀泄压空阀泄压压力微小波动压力微小波动调节循环气中惰性气体含量调节循环气中惰性气体含量调节注意事项调节注意事项系统研究超压，调压时要缓慢，系统研究超压，调压时要缓慢，以免压力突变损坏设备和管道，以免压力突变损坏设备和管道，调速小于调速小于0.1MPA/min0.1MPA/min三、入塔气体成分控制三、入塔气体成分控制

50、影响因素影响因素调节方法调节方法氢碳比氢碳比调节新鲜气的氢碳比调节新鲜气的氢碳比2.052.052.152.15同时调节汽包压力和循环气量，确保同时调节汽包压力和循环气量，确保温度稳定温度稳定惰性气体含量惰性气体含量驰放气量驰放气量硫化物含量硫化物含量减少或切断新鲜气，并通知脱硫工序，减少或切断新鲜气，并通知脱硫工序，以免催化剂中毒以免催化剂中毒四、甲醇分离器的控制四、甲醇分离器的控制 反应混合气体在醇分离器中的分离效果取决于反应混合气体在醇分离器中的分离效果取决于气体经水冷器后的气体温度和气体流量。温度越低，气体经水冷器后的气体温度和气体流量。温度越低，甲醇冷凝越完全，分离后的气体中甲醇含量