煤化工工艺技术评述与展望Ⅲ.合成甲醇装置大型化与国产化

煤化工工艺技术评述与展望Ⅲ.合成甲醇装置大型化与国产化

第"’卷"!!(年第$期-月

燃料化学学报

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文章编号：!"#$%"&!’（"!!(）!$%!(’$%!)

煤化工工艺技术评述与展望

!*合成甲醇装置大型化与国产化

唐宏青(，相宏伟"

（(+中国石化集团兰州设计院，甘肃兰州

,$!!-!；"+中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室，山西太原

!$!!!(）

摘要：评述了国内外合成甲醇的工艺过程和合成反应器的发展状态与趋势，从工艺方法、催化剂、合成反应器和

工艺组合流程优化等方面讨论了我国甲醇合成装置大型化国产化的途径，认为以水煤浆加压气化造气为气头，开发煤制甲醇大型国产化装置是我国甲醇工业的发展方向，提出并建议了两种易于国产化的大型甲醇合成塔型式和一个优化的甲醇组合工艺流程。

关键词：煤化工；合成气；甲醇；大型化；工艺过程中图分类号：./#$$

文献标识码：0

甲醇既是重要的大吨位基础有机化工产品和原料，又是极有前途的代用燃料之一。在世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯和苯而居第四位。此外甲醇在其它领域也有广阔的应用前景：（(）作为清洁燃料替代汽油或与汽油掺混使用；（"）甲醇燃料电池将商业化；（$）甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料；（&）甲醇制微生物蛋白（123）饲料国外已工业化；（#）甲醇制低碳烯烃（4.5）和甲醇制汽油（4.6）技术已有较大突破。"!!!年全世界甲醇生产能力和需求量分别为

［(:$］

，今后生产能力年增长$)!$万789和$!"!万789

［(，&，#］

率将与需求增长大致同步，即在"+#;左右。

产量约"!!!年我国甲醇生产能力约为"&!万789，［(］

需求量约为""!万789。由于我国经济(#!万789，

的快速发展，今后国内甲醇需求将会稳步增长，在关［-:’］停一批缺乏市场竞争力的中小装置的基础上，

醇生产装置，总生产能力达$"!万789，4<7=9><?公司关闭新西兰"套甲醇生产装置，总生产能力’,万789，与此呼应的是全世界(’’’%"!!-年在建或已宣布计划

［(］

新建的甲醇生产能力为(#)!万789，其中拉美和中东地区以其廉价的天然气资源为基础，新建甲醇项目

的生产能力最多，4<7=9><?公司在智利建立’,+#万78

在卡塔尔建立三套(!!万789装置，9的装置，4<7@A公司和1BC<A4<7=9>@D公司在委内瑞拉公司建立两套)#

万789装置，.E79>4<7=9>@D公司在特立尼达建立(,!万789装置。

近年来，我国甲醇工业尽管取得了较大的发展，但与国外甲醇工业相比，还存在很大的差距。截止

［’］

，我国甲醇生产企业有()!多家，其(’’’年底统计

中生产能力大于’万789的厂家仅有(!家，"万789:

其余均为"万789以下。生产-万789的厂家有$’个，

能力较大的甲醇装置能耗多在&!6F:#!6F之间，工艺技术水平多属于国外,!至)!年代的水平。其它中小型规模的装置，多数仍采用国外已淘汰的煤头高压法，产量低、能耗高、工艺落后，无力与国外先进工艺竞争，且吨醇能耗大都在)!6F左右。由此，在甲醇生产领域，国内外存在明显差距。除了工艺落后外，规模太小是阻碍甲醇生产节能的主要原因。

目前生产甲醇的原料有煤、天然气、焦炭、石油液体烃（石脑油、减压渣油）及含有G"825或25%25"的工业尾气等。以煤为原料合成甲醇是煤化工技术在能源转化背景下研究开发的，随着天然气在世界一次能源消费结构中比例增加及天然气转化合成气技术

将增加一批(!万789以上甚至$!万789以上的装

置，预计"!!#年需求量将达到$&!万789，生产能力

［(!］达到$"!万789，产量约"-!万789。

(国内外甲醇生产装置

近十年来，世界上天然气资源丰富的国家尽管本国需求有限，但还在建设世界级大型甲醇生产装置，向美国、西欧、日本等发达国家出口大量甲醇，而工业发达国家则纷纷关闭一些效率不高的甲醇生产

［(］装置，例如日本，曾经是一个主要的甲醇生产国，

但目前已无生产装置，美国(’’’年关闭-套大型甲

收稿日期："!!!%("%((；修回日期："!!(%!$%("

万方数据作者简介：唐宏青（(’&(%），男，上海人，教授级高工，主要从事石油化工和煤化工大型工业过程的开发与设计。

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%(G

燃料化学学报3(卷

的日益成熟，天然气逐渐成为合成甲醇!"年代以后，的主要原料，#"年代以后的大型甲醇装置几乎均以天然气为原料。中国的情况不同，生产原料以煤为主，占##$，天然气占%"&’$，重油占(&’$。)"年代以来，随着生产规模的日益扩大及*+,-./水煤浆气化、

煤01+22粉煤气化等先进的煤气化技术的工业化应用，制甲醇由于成本有所降低而逐渐引起重视。%((!年

底我国成达化学工程公司、上海化工设计院联合设计的以水煤浆气化为气头的3"万45-合成甲醇装置在和能耗高而逐渐被淘汰。%(#3年德国RB9S:公司进一

步开发出适用于以天然气M渣油为原料的低压法工艺。低压法在能耗、装置建设、单系列反应器生产能力方面具有优越性，所以从#"年代中期开始，新建装置大多采用低压法工艺。由于低压法压力（!&"OP-）太低，导致所需反应容器庞大，规模大生产设备制造困难，近年来在低压法基础上又进一步发展出中压合成法（)&"OP-6%!&"OP-），以适用于大型化生产，更有效地降低建厂费用和生产成本。CNC中压法使反应上海太平洋化工集团公司投产，标志着我国甲醇生产

技术向大型国产化方向迈进了新的一步［%%，%3］。

表%为不同规模的煤制甲醇装置的投资与产品

成本的关系［%’］

。由表%可见，甲醇生产装置大型化明显降低单位产品投资和产品成本，但装置生产能力大于3""万45-以上时，单位产品投资和产品成本降低减缓，因此应依据投资能力和产品的地理位置，选择合适的生产规模。我国计划3""!年以前在西部建起3套6’套%"万45-天然气制乙炔，联产’"万45-6

7"万45-乙炔尾气制甲醇大型装置

［%"］

；建立以煤为原料的’"万45-以上的甲醇装置正在规划中。我们认

为我国在3"")年左右应有能力建立7"万45-6%3"万45-的煤制甲醇大型化装置。

表%煤制甲醇装置的投资与产品成本的关系*-82+%*1+9+2-4:/;/<:;=+>4?+;4-;@A9/@B.4./>4</941+

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3合成甲醇工艺

合成甲醇工艺一般包括G个步骤：（%）煤、焦炭或天然气等含碳原料造合成气；（3）合成气净化：（’）甲醇合成：（G）甲醇精馏。其中最重要的工序是甲醇合

成工序，其关键技术是合成甲醇催化剂和反应器。%(3’年德国HI0J公司发现了K;LMN93L’催化剂并用合成气在高压（约’"OP-）下实现了甲醇的工业化生产，直到%(7!年，这种高压法工艺是甲醇合成的唯一方法。%(77年铜基催化剂的发现及脱硫净化技术解决后，英国CNC公司开发出低压法甲醇合成工艺，操作压力约为!&"OP-，反应温度3""Q6’""Q。

随后高压法合成工艺，万方数据由于副产物多、产率低、投资大

压力从

!&"OP-提高到%"&"OP-，甲醇时空产率由"&’’45?’ 1提高到"&!45?’ 16

"&745?’ 1；RB9S:中压法合成压力为)&"OP-，

甲醇时空产率达到"&)"45?’ 1。目前世界上典型的甲醇合成工艺主要有CNC工艺、RB9S:工艺和三菱瓦斯化学公司（OTN）工艺。CNC工艺使用具有低温活性的铜系催化剂和离心式压缩机，合成压力为!&"OP-6%"&"OP-，反应器采用具有特殊气体分散管的冷气吹入式骤冷型反应器，可将催化剂床层温度控制在3’"Q63#"Q。RB9S:工艺合成压力为!&"OP-6%"&"OP-，采用填充了铜基催化剂的多管式反应器，在壳层内通以加压水，通过产生蒸汽除去反应热，反应温度为37"Q。OTN工艺为日本国内最早采用离心压缩机的合成甲醇方法，采用铜系催化剂，合成压力为!&"OP-6%!&"OP-，反应器为多层催化剂的冷风骤冷式反应器，可回收催化剂床层间的反应热。

为了克服传统工艺NL单程转化率低、循环比高!以上）、能耗高等缺点，近年来，国内外一些大公司和研究机构一直致力于新工艺的开发。气相法新工艺开发主要体现在两方面：一是新型或适合于大型化生产的甲醇合成反应器的开发，如ODJ新型反应

器［%G，%!］、0PN新型合成塔［%7］、T00*JD（气U固U固滴流流动反应器）［%#］、D0CPD

（级间产品脱除反应器）［3］等；二是与新的反应器相匹配的催化剂研制及造气工艺的改进。针对目前普遍使用的固定床气固催化反应器单程转化率和合成塔出口甲醇浓度低的缺点，美国N1+?&0E>4+?C;.&公司开发了三相流化床与浆态

床合成技术［’，%)］

，法国CJP公司开发了三相涓流床合

成技术［%(］。三相流化床是一种以气体与液体通过固

体颗粒催化剂床层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气液固反应的反应器。三相流化床生产工艺反应器单程转化率高，在接近平衡的条件下操作，出口甲醇浓度达%!$63"$，显著降低了循环比，并可

（在

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G期

唐宏青等：煤化工工艺技术评述与展望#%-.0

以高（中）压蒸汽形式回收反应热，能量利用率高，控温有效；反应器设计简单，床层温度分布均匀，催化剂的磨损较小。浆态床液相法甲醇合成技术是由美国!"#$%&’()#$*+,%公司在-./0年于三相流化床合成

［12］

甲醇研究基础上提出的，并于.2年代与美国空气产品与化学品公司合作开发出的新工艺。催化剂在高热容的矿物油中形成料浆，反应产生热量被惰性液体介质吸收，使反应能在等温下进行，出口气中甲醇含量可由传统的气相工艺的03提高到-03。该工艺的特点是可使用较宽的41（比的原料5!67!61）

气。在美国能源部8#9:(的;:<=>)#完成小试后，-../年在伊士曼化学公司田纳西州的?@+A(<=>)煤气厂建

成煤基合成气制甲醇的/%0万)5:工业装置，-..B年

进行了1次为期C0D和.ED的连续运行，取得了满意的结果，据称合成气单程转化率可达到123FG23，该公司认为，浆态床工艺对煤制合成气的加工效率比通常的甲醇合成技术更高，其主要的技术经济指标与

［-B］传统的气相法比较如表1所示。最近华东理工大

学房鼎业等人与上海太平洋化工集团公司合作在

!122HB122鼓泡浆态床反应装置上采用国产!G21催化剂完成了合成甲醇-222"工业中间试验，这标志着我国已基本掌握了先进的浆态床合成甲醇工业技术。

表1两种合成工艺的技术经济指标比较

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Q:(<":(#(’+)"#(@(<>=,#((;@RM@D<":(#(’+)"#(@(<>=,#((

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涓流床反应器是气体和液体通过颗粒固体催化剂床层进行气液固反应过程的一种反应器；液体介质热容量大，能较好地控制反应温度，不需冷激，气体循环量亦减少；由于是涓流床，反应器体积较小，并减少了返混，催化床无磨损，但是该反应器压降大，连续的液相使得气体扩散阻力大，单位质量催化剂的生产能力较低，而单位反应器体积的生产能力有一定优势。

［1-］

此外，提出了溶剂甲醇合.2年代初S#>)’等人成过程（&=JO#+)T#)":+=JN>=,#((）即在保留&TN概念，三相床甲醇合成所具有的优势的基础上，将惰性液相介质改为能对产物甲醇选择性吸收的溶剂，从而将在反应过程中生成的产物同时转移到液体中，打破了平衡，使反应不断向生成物方向进行。中国科学院山西

［-/，11］煤炭化学研究所钟炳等人提出了超临界相合成甲醇新概念和新工艺，该技术的特点是在甲醇反应器

综上所述，一方面要开发新的合成甲醇大型反应器及配套的催化剂与造气技术，另一方面合成甲醇新工艺尤其是浆态床与超临界相合成技术也应引起关注，因为合成甲醇新工艺的开发将有可能形成新的大规模合成甲醇工业过程，在不远的将来会与气相法工艺在工业上竞争使用并趋于完善，循着类似低压法代替高压法的历程逐渐取代气相法工艺。

［1，1GF1C］

G合成甲醇催化剂

合成甲醇催化剂主要有两大系列：锌基催化剂和铜基催化剂。随着低压气相法甲醇合成技术的推广，适宜高温高压操作（G02VFE22V、10TN:FG1TN:）的锌基催化剂在B2年代中期基本淘汰。铜基催化剂活性高、低温性能好，但对硫、氯及其化合物较敏感。随着脱硫技术的发展，使用铜基催化剂已成为甲醇合成工业的主要方向。

国外低压气相法合成甲醇已相继开发出四代代表性产品是*!*0-W-、!MWX+WYJ系催化剂，*!*0-W1、*!*0-WG和*!*0-W/。这些催化剂化学组成变化不大，但其活性、寿命、生产强度均有了很大提高，其中锌氧化物负载于铝酸锌上并添加TA6，*!*0-W/将铜、

可在较高活性下保持较高的选择性。第三代产品除还有丹麦8=<(德国SY&Z*!*0-WG外，#公司的T?-2-、"

公司的&BCWG、德国;M>A@公司的!/.W0Q;等。&BCWG催化剂在E%CTN:F-2%2TN:和122VFGC2V的宽范

中添加超临界或亚临界相，使合成的甲醇连续不断地从催化剂表面转移至超临界相，使化学反应向产物方向转移，大幅度提高!6单程转化率，克服了化学平衡的限制，无需大量尾气循环操作；同时超临界介质具有良好的传热特性，有效地改善了反应过程的传热状况，保持催化剂床层温度均匀。在山西太原化肥厂所作的中试结果表明，在无尾气或新鲜气与尾气循环比为-U-时，甲醇时空产率!6转化率达到.23以上，达到-%2)5" 当放空气能合理利用时显)催化剂以上，

万方数据示出明晰的工业化前景。

煤化工工艺技术评述与展望Ⅲ.合成甲醇装置大型化与国产化

(.+

燃料化学学报).卷

围下具有良好的活性和选择性，节能和节减投资效果明显。

!"年代国内开发了适宜于高温高压工艺的#$%

其后出现了其替代产品&*"(，目前仍&’催化剂&(")，

在国内一些高压法装置上使用；+"年代国内开发了专

门适用于联醇工艺的&)",催化剂，其特点是&-含量低，价格便宜；."年代开发成功其替代产品/&0"(、

其中/&!"(性能相当于1234/&!"(等，5公司的!具有转化率高、杂质少、合成67("(低压甲醇催化剂，

目前国内外广泛使用的是>&>冷激式甲醇合成

塔和9-’:;管束式甲醇合成塔。>&>固定床四段冷激式绝热轴向流动合成塔，其热量是通过特殊设计的菱形分布系统将冷激气喷入床层中间带走，床层多段连续，反应热预热锅炉水，该反应器适于大型或超大型装置规模，易于安装维修，催化剂易装卸，8"年代>&>公司还开发出一种新型轴%径向流动的固定床反应器，其直径、壁厚明显减小，操作简便，已有*(个生产能力约为0"万FGA这种装置运行。9-’:;管束式等温副反应少等特点。8"年代，西南化工研究院开发成功新型高效的低温低压&*")型甲醇合成催化剂，通过在大型9-’:;装置中使用证明其主要性能指标已达到或超过国外同类催化剂水平，是国内目前大、中型低压甲醇装置使用的主要催化剂。

&/<!")、&/<)"+和&/<.+是西南化工研究设计院近几年开发的新型催化剂，不但效率高，且适用于从富含&=)的合成气合成甲醇。其中&/<!")催化剂活性、热稳定性达到了>&>!(%*的水平，适用于中低压工艺、联醇工艺和“双甲流程”工艺。&/<.+主要性能指标优于国外>&>!(%*、67("(、&,.%!?9等催化剂，

已达到或接近国外."年代第四代>&>!(%,催化剂的水平。齐鲁石化公司研究开发的@&6%"(型低压合成催化剂，整体性能已与67("(相当。因此，可以认为我国具有与大型国产化合成甲醇装置相匹配的相对成熟的催化剂技术。

0甲醇合成反应器

!"#甲醇合成反应器的特点甲醇合成反应器是甲

醇生产的关键设备。由于甲醇合成反应与氨合成反应有许多不同之处，这对甲醇合成反应器也提出了更高的要求：（A）氨合成是单一反应，而甲醇合成是复合反应。甲醇可由&=加氢生成，也可由&=)加氢生成，并伴有少量副产物的生成。（B）氨合成反应热小，而甲醇合成反应热大，为使热量及时除去，须合理设计反应器移热界面。（C）氨合成催化剂还原后是导热系数较大的铁，而甲醇合成催化剂还原后其载体与助剂仍为金属氧化物，导热系数较小，设计反应器时须考虑这一因素。（D）氨合成催化剂活性温度范围宽，而甲醇合成铜催化剂活性温度范围窄。若超温，不仅副反应多，而且催化剂活性受到影响，寿命大为降低。5）甲醇合成催化剂对毒物的敏感性比氨合成催化剂强。甲醇合成中要求进塔气硫含量低于("E,，对氯、

金属羰化物的要求也很高。

万方数据反应器，管内填充催化剂，由管间沸水移去反应热，副产蒸汽，用过热蒸汽驱动离心式压缩机，用背压低压蒸汽作蒸汽热源，该反应器反应平和、副反应少，时空收率高，但9-’:;反应器结构复杂，制造困难，只能达到0!万FGA单系列装置规模。日本6H>和6?&公司联合开发的自用的冷激式超转化（IJ&）甲醇合成塔，实为一种简单的立式双套管换热，9-’:;的改进型，据称该反应器吨甲醇能耗可降至).7<GF，在沙特阿拉伯

已投产0套8"万FGA装置［(+］。日本三菱瓦斯四段冷激式合成塔为中间有空隙的合成塔，冷激管系直接在

高压筒体上开空，外串一中间锅炉以回收反应热。日本1K&公司开发的6LM%#型甲醇合成塔是一种多段、间接冷却、径向流动反应器，据称该装置易于从现在的,!万FGAN

8!万FGA放大到(!"万FGA规模，

该反应器在我国四川维尼纶厂已应用，设计生产能力为(0万FGA，此反应器内部结构复杂，零部件较多，其长期运行的稳定性及发生故障后的检修难易程度等，还有待在使用中考

察［(0，(!］

。1234!5公司开发出了中间冷却的径向流动反应器，使用了活性高、粒度小的催化剂，床层压差小

到"O)6JAN"O*6JA，因而反应器直径、壁厚大为减小，造价降低，反应器的空速、出口甲醇浓度也显著提高，其缺点是设计过于复杂，因径向流动、气流速度不断改变，使催化剂不能最大限度利用，该反应器已建成0"套大型装置，能力最大的(!"万FGA正在制

造［,］。PAQR6CS55公司开发出,!万FGA以上轴径向复

合式甲醇合成塔［(,，),］，我国华东理工大学自行开发的轴径向甲醇合成塔已在湖南资江氮肥厂应用［)8］。此

外&A4AT5轴径向流动反应器、9;$D5等温反应器等也

有使用［),］。

国外甲醇合成反应器的发展趋势为：（A）要适应单系列大型化的要求，如>&>冷激型已用于,!万FGA装置，9-’:;管束型已用于0!万FGA装置。（B）以较高位能回收反应热，副产蒸汽，如9-’:;型、9;$D5型均副

（

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=

产中压蒸汽。（!）催化床层温度易于控制，可灵活调节，如"#$%&型用壳程的蒸汽压力调节床层温度，’(’型用冷激气量调节温度。（)）床层温度尽可能均匀，以延长催化剂使用寿命，如"#$%&、"&*)+型均为等温型反应器。（+）对原料气组成有较强的适应性，可适用于煤、天然气、石脑油、渣油为原料制甲醇的多种场合。（,）为降低压降，采用径向或轴径向流动反应器，如-./0（%）结构简单紧凑，催化剂+、(1012+反应器。!装卸方便。和国产化程度，提出两种大型易于国产化的甲醇合成塔型式：

（@）多段径向冷激型甲醇合成塔

基本结构见

图@1。新鲜气与循环气混合后，由上部进气口进入反应器内，经分流流道进入第一段催化剂床层，由外向内向心径向流动，进行绝热反应，温度升高，在合流流道中与第一股冷激气混合降温，向下进入第二床层。与第一段相同，气体经分流流道，由外向内向心流动，边反应边升温，在合流流道中与第二股冷激气混合，!"#

大型甲醇合成反应器的开发

目前先进的

3+41!.煤气化炉最大单炉日投煤量已达到566678

96667，

我国引进软件包和关键设备而其它大部分设备则立足于国内配套建设的日最大投煤量为9:678;667的3+41!.气化炉已分别在山东和上海投产，

运转情况良好，前者限于老厂净化设备，气化压力约为<=6>?1，

后者操作压力为9=6>?1，合成气经后续压缩机加压至:=@>?1后，供<6万7A1合成甲醇装置使用，引进装置占全套设备的9:B；随后在陕西渭河化肥厂全套引进的内径@6,7、气化压力为C=9>?1的3+41!.气化炉用于56万7A1合成氨生产，并已顺利运行；新建的山东鲁南化工集团公司的@6万7A1甲醇装置，采用了我国自行研制的多喷嘴3+41!.水煤浆加压气化

炉造气，获得突破性应用［<D，56］，许多关键设备如气化

喷嘴、耐火材料等均已国产化，相应的培训软件已由我国水煤浆气化及煤化工研究中心开发成功，该气化炉技术很大程度节省制造费用和造气成本，其炉膛利用效率比传统的3+41!.气化炉高，创造了单炉运行周期最长的世界记录。该套装置中甲醇合成反应器及催化剂等关键技术均采用国内最新研究成果。整套装置国产化率达到E6B，是一套以煤为原料、全系统基本国产化、装备先进、有中国特色的煤制甲醇示范装置。另外FG+22气化炉制成的粗合成气有效成分高(HIJ<超过D:B），冷气效率高，不需特殊的耐火材料，但与水煤浆为原料的气化炉相比，尚缺乏长期运转经验，且其粉煤输送系统复杂，阀门磨损问题尚待解决，当前其引进费用也偏高。由此可见，发展56万7A1以上大型国产化煤制甲醇装置，

选择3+41!.水煤浆加压气化炉配套大型甲醇合成反应器工艺路线较为合理，日产千吨的低中压大型甲醇合成反应器应立足国内、自行设计制造。该反应器的设计原则是："技术先进，相当于国外D6年代水平；#结构合理，操作稳妥可靠；$由国内设计、

制造、安装，形成我国专有技术。本文依据各种甲醇合成塔在我国使用、万方数据消化

向下进入第三段床层。第三段床层中同样进行径向流动绝热反应。出第三段床层的气体经合流流道从反应器出口流出。三段床层主体均为向心径向流动，三段床层上部用催化剂自封，为轴径向流动。为使床层内气体均匀径向流动，用集气管小孔开孔数来调节

流体均布。

（

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5/S

燃料化学学报-/卷

与蒸汽的热力循环等。其经济效益相可向界外输出约P#$6L过热高压蒸汽，

当可观；（-）净化流程与气化流程的合理组合，满足了

全气量变换所需的水气比要求，使得不走旁路而控制较低变换率成为可能；（"）合成工序采用管束式副产蒸汽的甲醇合成塔，不仅提高了空时产率，降低了生产费用；而且由于能够副产中压蒸汽，此中压蒸汽经过热后作为背压蒸汽透平用汽，以驱动装置大型压缩机泵，并且出透平的低压蒸汽又可作为=>’3脱硫脱碳单元、精馏工序的基本热源，这样全系统的热量利!开展流程组合优化研究

众所周知，流程的好坏决定了投资的多少和能耗的高低，因此，当前化工行业特别重视流程的优化。以年产"#万$合成氨为例，%#年代初引进的&’()

以天然气为原料，吨氨能耗为,-+.左右。(*++流程，

到/#年代中期引进的01234流程，吨氨能耗只有-/吨氨能耗下降了"#7。在同样+.。经过56,个世纪，

是装置大型化的条件下，是什么技术进步带来了如此巨大的效益？

我们认为可以从硬件和软件两个方面找到答案。一方面新型反应器、高效换热器、高转化率催化剂和高效压缩机等的开发，提高了效率，明显降低了能耗；另一方面由于化学工程理论的发展和计算机软件的创新，利用计算机模拟技术寻找优化组合流程，使物料和能量的利用越来越充分与合理。

在同等原料的条件下，优化流程的吨醇能耗比常规流程低5#785!7是完全有可能实现的。开展流程组合优化的研究，将推动甲醇工业向国产化和大型化方向发展。兰州设计院在四川维尼纶厂的甲醇装

置设计中［"5］，曾对流程的组合作了充分的研究，有关

9*-的补加位置就是在该研究中优选出来的。最近中国石化集团公司（:;4*<’9）组织兰州设计院和华东理工大学合作开发出了“水煤浆制甲醇的工艺软件包”，目的是以水煤浆为原料，组合出一个适于大型化生产的低能耗甲醇生产流程。这一流程的立足点是，即甲醇合成的压力略低于水煤浆气化的

压力。研究表明

［"-］

：以废锅激冷组合式气化炉、耐硫中变、=>’3脱硫脱碳、

干法脱硫、激冷式或绝热管束式合成塔、三塔精馏、空分等工艺模块组合的"#万$6?甲醇组合工艺流程，是低能耗流程，吨醇能耗为,"@5,+.，

比常规流程低5#785!7。这一工艺流程中的每一个单元模块，均是成熟的或可以实现的。其原则流程图如图-所示。目前，

世界上尚无与上述相同的流程，因此我们将该流程称为:;4*<’9甲醇流程。:;4*<’9甲醇流程具有工艺指标和消耗指标先进合理的特点，主要体现在：（5）采用组合式气化工

图-我国优化甲醇工艺流程示意图

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艺流程，气化压力为P@,=<?，能较好地回收气化工序

高位能的热量，万方数据该流程中蒸汽不仅能够自给，而且还

用更为合理；（,）精馏工序采用三塔工艺流程，大大降低了热能的消耗。

这一工艺方案中吨醇能耗为,"@5,+.，尽管略高于天然气制甲醇装置的吨醇能耗，但由于我国煤资源丰富，且煤炭产地价格便宜，单位能耗的原料价格较低，所以这一工艺流程具有较强的竞争力。本工艺方案所涉及的主要大型设备，在技术上均是较为成熟的，且在国外已实现了工业化，因此，选择和确定这一基本工艺流程是有现实意义的。

本组合流程并非十全十美，它可能存在以下问题：（5）投资与能耗的矛盾。能耗的下降意味着需要采取节能措施，在某些情况下须增加投资，如三塔流程比两塔流程投资高；（-）用到部分国外专利，如气化炉和废锅激冷均是QFR?NH的专利；（"）设备大型化带来制造和运输的困难。

P建议

5）以巨大的投入开发新工艺浆态床反应工艺和

超临界反应工艺技术，是目前较为看好的两种新工艺。无论它们中那一种突破，都将对甲醇的大型化带来巨大的收益。为了突破这样的新技术，建立一个万吨规模的示范装置是不可缺少的。这就需要大型企业集团的支持，单靠基层研究机构是力所不能及的。当我们一再引进成套工艺时，我们能否以5#7的资金来开发国内的新技术。-）深入开展优化流程研究

流程的优化组合将为

大型化工业生产装置的建立和运行带来巨大的经济效益，因此在新的硬件技术不断涌现的情况下，深入开发新的优化流程，是提高国产化装置设计水平的良好途径。一个创新的大型化甲醇生产工艺流程的开发，风险大，投资大，开发之前往往难以找到用户，而重大课题工业化前期研究工作做得不深不透，工业化时暴露的问题就会很严重。因此，产业界对前期工作要敢于投资，同时将硬件（设备、催化剂、溶剂等）和软

“等压合成”（（

煤化工工艺技术评述与展望Ⅲ.合成甲醇装置大型化与国产化

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件（流程组合）的研究相结合，科研单位（主要是硬件

万方数据

煤化工工艺技术评述与展望Ⅲ.合成甲醇装置大型化与国产化

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燃料化学学报#*卷

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