5.2天然气转化合成甲醇在线视频

各位同学

大家好

在这一节中

我们来探讨天然气合成甲醇

在第一章合成氨工艺中

利用天然气生产合成氨时

首先将天然气转化成合成气

然后再进行后续工艺的生产加工

天然气转化为合成气后

除了合成氨外

还可以生产其他化工原料产品

其中最重要的就是甲醇

首先

我们了解一下甲醇的基本性质

和制备原理

甲醇是饱和一元醇

而纯甲醇是无色 透明

有毒 易挥发的液体

可以与水混溶

在嗅觉和味觉方面

几乎与乙醇一样

甲醇对人体有剧毒

饮用后会导致双目失明

甲醇的物理性质见表所示

甲醇是一种用途很广的化工原料

主要用于生产甲醛 醋酸

甲苯胺 氯甲烷

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

添加在汽油中还可以提高汽油的辛烷值

甲醇还可直接用作燃料用于发动机

下面我们来分析一下

合成甲醇的制备原理

天然气经转化而成合成气

其中的一氧化碳或二氧化碳

与氢气在一定温度

和催化剂作用下

反应生成甲醇

主反应为

一氧化碳加氢

和二氧化碳加氢生成甲醇

另外

主要副反应形成醚类 脂类

丙酮 甲烷等

甲醇的合成反应是减分子放热反应

由热力学原理可知

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 氢气和一氧化碳的摩尔比

对甲醇平衡质量分数也有影响

比如

氢气和一氧化碳的摩尔比等于20时

甲醇平衡质量分数为14.8%

当氢气和一氧化碳摩尔比为40时

甲醇平衡质量分数降至13.3%

下面我们来学习合成甲醇的生产工艺

用天然气生产甲醇

再将天然气用水蒸气催化

转化成合成气后

根据使用催化剂的不同

可分为高压 中压和低压合成

三种方法

首先我们来看高压法合成甲醇

高压法合成甲醇

于1923年由德国巴斯夫的米塔希

和斯奈德发明

目前广泛使用的为UKW法

具体如图所示

该高压合成甲醇的操作压力

约为30兆帕

温度为320至370摄氏度

催化剂为氧化锌氧化铬的复合催化剂

该工艺的具体流程为

经压缩后的合成器

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

在三百五十摄氏度

和三十兆帕压力下

一氧化碳和氢通过催化剂床层

发生反应

生成甲醇

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

使出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

和甲酸甲酯以及其他低沸点不纯物

然后在第二精馏塔中除去水和杂醇

从而得到精甲醇

精甲醇的质量分数为

99.85%至99.95%

高压法的特点比较鲜明

催化剂耐硫 抗热性较好

对含硫合成气比较适应

一般性过热对催化剂不致

造成严重失活

不过

该催化剂的选择性较差

导致副产物较多

从而影响甲醇收率

此外

高温操作对设备材质要求严

使设备投资费用较高

从而对技术经济效益有负面影响

因此 我们再来看一看低压法合成甲醇

低压法合成甲醇

于1960年由德国鲁奇公司

首先开发成功

其合成压力为4到5兆帕

温度200到300℃

采用铜锌铝的铜基催化剂

其合成工艺流程如图所示

具体流程为

合成气经压缩机压缩至4到5兆帕后

送入合成塔

经铜基催化剂作用

催化合成甲醇

合成反应的反应热

以热回收装置产生高压蒸汽

用作透平压缩机动力

而合成塔出来的粗甲醇的产物气体

经换热器与混合气换热后

用空气或冷却水换热冷却

使生成甲醇冷凝

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

精制中先用粗馏塔除去二甲醚

甲酸甲酯等低沸点杂质

塔底物进入第一精馏塔

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

经冷凝得到精甲醇部分回流后

其余为精甲醇产品

产品质量分数为99.9%

低压法合成特点

低压合成法所用的铜基催化剂

比高压法合成所用的

锌铬催化剂活性高 选择性好

所得粗甲醇中甲醇质量分数高

从而使收率提高 生产成本下降

但由于反应压力低

使生产设备体积庞大

不利于大规模生产

仅适用于中小规模的生产

此外

催化剂耐硫性不如高压合成法

因此

生产合成气的天然气中

硫的质量分数必须降到0.1ppm以下

现在使用较多的低压合成法

还有英国帝国化学公司开发的ICI法

其合成压力为5到10兆帕

最后

我们来探讨一下中压法合成甲醇

20世纪70年代初

英国帝国化学工业公司

提出了中压法合成甲醇的工艺

中压法合成甲醇

主要是在低压法的基础上进行改进

所用的催化剂为三元铜系催化剂

适当将压力提高到8-15MPa

温度230至280℃

该工艺有高压法和低压法的优点

是近年来采用较多的工艺

其流程如图所示

在中压法流程中

合成气压缩至八兆帕

与循环气一起送入合成塔

入塔温度220℃左右

合成塔为冷激型

回收的合成反应热产生的

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

即可得到精甲醇产品

纯度99.9%

综上所述

甲醇合成中

天然气的转化温度为

850到900摄氏度

压力为1到1.7兆帕

所产生的合成气中

二氧化碳的体积分数为8%至9%

一氧化碳的体积分数为20%至21%

氢气的体积分数为69%

而甲烷的体积分数为1.5%至2%

含有少量的氮

由于合成甲醇不需要氮气

因此不像合成氨的转化那样

通入大量空气

在实际生产中为降低氢气

和一氧化碳的比值

提高甲醇平衡质量分数

有时向合成气中补充部分二氧化碳

以提高含碳值

好了

天然气转化合成甲醇就介绍到这里

再见