2023年甲醇生产工艺过程的安全措施分析.doc

甲醇生产工艺过程的安全措施分析 姓名： 学号： 专业： 院系： 甲醇生产工艺过程的安全措施分析 　 甲醇又名木醇、木酒精，英文名： Methanol; Methyl alcohol;Carbinol;Wood alcohol; Wood spirit; Methyl hydroxide;它是无色、透明、高度挥发、易燃液体，略有酒精气味。分子式 CH4O，分子量32.04，相对密度0.792(20/4℃)，熔点-97.8℃，沸点64.5℃，闪点 12.22℃，自燃点463.89℃，蒸气密度1.11，蒸气压13.33KPa(100mmHg 21.2℃)。蒸气与空气混合物爆炸下限6～36.5 % ，能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂易着火。它是重要有机化工原料和优质燃料，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇亦可代替汽油作燃料使用，甲醇是假酒的主要成分，过多食用会导致失明，甚至死亡！ 作为化工原料,甲醇主要用于生产甲醛,其消耗量约占甲醇总量的40％～50％。其次用作甲基化剂,生产丙烯酸甲酯〔见丙烯酸酯〕、甲基丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲烷氯化物等。甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等，甲醇也是生产敌百虫、甲基对硫磷、多菌灵等农药的原料。由甲醇生产醋酸，以及甲醇与异丁烯反响生产甲基叔丁基醚，开展很快，用量逐年增大。甲醇经生物发酵可生产甲醇蛋白，用作饲料添加剂。 甲醇不但是重要的化工原料，而且是优良的能源和车用燃料，它可直接用于发电站,或经ZSM-5分子筛的催化作用转化成汽油,或与汽油混合直接用作车用燃料,专为此而生产的甲醇称为燃料甲醇。 一、甲醇生产工艺的简述 生产方法 　 目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇。一氧化碳加氢合成甲醇是一个可逆放热反响，甲醇的平衡浓度随温度的上升和压力的下降而迅速降低。为了加速反响,必须采用催化剂，合成甲醇的反响压力决定于催化剂的活性。锌-铬催化剂活性差，需要较高的反响温度，必须采用高压。铜系催化剂活性好、反响温度低，所需压力也相应降低。典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序。 　 天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品(焦炭、焦炉煤气)、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料。天然气与石脑油的蒸气转化需在结构复杂造价很高的转化炉中进行。转化炉设置有辐射室与对流室，在高温，催化剂存在下进行烃类蒸气转化反响。重油局部氧化需在高温气化炉中进行。以固体燃料为原料时，可用间歇气化或连续气化制水煤气。间歇气化法以空气、蒸汽为气化剂，将吹风、制气阶段分开进行，连续气化以氧气、蒸汽为气化剂,过程连续进行。 　　甲醇生产中所使用的多种催化剂，如天然气与石脑油蒸气转化催化剂、甲醇合成催化剂都易受硫化物毒害而失去活性，必须将硫化物除净。气体脱硫方法可分为两类，一类是干法脱硫，一类是湿法脱硫。干法脱硫设备简单，但由于反响速率较慢，设备比拟庞大。湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法与直接氧化法三类。 　　甲醇的合成是在高温、高压、催化剂存在下进行的，是典型的复合气-固相催化反响过程。随着甲醇合成催化剂技术的不断开展，目前总的趋势是由高压向低、中压开展。 　　粗甲醇中存在水分、高级醇、醚、酮等杂质，需要精制。精制过程包括精馏与化学处理。化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以别离的杂质，并调节PH。精馏主要是除去易挥发组分，如二甲醚、以及难以挥发的组分，如乙醇高级醇、水等。 甲醇生产的总流程长，工艺复杂，根据不同原料与不同的净化方法可以演变为多种生产流程。 甲醇的具体生产方法 1. 天然气制甲醇的生产方法 　　天然气是制造甲醇的主要原料，天然气的主要组分是甲烷,还含有少量的其他烷烃、烯烃与氮气。以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化局部氧化、非催化局部氧化等方法,其中蒸汽转化法应用得最广泛,它是在管式炉中常压或加压下进行的。由于反响吸热必须从外部供热以保持所要求的转化温度,一般是在管间燃烧某种燃料气来实现,转化用的蒸汽直接在装置上靠烟道气和转化气的热量制取。 　　由于天然气蒸汽转化法制的合成气中,氢过量而一氧化碳与二氧化碳量缺乏,工业上解决这个问题的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽转化法,以到达适宜的配比,二氧化碳可以外部供给,也可以由转化炉烟道气中回收。另一种方法是以天然气为原料的二段转化法,即在第一段转化中进行天然气的蒸汽转化,只有约1/4的甲烷进行反响,第二段进行天然气的局部氧化,不仅所得合成气配比适宜而且由于第二段反响温度提高到800℃以上,残留的甲烷量可以减少,增加了合成甲醇的有效气体组分。天然气进入蒸汽转化炉前需进行净化处理去除有害杂质,要求净化后气体含硫量小于0.1mL/m3，转化后的气体经压缩去合成工段合成甲醇。 2. 煤、焦炭制甲醇的生产方法 　　煤与焦炭是制造甲醇粗原料气的主要固体燃料。用煤和焦炭制甲醇的工艺路线包括燃料的气化、气体的脱硫、变换、脱碳及甲醇合成与精制。 　　用蒸汽与氧气(或空气、富氧空气)对煤、焦炭进行热加工称为固体燃料气化,气化所得可燃性气体通称煤气是制造甲醇的初始原料气,气化的主要设备是煤气发生炉,按煤在炉中的运动方式,气化方法可分为固定床(移动床)气化法、流化床气化法和气流床气化法。国内用煤与焦炭制甲醇的煤气化——般都沿用固定床间歇气化法,煤气炉沿用 UCJ炉.在国外对于煤的气化,目前已工业化的煤气化炉有柯柏斯-托切克(Koppers-Totzek)、鲁奇(Lurge)及温克勒(Winkler)三种。还有第二、第三代煤气化炉的炉型主要有德士古(Texaco)及谢尔-柯柏斯(Shell--Koppers)等。 　　用煤和焦炭制得的粗原料气组分中氢碳比太低,故在气体脱硫后要经过变换工序。使过量的一氧化碳变换为氢气和二氧化碳,再经脱碳工序将过量的二氧化碳除去， 原料气经过压缩、甲醇合成与精馏精制后制得甲醇。 3．油制甲醇的生产方法 　　工业上用油来制取甲醇的油品主要有二类:一类是石脑油,另一类是重油。原油精馏所得的220℃以下的馏分称为轻油,又称石脑油。以石脑油为原料生产合成气的方法有加压蒸汽转化法,催化局部氧化法、加压非催化局部氧化法、间歇催化转化法等。目前用石脑油生产甲醇原料气的主要方法是加压蒸汽转化法，石脑油的加压蒸汽转化需在结构复杂的转化炉中进行，转化炉设置有辐射室与对流室,在高温、催化剂存在下进行烃类蒸汽转化反响。石脑油经蒸汽转化后,其组成恰可满足合成甲醇之需要，既无需在转化前后补加二氧化碳或设二段转化,也无需经变换、脱碳调整其组成。 　　重油是石油炼制过程中的一种产品,根据炼制方法不同,可分为常压重油、减压重油、裂化重油及它们的混合物。以重油为原料制取甲醇原料气有局部氧化法与高温裂解法两种途径。裂解法需在1400℃以上的高温下,在蓄热炉中将重油裂解,虽然可以不用氧气,但设备复杂,操作麻烦,生成炭黑量多。 　　重油局部氧化是指重质烃类和氧气进行燃烧反响,反响放热,使局部碳氢化合物发生热裂解,裂解产物进一步发生氧化、重整反响,最终得到以H2、CO为主,及少量CO2、CH4的合成气供甲醇合成使用。重油局部氧化法所生成的合成气,由于原料重油中碳氢比高,合成气中一氧化碳与二氧化碳含量过量,需将局部合成气经过变换,使一氧化碳与水蒸气作用生成氢气与二氧化碳,然后脱除二氧化碳,以到达合成甲醇所需之组成。合成后的粗甲醇需经过精制,除去杂质与水,得到精甲醇。 4．联醇生产方法 　　与合成氨联合生产甲醇简称联醇,这是一种合成气的净化工艺,以替代我国不少合成氨生产用铜氨液脱除微量碳氧化物而开发的一种新工艺。 　　联醇生产的工艺条件是在压缩机五段出口与铜洗工序进口之间增加一套甲醇合成的装置,包括甲醇合成塔、循环机、水冷器、别离器和粗甲醇贮槽等有关设备,工艺流程是压缩机五段出口气体先进人甲醇合成塔,大局部原先要在铜洗工序除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔内与氢气反响生成甲醇,联产甲醇后进入铜洗工序的气体一氧化碳含量明显降低,减轻了铜洗负荷,同时变换工序的一氧化碳指标可适量放宽,降低了变换的蒸汽消耗,而且压缩机前几段气缸输送的一氧化碳成为有效气体,压缩机电耗降低。 联产甲醇后能耗降低较明显,可使每吨氨节电50kw.h,节省蒸汽0.4t,折合能耗为200万kJ。联醇工艺流程必须重视原料气的精脱硫和精馏等工序,以保证甲醇催化剂使用寿命和甲醇产品质量。 甲醇合成塔  　　methyl alcohol converter 用以进行一氧化碳加氢合成甲醇的反响设备，由简体、催化剂支承装置、换热构件和气体分布器等组成。 图4—9 甲醇合成塔 1—催化剂；2—筒体；3—冷却管；4—换热器；5—分布器；6—环隙 甲醇合成反响是强放热过程，反响温度较高，可用高压、中压和低压不同的工艺。由于工艺及反响热的移出方法不同，有不同形式的合成塔。按冷却方法分为直接冷却的冷激式和间接冷却的冷管式及列管式合成塔。冷激式合成塔内部无换热构件，其反响床层分为假设干绝热段，两段之间参加冷的原料气使反响气体直接冷却。冷管式合成塔的内部有换热构件，并把双套管置于催化剂层内，由原料气通过管壁间接带走反响热。列管式合成塔的结构类似管壳式换热器，反响热由管外的锅炉给水带走，同时产生高压蒸汽。 工艺程序 1、原料气的制备 合成甲醇，首先是制备原料氢和碳的氧化物。一般以含碳氢或含碳的资源如天然气、石油气、石脑油、重质油、煤和乙炔尾气等，用蒸汽转化或局部氧化加以转化，使其生成主要由氢、一氧化碳、二氧化碳组成的混合气体，甲醇合成气要求〔H2－CO2〕/〔CO+CO2〕=2.1左右。合成气中还含有未经转化的甲烷和少量氮，显然，甲烷和氮不参加甲醇合成反响，其含量越低越好，但这与制备原料气的方法有关；另外，根据原料不同，原料气中还可能含有少量有机和无机硫的化合物。 为了满足氢碳比例，如果原料气中氢碳不平衡，当氢多碳少时〔如以甲烷为原料〕，那么在制造原料气时，还要补碳，一般采用二氧化碳，与原料同时进入设备；反之，如果碳多，那么在以后工序要脱去多余的碳〔以CO2形式〕。 2．净化 净化有两个方面：一是脱除对甲醇合成催化剂有毒害作用的杂质，如含硫的化合物。原料气中硫的含量即使降至1ppm，对铜系催化剂也有明显的毒害作用，因而缩短其使用寿命，对锌系催化剂也有一定的毒害。经过脱硫，要求进入合成塔气体中的硫含量降至小于0.2ppm。脱硫的方法一般有湿法和干法两种。脱硫工序在整个制甲醇工艺流程中的位置，要根据原料气的制备方法而定。如以管式炉蒸汽转化的方法，因硫对转化用镍催化剂也有严重的毒害作用，脱硫工序需设置在原料气设备之前；其它制原料气方法，那么脱硫工序设置在后面。二是调节原料气的组成，使氢碳比例到达前述甲醇合成的比例要求，其方法有两种。 〔1〕变换。如果原料气中一氧化碳含量过高〔如水煤气、重质油局部氧化气〕，那么采取蒸汽局部转换的方法，使其形成如下变化反响：CO+H2O H2 + CO2。这样增加了有效组分氢气，提高了系统中能的利用效率。假设造成CO2多余，也比拟容易脱除。 〔2〕脱碳。如果原料气中二氧化碳含量过多，使氢碳比例过小，可以采用脱碳方法除去局部二氧化碳。脱碳方法一般采用溶液吸收，有物理吸收和化学吸收两种方法。 3．压缩 通过往复式或透平式压缩机，将净化后的气体压缩至合成甲醇所需要的压力，压力的上下主要视催化剂的性能而定。 4．合成 根据不同的催化剂，在不同的压力下，温度为240～270℃或