大型甲醇生产技术的进展
字体：【大 中 小】 来源：中国甲醇网 日期：2005-1-31
分析了国内外甲醇大型化技术的发展，介绍林达成功开发的JW低压均温型甲醇合成塔，并已在哈气化成功改造引进装置，达到提高产量50％，已在哈气化、江苏新亚、山东垦利、河南中原、邯郸新阳光、云南曲靖等六套装置上成功投运，现已进行陕西渭化、内蒙天野、辽宁大化等年产20～30万吨大型甲醇反应器加工，提出了日产1000～5000T/日大型合成反应器结构问题的解决。
一 中国甲醇生产发展的背景
1、近代甲醇不论作为化工原料（制二甲醚、丙稀、乙烯）或作为能源（甲醇汽油燃料），用途和规模不断增加。国外装置规模已进入年产百万吨级，我国 “九五”、“十五”都把开发低压甲醇合成技术列为重大项目，国务院领导对发展甲醇生产作过多次重要批示。
今年4月，国家发改委召开“关于甲醇燃料发展”的座谈会，目前还成立了中国石化协会醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会。山西省扩大推广甲醇汽油的试点城市，省政府决定由原来太原等四个市扩大到全省11市全面推广甲醇汽油，到2003年中石化山西分公司已建100座甲醇汽油加油站，供应甲醇汽油，为甲醇汽车产业化示范推广创造条件，争取太原等四个市全部用甲醇汽油。
在这种甲醇生产规模不断扩大，向大型化发展的情况下，中国是否能开发自主的现代甲醇生产技术，几十年来在我国建成的大化肥当中，廿余套大型氨合成塔全部从国外引进，现在我们中国已可以用自主知识产权的专利技术建设大型甲醇生产装置了。
2、目前国外的大型甲醇合成技术
当代甲醇合成生产技术因低压法能耗省而成为主要技术，据称英国ICI公司和德国Lurgi公司技术占据70％以上的国外生产装置，代表了国外甲醇合成生产的技术水平。目前单套最大能力为今年6月在特立尼达Atlas投产的日产5000吨的由三台反应器组成的Lurgi联合反应器。
ICI甲醇塔结构简单，催化剂装填系数大，易大型化，目前已有单套日产3000吨的装置，但催化剂床层温差大，气体返混严重，合成效率低。
Lurgi管壳甲醇塔，催化剂床层温度平稳，操作容易，合成效率较高，但反应器催化床存在严重壁效应，影响空时产率提高，催化剂装填系数小，反应器结构复杂，单塔能力小，大型化难度大。 除以上二者，还有塔间换热的TOPSΦE径向流动反应器，KBR的球形反应器，段间换热的CASALE卧式多床反应器。这类反应器由多台或多床串联组合，塔间或段间设置外部换热器移去反应热。三 大型甲醇合成反应器结构问题的解决
由于单系列大型化甲醇生产装置可显著降低投资和生产成本，故甲醇装置大型化成为甲醇生产技术发展的重要方向，而在这一问题上管壳式反应器由于实际上是一台由管板列管和壳体组成一整体而不可分的大型列管换热器，而大型化遇到难题。如在5MPa合成压力下年产20万吨单台管壳反应器直径已达4米，而这已达到我国公路运输限宽，超过4米不仅加工难度大，且整体难以运输。故超过20万吨/年需要采用多台管壳式并联，而这将带来增加设备投资等问题。减小直径的一个办法是提高合成塔高径比，国内有冷激塔提出高径比达10，如此大的高径比采用轴向塔阻力很大，即使采用了径向塔，如为连续催化剂床，
则对压制成型、强度低的甲醇催化剂难保不被压碎粉化。虽然提高合成压力也可使一定直径上反应器生产能力提高，但这一使反应管内外和管板上下反应气和壳程水汽压差增加，同样增加设备投资和制造加工技术难度。而JW均温型塔却在大型化上具备多方面有利条件。
1、首先JW塔触媒装填系数大，同样生产能力和催化剂装量下，反应器体积大幅减小（见表2），故在5MPa下直径4米以内合成塔单台能力可达到年产30万吨。
2、JW塔提高合成压力时，内件中管内外压差并不相应增加，因此除了壳体设计压力相应增加外并不增加合成塔内件加工制造的技术难度，可以十分方便地用提高合成压力提高一定直径下的生产能力，合成压力9MPa左右单台生产能力达到年产60万吨。
3、JW塔内件采用化整为零冷管胆多重同轴套装，因此即使直径超过4米，也可以采用内件分开运输到现场组装，外壳到现场组焊和热处理，我们已在进行国外购置多套塔径超过4米、4.3米、4.5米、
4.8米合成塔改造设计，这样单台能力可达到年产100万吨。
4、用多台组合
国外在大型化甲醇合成系统中对合成塔采用的方案，ICI为增大塔径单台塔，TOPSΦE采用三台径向绝热塔串联，Lurgi过去提出二台管壳式并联共用一个汽包，现在则大力提倡水冷－气冷联合反应器，即由一台气冷的冷管合成塔和外冷副产蒸汽的水冷反应器串联组合，原料气先进气冷反应器，这种对5000吨/日联合反应器则需直径4米多一台气冷和直径6米多一台水冷使二者通气截面匹配，如果水冷直径与气冷一样大，则因气体走反应管内，通气截面只有气冷一半，故阻力很大。但直径6米管壳式制造难度大，故现在Lurgi采用二台水冷并联再和一台气冷组合。而林达开发的水冷－气冷组合则为管内走水副产蒸汽，管外装催化剂。通气截面与气冷一样大，故只需水冷、气冷各一台，比Lurgi法少了一台水冷反应器，配置更为合理，投资大为节省，对特大型5000T/日以上可采用这种型式。这类反应器床层阻力减小，大型化容易，但设备投资大。反应器制造复杂，催化剂床层温度分布不够理想。
据Wu-Hsum cheng, Haroid H.Kung methanol production and Use，上述三种甲醇反应器，连续换热等温型催化剂生产强度最高，0.9～1.0kg/L·h，冷激型最低，即为0.35～.04kg/L·h，间接换热绝热反应在二者之间，即0.55～0.6kg/L·h。
二 具有我国自主知识产权的甲醇合成技术
1、林达低压均温甲醇合成塔的创新
近年来我国低压甲醇合成技术取得很大进展，中国石化协会生产力促进中心等作了大量工作，杭州林达公司、华东理工大学、各设计院合作承担了一系列甲醇项目。
杭州林达公司在甲醇和氨合成反应器上具有一系列成功的创新技术，申请了包括PCT国际专利、欧洲专利、俄罗斯专利、美国专利等在内的国内外专利，至今已有13项授权的国内外专利，在经成功开发了用于合成氨厂联醇生产的中压联醇塔，并成为目前中国联醇生产装置应用最多塔型之后，又成功开发了大型低压均温型甲醇合成塔技术，经在多厂家投产运行效果优良，并被评为2004年度国家发明二等奖。
甲醇合成是强放热反应，进入催化剂层的合成原料气需先加热到反应温度（>210℃）才能反应，
而低压甲醇合成催化剂（铜基触媒）又易过热失活(>280℃)，就必须将甲醇合成反应热及时移走，本合成塔将原料气加热和反应过程中移热结合，反应器和换热器结合连续移热，同时达到缩小设备体积和减少催化剂层温差的作用，实现达到“均温、高效、易大型化”的目标。
该低压均温型甲醇塔是不同于现有国内外甲醇塔的全新反应器结构，为国内外首创，经PCT国际检索、初步审查和国家实审，授予发明专利权，具多项独特的创新技术。其关键部分是发明了独特的大小二种弯头的双U形管冷管胆结构作为换热元件。小弯头U形管套在大弯头U形管内构成一对双U形管，双U形管中大小弯头U形管反向排列套装，气体在每二根相邻冷管内上下流动，方向均为逆流，达到触媒层等温均温反应目的，温差低达10℃。开发了全自由伸缩复合密封结构，环管位于催化剂上方的自由空间，双U形管位于催化剂层中冷管没有焊接点，结构可靠。另一种型式为具上下双环管的低压均温型甲醇塔，冷管胆有上环管和下环管，上环管连结进气管和下行冷管，下环管连结下行冷管和上行冷管。 创造开发成功用于甲醇合成的反应器模拟计算软件－“Reactor Designer”， 数学模型经过大量实际生产数据校正，更逼近实际效果。用于均温型单（联）醇反应器、管壳式反应器、ICI冷激型反应器及大型甲醇装置的联合反应器，内含各种甲醇催化剂动力学数据，可方便地对反应器进行优化设计，为开发优化设计高性能甲醇合成反应器提供强有力的技术保障。
2、投运效果和主要技术指标先进性
本项目已投产6套装置，与上述国外装置比，充分显示出反应器体积小，触媒层温差小，CO合成率高，产量高，原料气耗少等优点。
哈气化Φ2000冷激塔改为JW均温型甲醇塔后，触媒层温度由原30～70℃降低为同平面
由实际使用结果显示JW低压均温型塔达到了兼具冷激型甲醇塔结构简单、催化剂装填系数大和管壳型甲醇塔床层温差小、合成效率高，达到同样生产能力下直径比这二种塔型都要小的目标。
表2 JW低压均温甲醇塔与二大甲醇塔大小实际尺寸（直径）
3、应用推广社会经济效益
本项目至今已成功投产6套，年生产能力超过30万吨，企业取得显著的经济效益和社会效益。 哈尔滨气化厂2000年前甲醇合成仅为年产4万吨小厂，采用JW低压甲醇塔改造扩大能力，现达年产15万吨，甲醇年产值由原几千万到现在年产值3亿多。
已投入运行的JW低压均温塔年产能量已超过30万吨。
JW均温低压甲醇塔推广使用主要项目
本项目已成功投产6套装置，分别为煤气联产甲醇、天然气转化气为原料和煤制气为原料等各种原料气。
本项目的成功开发和应用改变了过去现代化反应器技术长期依赖国外的状况，在现有氨合成塔采用国外技术的渭化、天野、大化三家大型化工厂中，本项目在与国内外技术竞争中取得了成功，替代了引进，节省了大量外汇资金。本项目进行的反应器投产后已超过年产100万吨能力。在国内组织的多套煤气制甲醇、焦炉气制甲醇，如山西交城60万吨等大型甲醇项目中采用了本项目技术，并通过了专家评审。其中除上述冷管型低压甲醇塔外，我们还开发了副产中压蒸汽的水冷型（管内进水）的甲醇合成反应器和水冷气冷组合型甲醇合成工艺，并申请了PCT国际专利。内蒙、四川等多套国外购置直径超过4米的ICI冷激型大塔要求使用本项目进行改造，提高生产能力。本项目有较强的国际竞争力，多家国外公司与我们进行了技术交流。
本技术已申请国际PCT专利。
林达JW低压合成反应器除用于甲醇合成外，还非常适合甲醇脱水制二甲醚等反应过程，据设计计算，年产60万吨二甲醚塔径3.6米，比管壳式4.6米和绝热型反应器4.4米要小得多。
四 中国具有发展甲醇和下游产品的竞争力
最近有人预测国外几套大甲醇（3000～5000吨/日）投产后，中国的甲醇装置因缺乏竞争力将面临停产。面对国际市场竞争力，中国是否具有竞争基础，主要有以下几点：
1、中国有丰富的煤炭资源，煤制甲醇（二甲醚）有十分有力的条件。按吨甲醇耗煤1.8吨左右，在我国山西、陕西等富煤地区，据几个拟建年产60万吨甲醇厂的可行性报价，煤价最低60元/吨，最高170元/吨，60万吨/年工厂完全成本为600～850元/吨，可见是完全可和国际市场价位平均到岸价1140元/吨竞争，而利用焦炉气制甲醇生产成本更低。如山西交城年产60万吨甲醇成本为700元/吨。
2、中国有巨大的能源发展需要。
中国缺油少气，煤炭资源丰富。近年来，随着经济发展，每年进口大量石油，中国能源安全问题已引起高层领导重视，而甲醇作车用燃料，与汽油替代比为1.5左右。用甲醇也可进一步生产二甲醚DME。甲醇汽油被认为清洁的环保燃料，故有巨大发展潜力。
3、中国已具备开发设计建设大型甲醇装置的技术水平。
建大型甲醇生产装置的技术问题主要有工艺设计、大型设备制造、催化剂开发。从煤制大型甲醇技术和设备看，一是煤气化技术，国内华东理工大学和山西煤化所等成功开发了煤气化技术，设备制造与国外的差距主要是气化装置喷嘴；二是大型反应器设计开发制造技术，华东理工大学、杭州林达化工技术工程公司开发和掌握了大型甲醇反应器数学模型和计算软件。
4、林达低压均温型反应器由于采用合成塔壳体和内件分开加工的设计，而中国一些重型化机厂已有加工高压（10MPa以上）大直径（4米多）的压力容器的能力，并可进行大直径容器的现场组焊、热处理，而内件更可化整为零，现场组装，因此设计制造大型甲醇合成反应器已不成问题。
5、对于甲醇生产所需催化剂，国内南化、西南研究院等均有一定基础。目前我国氨合成催化剂已达国际领先水平，并已转让出口国外。相信通过努力在甲醇合成、二甲醚、MTP等技术上催化剂也会不断提高达到国际先进水平，可以预期中国甲醇和下游产品生产有其广阔前景。愿通过这次上海中国煤化工
及煤转化会议，加强国内外企业友好交流和合作，为共同推动我国煤化工、甲醇和下游产品技术取得良好的成绩。
1．简述工业甲醇生产方法。
生产甲醇的方法有多种，早期用木材或木质素干馏法制甲醇的方法，今天在工业上已经被淘汰了。氯甲烷水解法也可以生产甲醇，但因水解法价格昂贵，没有得到工业上的应用。甲烷部分氧化法可以生产甲醇，这种制甲醇的方法工艺流程简单，建设投资节省，但是，这种氧化过程不易控制，常因深度氧化生成碳的氧化物和水。而使原料和产品受到很大损失。因此甲烷部分氧化法制甲醇的方法仍未实现工业化。但它具有上述优点，国外在这方面的研究—直没有中断。应该是一个很有工业前途的制取甲醇的方法。
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。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应。重油部分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，但由于反应速率较慢，设备比较庞大。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-固相催化反应过程。随着甲醇合成催化剂技术的不断发展，目前总的趋势是由高压向低、中压发展。
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分离的杂质，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。
2．简述高压法、中压法、低压法三种方法及区别。
高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂，在300—400℃，30MPa高温高压下合成甲醇的过程。自从1923年第一次用这种方法合成甲醇成功后，差不多有50年的时间，世界上合成甲醇生产都沿用这种方法，仅在设计上有某些细节不同，例如甲醇合成塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类；反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式；有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等。近几年来，我国开发了25-27MPa压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术，出口气体中甲醇含量4％左右，反应温度230-290℃。
ICl低压甲醇法为英国ICl公司在1966年研究成功的甲醇生产方法。从而打破了甲醇合成的高压法的垄断，这是甲醇生产工艺上的一次重大变革，它采用51-1型铜基催化剂，合成压力5MPa。ICl法所用的合成塔为热壁多段冷激式，结构简单，每段催化剂层上部装有菱形冷激气分配器，使冷激气均匀地进入催化剂层，用以调节塔内温度。低压法合成塔的型式还有联邦德国Lurgi公司的管束型副产蒸汽合成塔及美国电动研究所的三相甲醇合成系统。70年代，我国轻工部四川维尼纶厂从法国Speichim公司引进了一套以乙炔尾气为原料日产300吨低压甲醇装置(英国ICI专利技术)。80年代，齐鲁石化公司第二化肥厂引进了联邦德国Lurgi公司的低压甲醇合成装置。
中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的，由于低压法操作压力低，导致设备体积相当庞大，不利于甲醇生产的大型化。因此发展了压力为10MPa左右的甲醇合成中压法。它能更有效地降低建厂费用和甲醇生产成本。例如ICI公司研究成功了51-2型铜基催化剂，其化学组成和活性与低压合成催化剂51-1型差不多，只是催化剂的晶体结构不相同，制造成本比51-1型高贵。由于这种催化剂在较高压力下也能维持较长的寿命，从而使ICI公司有可能将原有的5MPa的合成压力提高到l0MPa，所用合成塔与低压法相同
也是四段冷激式，其流程和设备与低压法类似。
3．简述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、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法，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。由于反应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不足，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，以达到合适的配比，二氧化碳可以外部供应，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的甲烷进行反应；第二段进行天然气的部分氧化，不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到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清除有害杂质，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。
4．简述煤、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。
5．简述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，催化部分氧化法、加压非催化部分氧化法、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应。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部分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。
重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行燃烧反应，反应放热，使部分碳氢化合物发生热裂解，裂解产物进一步发生氧化、重整反应，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。重油部分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，需将部分合成气经过变换，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，以达到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。
6．简述联醇生产方法。
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、分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，大部分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应生成甲醇，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。
甲醇生产技术成熟 经济上有竞争力
甲醇是一种用途广泛的有机化工产品及重要的基本有机化工原料，应用于有机合成、农药、医药、涂料、染料和国防工业等领域。随着社会经济的快速增长，能源、环境问题日益突出，甲醇作为燃料应用的比例越来越大。近20年来，甲醇生产发展很快，技术不断提高，生产规模逐年扩大，生产工艺逐步成熟，各项技术指标不断完善，特别是近年来甲醇汽、柴油的开发和应用，使其作为代用燃料，从技术性、经济性上具有了很强的竞争力。
一、甲醇生产技术发展概况
甲醇是传统的化工产品，其生产技术、生产工艺经过几十年的试验研究，特别是近20年来不断发展和创新，在原料路线、生产规模、节能降耗、过程控制与优化及与其他化工产品联合生产等方面都有新的突破和进展。
（一）原料路线
甲醇生产的原料大致有煤、石油、天然气、生物秸杆和含H2、CO（或CO2）的工业废气等。从50年代开始，天然气逐步成为制造甲醇的主要原料，但是，随着能源的紧张，有效地开发煤炭资源，以煤制甲醇的煤气化技术发展迅速，除传统的固定床UGI炉外，固定床鲁奇化炉、流化床温克勒气化炉、气流床K－T炉、气流床德士古气化炉的开发均取得进展，并都在工业上得到使用。从长远的战略观点来看，世界江的贮藏量远远超过天然气和石油，我国情况更是如此，经过不断的发展和创新，我国已处于世界领先地位。为适应不同的原料、工艺及规模，我国已开发了多种多样的拥有自主知识产权的系列化技术，可适应无烟煤、烟煤、高硫煤、焦炉气、煤层气等不同原料和中小化肥厂联产、单产和煤矿坑口大型化的不同规模。
（二）生产规模
甲醇生产技术发展趋势之一是单系列、大型化。由于高压设备尺寸的限制，50年代以前，甲醇合成塔的单塔生产能力一般不超过100－200吨/日，60年代不超过200－300吨/日。但近十几年来，单系列大型甲醇合成塔不断被开发，并在工业生产中使用。Lurgi管壳型甲醇合成塔单塔能力何达1000－1500吨/日，ICI多段冷激型甲醇合成塔单塔生产能力可达2500吨/日。随着由汽轮机驱动的大型离心压缩机研制成功，充分发挥了规模将效应。
国内的甲醇装置的规模偏小，除引进的Lurgi与ICI装置单系列年产10万吨甲醇外，较多中型化肥厂中单系列甲醇装置，仅年产3－4万吨。近期我国甲醇装置的生产规模有了较大的发展，在不同地区，六套60万吨/年煤制甲醇进行了评价，将投入建设。
（三）节能降耗
甲醇成本中能源费用占较大比重，目前，甲醇生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收与合理利用能量等方面。主要方向是研制性能更好的转化与合成催化剂，降低甲醇合成压力，开发新的净化方法，降低燃料消耗，采用节能型清馏工艺与设备，高、中、低位热能的合理配置与低位能热能的合理使用等措施，并取得突破性进展。
（四）过程控制
甲醇生产是连续操作，技术密集的工艺，目前已实现调度自动化操作。化工过程优化控制在甲醇生产中得到推广与应用。
国内甲醇装置的过程控制已采用数学模型方法对系统进行分析。不断引进国外先进控制技术，进一步提高自控水平，对发展我国甲醇工业很有意义。
（五）联合生产
国内外大多数甲醇装置都是与其他化工产品实现联合生产的，甲醇装置成为大型化肥厂或石油化工厂的一个组成部分，其中有代表性的是合成氨联产甲醇、城市煤气、焦炉气联产甲醇。此外，还有利用含
CO和H2的尾气、废气生产甲醇，目前已投产的有乙炔尾气制甲醇，乙烯裂解废气制甲醇等。
（六）燃料甲醇生产
燃料甲醇是指大规模、低成本生产的非化学纯而作为燃料用的甲醇，其中含有较少量其他低级醇类。通过改进合成甲醇催化剂及生产工艺条件，在美国、意大利、法国等国家已建成燃料甲醇生产装置，并投入运行。我国以煤制燃料甲醇的生产装置也在建设中。
二、发展甲醇生产充分体现综合能源和化工产品特点
世界的石油资源已不能支撑世界经济的可持发展，在全球经济一体化和可持续发展的总体原则之下，除石油外，天然气和煤将成为重要的主体能源。我国石油探明剩余可采储量22.24亿吨。中国石油天然气总公司研究专家计算，我国最终可采资源量大体为140亿吨，减去已开采量，按最先进的采收率，实际可获成品石油33亿吨，石油资源短缺。但我国煤炭资源丰富，探明剩余可储量7000亿吨标准煤，计算可采百年。
化学工业的主要原料是能源，历史的经验世界能源结构的变化，必然随之带来化学工业原料结构的相应变化。实践证明，当前世界的化学工业已进入原料路线多元化综合发展的阶段，其特点就是以天然气及甲醇进一步加工成洁净能源及众多的化工产品（包括石油化工产品）即称之为合成气及甲醇体系的能源化工新产业（多元化原料路线综合发展见示意图1），以支撑各行各业高新技术及重要支柱产业的发展。当前世界的新动向是：
（一）建设超大型的甲醇装置。即一套装置日产5000吨以上，充分发挥规模效应。当前在世界已有6－9套大型及超大型甲醇装置在筹备和建设中。
（二）高性能的催化剂。可高收率、高选择性的获得预定得到的产品为主，如图2所示MTP（即甲醇制丙烯）工艺。同时联产洁净的二次能源产品，图中所示：综合甲醇/甲醇制丙烯/聚丙烯复合工工艺，具体体现了该工艺装置，可生产55万吨甲醇商品作为二次清洁能源及化工原料销售；剩余的115万吨/年甲醇转化为丙烯35万吨/年，可生产聚丙烯35万吨/年或其它丙烯下游产品如丙烯睛、丙烯酸、蛋氨酸、丙酮和苯酚、丁醇、丁醛、丁烯醛等等。同时联产约5万吨/年石油液化气（LPG），汽油10万吨/年等。充分体现综合能源和化工产品的特点。
三、煤制清洁燃料甲醇代替石油的经济性
能源是经济发展的重要因素，以煤为主，多种能源并存的能源结构是中国发展经济的重要特色。因此，结合中国的国情和条件，以煤制甲醇生产技术为基础，走燃料甲醇代替石油路线，是我国能源的发展方向，也是将我国的煤炭资源优势转化为经济优势的可持续发展的战略之路。
我国煤炭资源丰富，特别是山西省依托自身的资源优势和技术优势，利用煤炭焦炉气、煤层气在现有的工艺技术基础上，发展甲醇生产，采用化肥联醇、焦炉气、煤层气其生产成本大约在800－1000元/吨。随着有自主知识产权的新技术大型或超大型厂的建立，利用廉价高硫低质煤，成本还可降低到650－800元/吨，且按燃料甲醇新工艺生产成本尚可进一步降低。最近我们在我国不同的地区开展了六套60万吨/年煤制甲醇的经济性评价（见图3），其完全成本均在600元/吨－850元/吨之间，基本上在70－100美元/吨甲醇范围内。当国际市场丙烯的销售价格在380美元－400美元，甲醇的生产成本在70－100美元时，企业的内部收益率将为15－35%。如果到燃料甲醇生产的合理利润，每吨燃料甲醇市场售价控制在1400元左右较为适宜，完全可以与当前油价的石油化工技术相竞争。
如以甲醇代替汽油的醇/ 油当量仍按十分保守的条件为1.8:1，其当量油价仅为2580元/吨。现93＃油已超过4000元/吨，按所获经济及社会效益计，每吨则为1420元，以全国耗汽、柴油5000万吨/年计，仅掺入15%甲醇所产生的效益可达710亿元，同时可减少原油进口约2250万吨，节约外汇数十亿美元，经济性非常显著。
从我国的产业结构调整来分析，发展燃料甲醇，可以带动煤炭深加工产业的发展，其影响深远，利国利民。
世界上开发及应用燃料甲醇及醇汽车起源于二十世纪七十年代。两次石油危机，已孕育着世界能源结构的大调整，且美国、日本、欧洲等纷纷行动，到八十年代末、九十年代初燃料甲醇及甲醇汽车的应用技术已发展成熟。世界上能源多元化结构已成不可逆转的趋势，甲醇生产的技术性、经济性已充分表明了燃料甲醇体系的能源化工已成为发展的方向。
大型甲醇生产技术的进展
字体：【大 中 小】 来源：中国甲醇网 日期：2005-1-31
分析了国内外甲醇大型化技术的发展，介绍林达成功开发的JW低压均温型甲醇合成塔，并已在哈气化成功改造引进装置，达到提高产量50％，已在哈气化、江苏新亚、山东垦利、河南中原、邯郸新阳光、云南曲靖等六套装置上成功投运，现已进行陕西渭化、内蒙天野、辽宁大化等年产20～30万吨大型甲醇反应器加工，提出了日产1000～5000T/日大型合成反应器结构问题的解决。
一 中国甲醇生产发展的背景
1、近代甲醇不论作为化工原料（制二甲醚、丙稀、乙烯）或作为能源（甲醇汽油燃料），用途和规模不断增加。国外装置规模已进入年产百万吨级，我国 “九五”、“十五”都把开发低压甲醇合成技术列为重大项目，国务院领导对发展甲醇生产作过多次重要批示。
今年4月，国家发改委召开“关于甲醇燃料发展”的座谈会，目前还成立了中国石化协会醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会。山西省扩大推广甲醇汽油的试点城市，省政府决定由原来太原等四个市扩大到全省11市全面推广甲醇汽油，到2003年中石化山西分公司已建100座甲醇汽油加油站，供应甲醇汽油，为甲醇汽车产业化示范推广创造条件，争取太原等四个市全部用甲醇汽油。
在这种甲醇生产规模不断扩大，向大型化发展的情况下，中国是否能开发自主的现代甲醇生产技术，几十年来在我国建成的大化肥当中，廿余套大型氨合成塔全部从国外引进，现在我们中国已可以用自主知识产权的专利技术建设大型甲醇生产装置了。
2、目前国外的大型甲醇合成技术
当代甲醇合成生产技术因低压法能耗省而成为主要技术，据称英国ICI公司和德国Lurgi公司技术占据70％以上的国外生产装置，代表了国外甲醇合成生产的技术水平。目前单套最大能力为今年6月在特立尼达Atlas投产的日产5000吨的由三台反应器组成的Lurgi联合反应器。
ICI甲醇塔结构简单，催化剂装填系数大，易大型化，目前已有单套日产3000吨的装置，但催化剂床层温差大，气体返混严重，合成效率低。
Lurgi管壳甲醇塔，催化剂床层温度平稳，操作容易，合成效率较高，但反应器催化床存在严重壁效应，影响空时产率提高，催化剂装填系数小，反应器结构复杂，单塔能力小，大型化难度大。 除以上二者，还有塔间换热的TOPSΦE径向流动反应器，KBR的球形反应器，段间换热的CASALE卧式多床反应器。这类反应器由多台或多床串联组合，塔间或段间设置外部换热器移去反应热。三 大型甲醇合成反应器结构问题的解决
由于单系列大型化甲醇生产装置可显著降低投资和生产成本，故甲醇装置大型化成为甲醇生产技术发展的重要方向，而在这一问题上管壳式反应器由于实际上是一台由管板列管和壳体组成一整体而不可分的大型列管换热器，而大型化遇到难题。如在5MPa合成压力下年产20万吨单台管壳反应器直径已达4米，而这已达到我国公路运输限宽，超过4米不仅加工难度大，且整体难以运输。故超过20万吨/年需要采用多台管壳式并联，而这将带来增加设备投资等问题。减小直径的一个办法是提高合成塔高径比，国内有冷激塔提出高径比达10，如此大的高径比采用轴向塔阻力很大，即使采用了径向塔，如为连续催化剂床，
则对压制成型、强度低的甲醇催化剂难保不被压碎粉化。虽然提高合成压力也可使一定直径上反应器生产能力提高，但这一使反应管内外和管板上下反应气和壳程水汽压差增加，同样增加设备投资和制造加工技术难度。而JW均温型塔却在大型化上具备多方面有利条件。
1、首先JW塔触媒装填系数大，同样生产能力和催化剂装量下，反应器体积大幅减小（见表2），故在5MPa下直径4米以内合成塔单台能力可达到年产30万吨。
2、JW塔提高合成压力时，内件中管内外压差并不相应增加，因此除了壳体设计压力相应增加外并不增加合成塔内件加工制造的技术难度，可以十分方便地用提高合成压力提高一定直径下的生产能力，合成压力9MPa左右单台生产能力达到年产60万吨。
3、JW塔内件采用化整为零冷管胆多重同轴套装，因此即使直径超过4米，也可以采用内件分开运输到现场组装，外壳到现场组焊和热处理，我们已在进行国外购置多套塔径超过4米、4.3米、4.5米、
4.8米合成塔改造设计，这样单台能力可达到年产100万吨。
4、用多台组合
国外在大型化甲醇合成系统中对合成塔采用的方案，ICI为增大塔径单台塔，TOPSΦE采用三台径向绝热塔串联，Lurgi过去提出二台管壳式并联共用一个汽包，现在则大力提倡水冷－气冷联合反应器，即由一台气冷的冷管合成塔和外冷副产蒸汽的水冷反应器串联组合，原料气先进气冷反应器，这种对5000吨/日联合反应器则需直径4米多一台气冷和直径6米多一台水冷使二者通气截面匹配，如果水冷直径与气冷一样大，则因气体走反应管内，通气截面只有气冷一半，故阻力很大。但直径6米管壳式制造难度大，故现在Lurgi采用二台水冷并联再和一台气冷组合。而林达开发的水冷－气冷组合则为管内走水副产蒸汽，管外装催化剂。通气截面与气冷一样大，故只需水冷、气冷各一台，比Lurgi法少了一台水冷反应器，配置更为合理，投资大为节省，对特大型5000T/日以上可采用这种型式。这类反应器床层阻力减小，大型化容易，但设备投资大。反应器制造复杂，催化剂床层温度分布不够理想。
据Wu-Hsum cheng, Haroid H.Kung methanol production and Use，上述三种甲醇反应器，连续换热等温型催化剂生产强度最高，0.9～1.0kg/L·h，冷激型最低，即为0.35～.04kg/L·h，间接换热绝热反应在二者之间，即0.55～0.6kg/L·h。
二 具有我国自主知识产权的甲醇合成技术
1、林达低压均温甲醇合成塔的创新
近年来我国低压甲醇合成技术取得很大进展，中国石化协会生产力促进中心等作了大量工作，杭州林达公司、华东理工大学、各设计院合作承担了一系列甲醇项目。
杭州林达公司在甲醇和氨合成反应器上具有一系列成功的创新技术，申请了包括PCT国际专利、欧洲专利、俄罗斯专利、美国专利等在内的国内外专利，至今已有13项授权的国内外专利，在经成功开发了用于合成氨厂联醇生产的中压联醇塔，并成为目前中国联醇生产装置应用最多塔型之后，又成功开发了大型低压均温型甲醇合成塔技术，经在多厂家投产运行效果优良，并被评为2004年度国家发明二等奖。
甲醇合成是强放热反应，进入催化剂层的合成原料气需先加热到反应温度（>210℃）才能反应，
而低压甲醇合成催化剂（铜基触媒）又易过热失活(>280℃)，就必须将甲醇合成反应热及时移走，本合成塔将原料气加热和反应过程中移热结合，反应器和换热器结合连续移热，同时达到缩小设备体积和减少催化剂层温差的作用，实现达到“均温、高效、易大型化”的目标。
该低压均温型甲醇塔是不同于现有国内外甲醇塔的全新反应器结构，为国内外首创，经PCT国际检索、初步审查和国家实审，授予发明专利权，具多项独特的创新技术。其关键部分是发明了独特的大小二种弯头的双U形管冷管胆结构作为换热元件。小弯头U形管套在大弯头U形管内构成一对双U形管，双U形管中大小弯头U形管反向排列套装，气体在每二根相邻冷管内上下流动，方向均为逆流，达到触媒层等温均温反应目的，温差低达10℃。开发了全自由伸缩复合密封结构，环管位于催化剂上方的自由空间，双U形管位于催化剂层中冷管没有焊接点，结构可靠。另一种型式为具上下双环管的低压均温型甲醇塔，冷管胆有上环管和下环管，上环管连结进气管和下行冷管，下环管连结下行冷管和上行冷管。 创造开发成功用于甲醇合成的反应器模拟计算软件－“Reactor Designer”， 数学模型经过大量实际生产数据校正，更逼近实际效果。用于均温型单（联）醇反应器、管壳式反应器、ICI冷激型反应器及大型甲醇装置的联合反应器，内含各种甲醇催化剂动力学数据，可方便地对反应器进行优化设计，为开发优化设计高性能甲醇合成反应器提供强有力的技术保障。
2、投运效果和主要技术指标先进性
本项目已投产6套装置，与上述国外装置比，充分显示出反应器体积小，触媒层温差小，CO合成率高，产量高，原料气耗少等优点。
哈气化Φ2000冷激塔改为JW均温型甲醇塔后，触媒层温度由原30～70℃降低为同平面
由实际使用结果显示JW低压均温型塔达到了兼具冷激型甲醇塔结构简单、催化剂装填系数大和管壳型甲醇塔床层温差小、合成效率高，达到同样生产能力下直径比这二种塔型都要小的目标。
表2 JW低压均温甲醇塔与二大甲醇塔大小实际尺寸（直径）
3、应用推广社会经济效益
本项目至今已成功投产6套，年生产能力超过30万吨，企业取得显著的经济效益和社会效益。 哈尔滨气化厂2000年前甲醇合成仅为年产4万吨小厂，采用JW低压甲醇塔改造扩大能力，现达年产15万吨，甲醇年产值由原几千万到现在年产值3亿多。
已投入运行的JW低压均温塔年产能量已超过30万吨。
JW均温低压甲醇塔推广使用主要项目
本项目已成功投产6套装置，分别为煤气联产甲醇、天然气转化气为原料和煤制气为原料等各种原料气。
本项目的成功开发和应用改变了过去现代化反应器技术长期依赖国外的状况，在现有氨合成塔采用国外技术的渭化、天野、大化三家大型化工厂中，本项目在与国内外技术竞争中取得了成功，替代了引进，节省了大量外汇资金。本项目进行的反应器投产后已超过年产100万吨能力。在国内组织的多套煤气制甲醇、焦炉气制甲醇，如山西交城60万吨等大型甲醇项目中采用了本项目技术，并通过了专家评审。其中除上述冷管型低压甲醇塔外，我们还开发了副产中压蒸汽的水冷型（管内进水）的甲醇合成反应器和水冷气冷组合型甲醇合成工艺，并申请了PCT国际专利。内蒙、四川等多套国外购置直径超过4米的ICI冷激型大塔要求使用本项目进行改造，提高生产能力。本项目有较强的国际竞争力，多家国外公司与我们进行了技术交流。
本技术已申请国际PCT专利。
林达JW低压合成反应器除用于甲醇合成外，还非常适合甲醇脱水制二甲醚等反应过程，据设计计算，年产60万吨二甲醚塔径3.6米，比管壳式4.6米和绝热型反应器4.4米要小得多。
四 中国具有发展甲醇和下游产品的竞争力
最近有人预测国外几套大甲醇（3000～5000吨/日）投产后，中国的甲醇装置因缺乏竞争力将面临停产。面对国际市场竞争力，中国是否具有竞争基础，主要有以下几点：
1、中国有丰富的煤炭资源，煤制甲醇（二甲醚）有十分有力的条件。按吨甲醇耗煤1.8吨左右，在我国山西、陕西等富煤地区，据几个拟建年产60万吨甲醇厂的可行性报价，煤价最低60元/吨，最高170元/吨，60万吨/年工厂完全成本为600～850元/吨，可见是完全可和国际市场价位平均到岸价1140元/吨竞争，而利用焦炉气制甲醇生产成本更低。如山西交城年产60万吨甲醇成本为700元/吨。
2、中国有巨大的能源发展需要。
中国缺油少气，煤炭资源丰富。近年来，随着经济发展，每年进口大量石油，中国能源安全问题已引起高层领导重视，而甲醇作车用燃料，与汽油替代比为1.5左右。用甲醇也可进一步生产二甲醚DME。甲醇汽油被认为清洁的环保燃料，故有巨大发展潜力。
3、中国已具备开发设计建设大型甲醇装置的技术水平。
建大型甲醇生产装置的技术问题主要有工艺设计、大型设备制造、催化剂开发。从煤制大型甲醇技术和设备看，一是煤气化技术，国内华东理工大学和山西煤化所等成功开发了煤气化技术，设备制造与国外的差距主要是气化装置喷嘴；二是大型反应器设计开发制造技术，华东理工大学、杭州林达化工技术工程公司开发和掌握了大型甲醇反应器数学模型和计算软件。
4、林达低压均温型反应器由于采用合成塔壳体和内件分开加工的设计，而中国一些重型化机厂已有加工高压（10MPa以上）大直径（4米多）的压力容器的能力，并可进行大直径容器的现场组焊、热处理，而内件更可化整为零，现场组装，因此设计制造大型甲醇合成反应器已不成问题。
5、对于甲醇生产所需催化剂，国内南化、西南研究院等均有一定基础。目前我国氨合成催化剂已达国际领先水平，并已转让出口国外。相信通过努力在甲醇合成、二甲醚、MTP等技术上催化剂也会不断提高达到国际先进水平，可以预期中国甲醇和下游产品生产有其广阔前景。愿通过这次上海中国煤化工
及煤转化会议，加强国内外企业友好交流和合作，为共同推动我国煤化工、甲醇和下游产品技术取得良好的成绩。
1．简述工业甲醇生产方法。
生产甲醇的方法有多种，早期用木材或木质素干馏法制甲醇的方法，今天在工业上已经被淘汰了。氯甲烷水解法也可以生产甲醇，但因水解法价格昂贵，没有得到工业上的应用。甲烷部分氧化法可以生产甲醇，这种制甲醇的方法工艺流程简单，建设投资节省，但是，这种氧化过程不易控制，常因深度氧化生成碳的氧化物和水。而使原料和产品受到很大损失。因此甲烷部分氧化法制甲醇的方法仍未实现工业化。但它具有上述优点，国外在这方面的研究—直没有中断。应该是一个很有工业前途的制取甲醇的方法。
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。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应。重油部分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，但由于反应速率较慢，设备比较庞大。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-固相催化反应过程。随着甲醇合成催化剂技术的不断发展，目前总的趋势是由高压向低、中压发展。
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分离的杂质，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。
2．简述高压法、中压法、低压法三种方法及区别。
高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂，在300—400℃，30MPa高温高压下合成甲醇的过程。自从1923年第一次用这种方法合成甲醇成功后，差不多有50年的时间，世界上合成甲醇生产都沿用这种方法，仅在设计上有某些细节不同，例如甲醇合成塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类；反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式；有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等。近几年来，我国开发了25-27MPa压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术，出口气体中甲醇含量4％左右，反应温度230-290℃。
ICl低压甲醇法为英国ICl公司在1966年研究成功的甲醇生产方法。从而打破了甲醇合成的高压法的垄断，这是甲醇生产工艺上的一次重大变革，它采用51-1型铜基催化剂，合成压力5MPa。ICl法所用的合成塔为热壁多段冷激式，结构简单，每段催化剂层上部装有菱形冷激气分配器，使冷激气均匀地进入催化剂层，用以调节塔内温度。低压法合成塔的型式还有联邦德国Lurgi公司的管束型副产蒸汽合成塔及美国电动研究所的三相甲醇合成系统。70年代，我国轻工部四川维尼纶厂从法国Speichim公司引进了一套以乙炔尾气为原料日产300吨低压甲醇装置(英国ICI专利技术)。80年代，齐鲁石化公司第二化肥厂引进了联邦德国Lurgi公司的低压甲醇合成装置。
中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的，由于低压法操作压力低，导致设备体积相当庞大，不利于甲醇生产的大型化。因此发展了压力为10MPa左右的甲醇合成中压法。它能更有效地降低建厂费用和甲醇生产成本。例如ICI公司研究成功了51-2型铜基催化剂，其化学组成和活性与低压合成催化剂51-1型差不多，只是催化剂的晶体结构不相同，制造成本比51-1型高贵。由于这种催化剂在较高压力下也能维持较长的寿命，从而使ICI公司有可能将原有的5MPa的合成压力提高到l0MPa，所用合成塔与低压法相同
也是四段冷激式，其流程和设备与低压法类似。
3．简述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、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法，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。由于反应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不足，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，以达到合适的配比，二氧化碳可以外部供应，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的甲烷进行反应；第二段进行天然气的部分氧化，不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到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清除有害杂质，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。
4．简述煤、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。
5．简述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，催化部分氧化法、加压非催化部分氧化法、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应。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部分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。
重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行燃烧反应，反应放热，使部分碳氢化合物发生热裂解，裂解产物进一步发生氧化、重整反应，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。重油部分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，需将部分合成气经过变换，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，以达到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。
6．简述联醇生产方法。
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、分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，大部分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应生成甲醇，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。
甲醇生产技术成熟 经济上有竞争力
甲醇是一种用途广泛的有机化工产品及重要的基本有机化工原料，应用于有机合成、农药、医药、涂料、染料和国防工业等领域。随着社会经济的快速增长，能源、环境问题日益突出，甲醇作为燃料应用的比例越来越大。近20年来，甲醇生产发展很快，技术不断提高，生产规模逐年扩大，生产工艺逐步成熟，各项技术指标不断完善，特别是近年来甲醇汽、柴油的开发和应用，使其作为代用燃料，从技术性、经济性上具有了很强的竞争力。
一、甲醇生产技术发展概况
甲醇是传统的化工产品，其生产技术、生产工艺经过几十年的试验研究，特别是近20年来不断发展和创新，在原料路线、生产规模、节能降耗、过程控制与优化及与其他化工产品联合生产等方面都有新的突破和进展。
（一）原料路线
甲醇生产的原料大致有煤、石油、天然气、生物秸杆和含H2、CO（或CO2）的工业废气等。从50年代开始，天然气逐步成为制造甲醇的主要原料，但是，随着能源的紧张，有效地开发煤炭资源，以煤制甲醇的煤气化技术发展迅速，除传统的固定床UGI炉外，固定床鲁奇化炉、流化床温克勒气化炉、气流床K－T炉、气流床德士古气化炉的开发均取得进展，并都在工业上得到使用。从长远的战略观点来看，世界江的贮藏量远远超过天然气和石油，我国情况更是如此，经过不断的发展和创新，我国已处于世界领先地位。为适应不同的原料、工艺及规模，我国已开发了多种多样的拥有自主知识产权的系列化技术，可适应无烟煤、烟煤、高硫煤、焦炉气、煤层气等不同原料和中小化肥厂联产、单产和煤矿坑口大型化的不同规模。
（二）生产规模
甲醇生产技术发展趋势之一是单系列、大型化。由于高压设备尺寸的限制，50年代以前，甲醇合成塔的单塔生产能力一般不超过100－200吨/日，60年代不超过200－300吨/日。但近十几年来，单系列大型甲醇合成塔不断被开发，并在工业生产中使用。Lurgi管壳型甲醇合成塔单塔能力何达1000－1500吨/日，ICI多段冷激型甲醇合成塔单塔生产能力可达2500吨/日。随着由汽轮机驱动的大型离心压缩机研制成功，充分发挥了规模将效应。
国内的甲醇装置的规模偏小，除引进的Lurgi与ICI装置单系列年产10万吨甲醇外，较多中型化肥厂中单系列甲醇装置，仅年产3－4万吨。近期我国甲醇装置的生产规模有了较大的发展，在不同地区，六套60万吨/年煤制甲醇进行了评价，将投入建设。
（三）节能降耗
甲醇成本中能源费用占较大比重，目前，甲醇生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收与合理利用能量等方面。主要方向是研制性能更好的转化与合成催化剂，降低甲醇合成压力，开发新的净化方法，降低燃料消耗，采用节能型清馏工艺与设备，高、中、低位热能的合理配置与低位能热能的合理使用等措施，并取得突破性进展。
（四）过程控制
甲醇生产是连续操作，技术密集的工艺，目前已实现调度自动化操作。化工过程优化控制在甲醇生产中得到推广与应用。
国内甲醇装置的过程控制已采用数学模型方法对系统进行分析。不断引进国外先进控制技术，进一步提高自控水平，对发展我国甲醇工业很有意义。
（五）联合生产
国内外大多数甲醇装置都是与其他化工产品实现联合生产的，甲醇装置成为大型化肥厂或石油化工厂的一个组成部分，其中有代表性的是合成氨联产甲醇、城市煤气、焦炉气联产甲醇。此外，还有利用含
CO和H2的尾气、废气生产甲醇，目前已投产的有乙炔尾气制甲醇，乙烯裂解废气制甲醇等。
（六）燃料甲醇生产
燃料甲醇是指大规模、低成本生产的非化学纯而作为燃料用的甲醇，其中含有较少量其他低级醇类。通过改进合成甲醇催化剂及生产工艺条件，在美国、意大利、法国等国家已建成燃料甲醇生产装置，并投入运行。我国以煤制燃料甲醇的生产装置也在建设中。
二、发展甲醇生产充分体现综合能源和化工产品特点
世界的石油资源已不能支撑世界经济的可持发展，在全球经济一体化和可持续发展的总体原则之下，除石油外，天然气和煤将成为重要的主体能源。我国石油探明剩余可采储量22.24亿吨。中国石油天然气总公司研究专家计算，我国最终可采资源量大体为140亿吨，减去已开采量，按最先进的采收率，实际可获成品石油33亿吨，石油资源短缺。但我国煤炭资源丰富，探明剩余可储量7000亿吨标准煤，计算可采百年。
化学工业的主要原料是能源，历史的经验世界能源结构的变化，必然随之带来化学工业原料结构的相应变化。实践证明，当前世界的化学工业已进入原料路线多元化综合发展的阶段，其特点就是以天然气及甲醇进一步加工成洁净能源及众多的化工产品（包括石油化工产品）即称之为合成气及甲醇体系的能源化工新产业（多元化原料路线综合发展见示意图1），以支撑各行各业高新技术及重要支柱产业的发展。当前世界的新动向是：
（一）建设超大型的甲醇装置。即一套装置日产5000吨以上，充分发挥规模效应。当前在世界已有6－9套大型及超大型甲醇装置在筹备和建设中。
（二）高性能的催化剂。可高收率、高选择性的获得预定得到的产品为主，如图2所示MTP（即甲醇制丙烯）工艺。同时联产洁净的二次能源产品，图中所示：综合甲醇/甲醇制丙烯/聚丙烯复合工工艺，具体体现了该工艺装置，可生产55万吨甲醇商品作为二次清洁能源及化工原料销售；剩余的115万吨/年甲醇转化为丙烯35万吨/年，可生产聚丙烯35万吨/年或其它丙烯下游产品如丙烯睛、丙烯酸、蛋氨酸、丙酮和苯酚、丁醇、丁醛、丁烯醛等等。同时联产约5万吨/年石油液化气（LPG），汽油10万吨/年等。充分体现综合能源和化工产品的特点。
三、煤制清洁燃料甲醇代替石油的经济性
能源是经济发展的重要因素，以煤为主，多种能源并存的能源结构是中国发展经济的重要特色。因此，结合中国的国情和条件，以煤制甲醇生产技术为基础，走燃料甲醇代替石油路线，是我国能源的发展方向，也是将我国的煤炭资源优势转化为经济优势的可持续发展的战略之路。
我国煤炭资源丰富，特别是山西省依托自身的资源优势和技术优势，利用煤炭焦炉气、煤层气在现有的工艺技术基础上，发展甲醇生产，采用化肥联醇、焦炉气、煤层气其生产成本大约在800－1000元/吨。随着有自主知识产权的新技术大型或超大型厂的建立，利用廉价高硫低质煤，成本还可降低到650－800元/吨，且按燃料甲醇新工艺生产成本尚可进一步降低。最近我们在我国不同的地区开展了六套60万吨/年煤制甲醇的经济性评价（见图3），其完全成本均在600元/吨－850元/吨之间，基本上在70－100美元/吨甲醇范围内。当国际市场丙烯的销售价格在380美元－400美元，甲醇的生产成本在70－100美元时，企业的内部收益率将为15－35%。如果到燃料甲醇生产的合理利润，每吨燃料甲醇市场售价控制在1400元左右较为适宜，完全可以与当前油价的石油化工技术相竞争。
如以甲醇代替汽油的醇/ 油当量仍按十分保守的条件为1.8:1，其当量油价仅为2580元/吨。现93＃油已超过4000元/吨，按所获经济及社会效益计，每吨则为1420元，以全国耗汽、柴油5000万吨/年计，仅掺入15%甲醇所产生的效益可达710亿元，同时可减少原油进口约2250万吨，节约外汇数十亿美元，经济性非常显著。
从我国的产业结构调整来分析，发展燃料甲醇，可以带动煤炭深加工产业的发展，其影响深远，利国利民。
世界上开发及应用燃料甲醇及醇汽车起源于二十世纪七十年代。两次石油危机，已孕育着世界能源结构的大调整，且美国、日本、欧洲等纷纷行动，到八十年代末、九十年代初燃料甲醇及甲醇汽车的应用技术已发展成熟。世界上能源多元化结构已成不可逆转的趋势，甲醇生产的技术性、经济性已充分表明了燃料甲醇体系的能源化工已成为发展的方向。