mtg(甲醇制汽油技術(shù))課件(PPT 58頁)

1、甲醇合成及甲醇燃料章結(jié)兵西安科技大學(xué)化學(xué)與化工院第1頁，共58頁。甲醇的性質(zhì)物理性質(zhì) 甲醇是最簡(jiǎn)單的飽和醇，分子式是CH3OH，相對(duì)分子質(zhì)量為32.04，常壓沸點(diǎn)為64.7，常溫常壓下是無色透明、略帶乙醇香味的揮發(fā)性液體。甲醇與水互溶，在汽油中有較大溶解度。甲醇劇毒，易燃燒。 化學(xué)性質(zhì) 甲醇的分子結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)甲基與一個(gè)羥基。因?yàn)樗辛u基，所以具有醇類的典型化學(xué)性質(zhì)；又因它含有甲基，所以又能進(jìn)行甲基化反應(yīng)。正因?yàn)槿绱?，甲醇在工業(yè)上有著十分廣泛的應(yīng)用,主要用途是燃料和作為基本化工原料（僅次于乙烯、丙烯和苯而居第四位 ）。 第2頁，共58頁。甲醇的重要用途第3頁，共58頁。工業(yè)生產(chǎn)甲醇的原料目前

2、工業(yè)生產(chǎn)甲醇的原料非常廣泛，可以是固體、液體或者氣體。 固體原料煤炭；液體原料石腦油和渣油；氣體原料天然氣、油田氣或煤層氣等 第4頁，共58頁。甲醇生產(chǎn)碳一化工產(chǎn)品流程示意圖 第5頁，共58頁。甲醇典型合成工序：原料氣制造合成氣凈化甲醇合成精餾等。甲醇合成工藝:帝國化學(xué)公司（ICI）和德國魯奇（Lurqi）的工藝 主要問題:造氣過程能耗高，投資大;受合成過程熱力學(xué)的控制，對(duì)于甲醇合成從化學(xué)平衡來看低溫是有利的，但是傳統(tǒng)的催化劑需要在較高溫度下進(jìn)行，因此單程轉(zhuǎn)化率低，大量未轉(zhuǎn)化的合成氣需要循環(huán)，使操作費(fèi)用相當(dāng)昂貴;甲醇合成過程反應(yīng)熱的移出及利用尚有賴于反應(yīng)工程學(xué)問題的妥善解決;傳統(tǒng)的催化劑對(duì)硫過

3、分敏感，增大了合成氣脫硫的費(fèi)用。 新工藝-甲烷（或天然氣）直接氧化制甲醇加拿大、前蘇聯(lián)、日本都有研究，但均停留在小試階段。 第6頁，共58頁。甲醇合成反應(yīng)CO+2H2CH3OH(g) H= -90.8kJ/mol 當(dāng)有CO2存在時(shí)，CO2按下列反應(yīng)生成甲醇：CO2+H2CO+H2O(g) H= +41.3kJ/mol CO+2H2CH3OH(g) H= -90.8kJ/mol 上述、兩步的總反應(yīng)式為：CO2+3H2CH3OH(g)+H2O(g) H= -49.5kJ/mol 副反應(yīng)產(chǎn)物：成烴、高碳醇、醚、醛、酸、酯及單質(zhì)碳等； 反應(yīng)特點(diǎn)：強(qiáng)放熱反應(yīng)； 采用合適的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)-保證催化劑床層溫度

4、相對(duì)恒定； 甲醇合成工藝追求最高的反應(yīng)物單程轉(zhuǎn)化率和最低的副產(chǎn)物率； 催化劑的性能-如活性和選擇性等改進(jìn)。 第7頁，共58頁。甲醇合成反應(yīng)熱力學(xué)第8頁，共58頁。第9頁，共58頁。甲醇合成催化劑高壓法合成催化劑：鋅-鉻催化劑合成壓力20 MPa30MPa，合成溫度350420 動(dòng)力消耗大、設(shè)備復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量差，需要在高壓下操作；（中）低壓法合成催化劑：活性較高的銅鋅基催化劑合成壓力5MPa10MPa，合成溫度230290；設(shè)備簡(jiǎn)單、投資節(jié)省、動(dòng)力消耗低、原料消耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好；單系列裝置的生產(chǎn)能力最高可達(dá)10000t/d；著名的（中）低壓法合成技術(shù)主要包括ICI法（ICI51-1催化劑）、Lu

5、rgi法及Haldor Topse（MK-101催化劑）、Linde AG、MRF、MGC法等 。 第10頁，共58頁。甲醇合成反應(yīng)機(jī)理銅基催化劑中的活性成份溶解于氧化鋅中的Cu2+-X-射線衍、電子能譜分析；Cu2+/ Cu 的比例取決于反應(yīng)氣體中CO2和CO 比例，即一定比例內(nèi)有促進(jìn)作用；微量氧存在也有利于反應(yīng)-實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法；存在于催化劑所有物相中，以銅-氧化鋅固熔體上的活性組分最好；甲醇合成首先是H2、CO和CO2 在銅基催化劑上的競(jìng)爭(zhēng)性吸附，然后合成甲醇。H2、CO在催化劑表面存在競(jìng)爭(zhēng)吸附初始表面配合物為：HCO*第11頁，共58頁。反應(yīng)中步驟(a)和(b)是甲醇合成總反應(yīng)速率的控制

6、步驟CO氫加合成甲醇的反應(yīng)歷程假設(shè)如下：其中“*”是催化劑的活性位 第12頁，共58頁。前蘇聯(lián)學(xué)者對(duì)CHM-1型銅基催化劑進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和同位素示蹤原子法的研究，提出了由二氧化碳加氫直接生成甲醇的反應(yīng)模式： 我國科學(xué)家利用動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明：原料氣中僅含二氧化碳或僅含一氧化碳均可生成甲醇。其發(fā)生的反應(yīng)如下： 第13頁，共58頁。甲醇合成機(jī)理原料假說第14頁，共58頁。甲醇合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué) CO 和CO 2 同時(shí)加氫合成甲醇反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)第15頁，共58頁。銅系催化劑C301甲醇合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一氧化碳和二氧化碳同時(shí)加氫合成甲醇，其動(dòng)力學(xué)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合良好，回歸得到的冪函數(shù)型雙速率動(dòng)力學(xué)模型

7、如下： 式中：，回歸得到的L一H一 H一W型雙速率本征動(dòng)力學(xué)模型如下：第16頁，共58頁。催化劑XNC-98 的本征動(dòng)力學(xué)第17頁，共58頁。第18頁，共58頁。第19頁，共58頁。參數(shù)估計(jì)以y CO , y CO2為獨(dú)立變量, 考慮整個(gè)等溫積分反應(yīng)器的濃度梯度和溫度梯度, 整個(gè)反應(yīng)器可以看成平推流, 各組分濃度從進(jìn)口到出口不斷變化。參數(shù)估計(jì)中需要對(duì)整個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行積分運(yùn)算。以下式作為參數(shù)估計(jì)的目標(biāo)函數(shù):第20頁，共58頁。甲醇合成反應(yīng)器甲醇合成反應(yīng)器的基本要求 在操作上，要求催化劑床層的溫度易控制，調(diào)節(jié)靈活，合成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率高，催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度大，能以較高能位回收反應(yīng)熱，床層中氣體分布均勻，壓

8、降低； 在結(jié)構(gòu)上，要求簡(jiǎn)單緊湊，高壓空間利用率高，觸媒裝卸方便； 在材料上，要求具有抗羰基化物及抗氫脆的能力； 在制造、維修、運(yùn)輸、安裝上要求方便。 第21頁，共58頁。ICI多段冷激型甲醇合成反應(yīng)器ICI多段冷激塔 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：反應(yīng)床層由若干絕熱段組成，兩段之間通入冷的原料氣，使反應(yīng)氣體冷卻，以使各段的溫度維持在一定值；塔體是空筒，塔內(nèi)無催化劑筐，催化劑不分層，由惰性材料支撐，冷激氣體噴管直接插入床層，并有特殊設(shè)計(jì)的菱形冷卻氣體分布器；優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)嗡僮髂芰Υ?，控溫方便，冷激采用菱形分布器專利技術(shù)，催化劑層上下貫通，裝卸方便，易于放大，目前普通塔的容量為2300t/d，高空隙率塔的容量達(dá)7600t

9、/d；缺點(diǎn)：催化劑床層溫差較大（軸向：70，徑向：23）、有部分氣體與未反應(yīng)氣體之間的返混、催化劑時(shí)空產(chǎn)率不高，用量較大、單程轉(zhuǎn)化率較低（僅為15%20%）。 ICI多段冷激型甲醇合成反應(yīng)器 第22頁，共58頁。Lurgi管殼型甲醇合成反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：形似列管式換熱器，在塔內(nèi)，列管中裝填催化劑，管間為沸騰水 ；原料氣與出塔氣換熱至230左右進(jìn)入合成塔，反應(yīng)放出的熱經(jīng)管壁傳給管間的沸騰水，產(chǎn)生4MPa左右的飽和蒸汽，用來驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)。合成塔全系統(tǒng)的溫度條件用蒸汽壓來控制，從而保證催化劑床層大致為等溫。優(yōu)點(diǎn)：催化劑床層溫差較小、單程轉(zhuǎn)化率較高（可達(dá)50%）、催化劑使用壽命較長（4年5年）、熱能利

10、用合理、設(shè)備緊湊，開停車方便，合成反應(yīng)過程中副反應(yīng)少 ，甲醇質(zhì)量高 。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作較困難、材料要求高、放大較困難。經(jīng)典管殼塔的最大生產(chǎn)能力（經(jīng)濟(jì)型塔）為1500 t/d。全世界現(xiàn)有Lurgi裝置37套，甲醇總生產(chǎn)能力達(dá)1600萬t/a以上。 第23頁，共58頁。MRF多段內(nèi)冷徑向流合成塔 (Multi - stageindirect cooling type Radial Flow 簡(jiǎn)稱MRF)日本東洋工程公司（TEC）與三井東亞化學(xué)公司共同開發(fā)；結(jié)合了徑向流絕熱塔與管殼等溫塔的特點(diǎn)；壓力容器，塔器內(nèi)安裝帶中心管的催化劑筐，以及同鍋爐給水分配總管和蒸汽收集總管相連接的列管。列管排列成

11、若干層同心圓，垂直安裝在催化劑床層內(nèi)，與水平徑向流動(dòng)的合成氣垂直。預(yù)熱后的合成氣首先進(jìn)入催化劑床層外籃與容器器壁形成的環(huán)形空間，然后按徑向依次穿過催化劑床層的絕熱反應(yīng)區(qū)和換熱反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)后的氣體在中心管匯合，并從底部導(dǎo)出。優(yōu)點(diǎn)：床層阻力小、傳熱系數(shù)高、單程轉(zhuǎn)化率高（出口甲醇濃度可達(dá)到8.5%）、催化劑壽命長等。TEC 公司在全世界共建有9套裝置，MRF塔單系列生產(chǎn)裝置的最大生產(chǎn)能力已超過10000t/d。 第24頁，共58頁。Linde等溫型甲醇合成反應(yīng)器 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：Linde等溫型甲醇合成反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與高效螺旋盤管換熱器類似 ，盤管內(nèi)為沸水，盤管外放置催化劑，反應(yīng)熱通過盤管內(nèi)沸水移走 。該反應(yīng)

12、器的主要優(yōu)點(diǎn)：基本上在等溫下操作，可防止催化劑過熱，催化劑易還原，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)器觸媒體積裝填系數(shù)大，冷卻盤管與氣流間為錯(cuò)流流動(dòng)，傳熱系數(shù)較大。 Linde等溫型甲醇合成反應(yīng)器 第25頁，共58頁。MHI/MGC 管殼-冷管復(fù)合型反應(yīng)器日本三菱重工業(yè)公司和三菱瓦斯化學(xué)公司共同開發(fā);一種簡(jiǎn)單的立式雙套管換熱器, 是Lurgi 列管合成塔的改進(jìn)型。催化劑裝在內(nèi)外管間的環(huán)形空間中, 鍋爐水在管間循環(huán)。合成氣從塔下送入, 通過內(nèi)管向上, 并被催化劑層的反應(yīng)熱預(yù)熱。預(yù)熱后的合成氣從上方進(jìn)入催化劑層。催化劑層外側(cè)用鍋爐水冷卻。沿內(nèi)管和外管流動(dòng)的氣流是相反的, 合成氣進(jìn)入催化劑層的入口溫度最高, 在向出口流

13、動(dòng)的過程中逐漸降低。優(yōu)點(diǎn):一次通過的轉(zhuǎn)化率高、可以高位能回收熱量、預(yù)熱原料氣可省去一個(gè)換熱器等優(yōu)點(diǎn) 。 缺點(diǎn):該塔催化劑裝量少, 僅占合成塔容積的14 %。塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 每根內(nèi)管均需用撓管與集氣管連接, 以消除熱應(yīng)力。催化劑裝在套管間, 給催化劑的裝卸、設(shè)備的安裝、檢修均帶來不便。MHI/MGC 管殼-冷管復(fù)合型反應(yīng)器第26頁，共58頁。其它類型反應(yīng)器Lurgi Mega組合塔該反應(yīng)器為Lurgi甲醇合成反應(yīng)器的改進(jìn)型 ，是Lurgi冷管塔與Lurgi管殼塔的串聯(lián)組合結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：熱能利用更趨合理；單程轉(zhuǎn)化率很高、循環(huán)倍率很低，因而達(dá)到同等空速時(shí)，等規(guī)模生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力可擴(kuò)大50%以上 MGC

14、超轉(zhuǎn)化合成塔由日本三菱重工業(yè)公司和三菱瓦斯化學(xué)公司共同開發(fā)的甲醇合成塔 ;屬于Lurgi管殼塔的改進(jìn)型，為立式雙套管結(jié)構(gòu);優(yōu)點(diǎn):單程轉(zhuǎn)化率高（出口甲醇濃度可達(dá)到14%）、節(jié)能效果好；缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜、催化劑裝填系數(shù)小。最佳生產(chǎn)能力為3000t/d 第27頁，共58頁。 目前已投入使用的固定床式甲醇合成反應(yīng)器，ICI冷激式合成塔技術(shù)所占的比重最大，約占61%；其次是魯奇等溫列管式合成塔技術(shù)，約占27，近年來出現(xiàn)的大型甲醇合成裝置中也有的采用了日本三菱重工業(yè)公司（MGC）和三菱瓦斯化學(xué)公司（MHI）共同開發(fā)的雙套管超轉(zhuǎn)化合成塔技術(shù)（MGC）和美國Kellogg公司、丹麥Topse公司、瑞士Casal

15、e開發(fā)的絕熱式合成塔技術(shù)在 大型甲醇合成裝置中也有部分應(yīng)用。第28頁，共58頁。合成塔類型Lurgi合成塔ICI激冷合成塔Casale合成塔高空隙率冷激合成塔Topse合成塔MRF合成塔常規(guī)流化床合成塔循環(huán)流化床合成塔氣體流動(dòng)方式軸向軸向軸徑軸向徑向徑向軸向軸向控溫方式回收熱量冷激氣氣換熱冷激外部換熱回收熱量回收熱量回收熱量生產(chǎn)能力（t/d）150023005000760050001000032009000碳效率（%）-98.399.394.3-98.099.0催化劑相對(duì)體積-10.82.40.80.8-主要甲醇合成塔特征比較 第29頁，共58頁。甲醇合成工藝第30頁，共58頁。甲醇合成操作條

16、件溫度 ：從化學(xué)平衡考慮，溫度提高，對(duì)平衡不利；從動(dòng)力學(xué)考慮，溫度提高，反應(yīng)速率加快。因而，反應(yīng)存在最佳溫度。銅基催化劑甲醇合成的使用溫度范圍為210270；壓力 ：從化學(xué)平衡考慮，壓力提高，對(duì)平衡有利；從動(dòng)力學(xué)考慮，壓力提高，反應(yīng)速率加快。因而，提高壓力對(duì)反應(yīng)有利。低壓甲醇合成，合成壓力一般46MPa；空速 ：空速為500010000 h-1范圍內(nèi)，時(shí)空產(chǎn)率隨空速增加而增加 ；入塔氣體組成 ：H2 +CO/CO+CO2合成氣體的摩爾比和含量高低影響催化劑壽命和甲醇產(chǎn)率，惰性氣體含量施放，循環(huán)氣中甲醇含量；第31頁，共58頁。甲醇合成工序的基本流程 基本流程主要包括：甲醇的合成；甲醇的冷凝分離

17、；氣體的循環(huán)以及新鮮氣的補(bǔ)充與惰性氣的排放。 甲醇合成工序的基本流程示意圖 第32頁，共58頁。ICI低壓甲醇合成工藝流程 工藝流程特點(diǎn)：低溫低壓操作，節(jié)省能耗，同時(shí)抑制甲烷化反應(yīng)及其他副反應(yīng)；采用多段冷激式合成塔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，催化劑裝卸方便，使用壽命長。 第33頁，共58頁。Lurgi低壓甲醇合成工藝流程 第34頁，共58頁。高壓法(25MPa32MPa）甲醇合成工藝流程第35頁，共58頁。甲醇合成工藝新技術(shù) GSSTFR合成甲醇技術(shù)（gas-solid-solid trickle flow reactor ）荷蘭Twente工業(yè)大學(xué)開發(fā)，目的在于提高合成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。特點(diǎn)：集催化劑的催化作用

18、和吸附劑的吸附作用于同一反應(yīng)器，在進(jìn)行合成反應(yīng)的同時(shí)，進(jìn)行產(chǎn)品的吸附分離，產(chǎn)品甲醇一經(jīng)生成，即被吸附劑吸附，使合成反應(yīng)平衡不斷向產(chǎn)品方向轉(zhuǎn)移，從而克服了化學(xué)平衡的限制，CO 的單程轉(zhuǎn)化率已接近100，循環(huán)操作可以取消。 反應(yīng)過程包括氣-固-固三個(gè)活性相：氣相是合成氣和甲醇；一個(gè)固相是Cu基甲醇合成催化劑，固定在合成塔的棚架上；另一個(gè)固相是硅鋁吸附劑，以滴流狀態(tài)流過催化劑，用于從反應(yīng)區(qū)吸收甲醇。 合成氣從塔底加入，通過固相催化劑床層向上流動(dòng)，粉末狀吸附劑則從塔頂加入，以滴流狀態(tài)逆流向下流過催化劑床層，選擇性地吸附反應(yīng)產(chǎn)物甲醇。隨著反應(yīng)產(chǎn)物不斷從氣相混合物中移出，反應(yīng)速率不再受可逆反應(yīng)的阻滯而降低

19、，從而保持高的反應(yīng)速度和高的轉(zhuǎn)化率 。生產(chǎn)能力達(dá)到1000t/d 。RISPR( Reactor InterstageProduct Removal )合成甲醇技術(shù)：荷蘭Twente 工業(yè)大學(xué)新開發(fā)的一種合成技術(shù)反應(yīng)系統(tǒng)由若干規(guī)格依次遞減的常規(guī)合成塔串接而成，合成塔與合成塔之間設(shè)置采用液體吸收劑（如四甘醇二甲醚）的甲醇吸收裝置，脫除甲醇后的氣體逐級(jí)進(jìn)入下一級(jí)反應(yīng)器。第36頁，共58頁。液體吸收溶劑:四甘醇二甲醚第37頁，共58頁。第38頁，共58頁。漿態(tài)床甲醇合成技術(shù)漿態(tài)床工藝是液相法合成的經(jīng)典技術(shù) -克服了氣相法床層溫度不易控制、單程轉(zhuǎn)化率低和高循環(huán)比、反應(yīng)溫度不易控制、反應(yīng)易接近化學(xué)平衡的

20、極限、催化劑的孔擴(kuò)散導(dǎo)致氣相反應(yīng)速度明顯降低等缺點(diǎn)。特點(diǎn)：反應(yīng)氣通過氣體分布器進(jìn)入合成塔內(nèi)的高濃度催化劑懸浮漿液中，與液、固相保持緊密接觸，從而改進(jìn)了傳質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：合成塔等溫操作、單程轉(zhuǎn)化率高、循環(huán)量小、操作彈性大、原料氣適應(yīng)范圍寬、催化劑時(shí)空產(chǎn)率高，是一種非常有前途的甲醇合成方法。主要問題：催化劑失活速度過快，如何保持催化劑的活性已經(jīng)成為漿態(tài)床合成方法商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。 第39頁，共58頁。第40頁，共58頁。甲醇合成技術(shù)比較項(xiàng) 目Lurgi法ICI法林達(dá)法Linde法合成壓力（MPa）5.08.05.010.05.013.0510合成反應(yīng)溫度（）22525023027022024022025

21、0催化劑組成Cu-Zn-Al-VCu-Zn-AlCu-Zn-AlCu-Zn-Al空時(shí)產(chǎn)率（t/m3h）0.650.780.630.810.650.78進(jìn)塔氣中CO含量（%）1291011912出塔氣中CH3OH含量（%）56565656循環(huán)倍率5：185：14.8：145：1合成反應(yīng)熱利用利用反應(yīng)熱副產(chǎn)蒸汽不利用反應(yīng)熱不利用反應(yīng)熱利用反應(yīng)熱副產(chǎn)蒸汽利用反應(yīng)熱副產(chǎn)蒸汽利用反應(yīng)熱副產(chǎn)2.5MPa3.5MPa中壓蒸汽第41頁，共58頁。項(xiàng) 目Lurgi法ICI法林達(dá)法Linde法合成塔形式列管型冷激型冷管型冷管產(chǎn)蒸汽型管內(nèi)氣冷管外催化劑塔外副產(chǎn)蒸汽盤管式設(shè)備尺寸設(shè)備緊湊較大緊湊緊湊緊湊緊湊合成開工設(shè)

22、備不設(shè)加熱爐有加熱爐利用轉(zhuǎn)化氣換熱器加熱不需設(shè)加熱爐不專設(shè)加熱爐甲醇精制采用三塔流程采用兩塔流程采用兩塔或三塔流程采用三塔流程技術(shù)特點(diǎn)適于高CO%合成氣副產(chǎn)中壓蒸汽便于調(diào)溫合成甲醇凈值較低適于高惰性氣合成氣，塔后副產(chǎn)低壓蒸汽適于高CO合成氣，副產(chǎn)中壓蒸汽設(shè)備結(jié)構(gòu)及造價(jià)列管式設(shè)備制造材料和焊接要求高，造價(jià)高，設(shè)備更新壓力外殼無法使用。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，設(shè)備更新只需換內(nèi)件。插入式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣液換熱滲漏易造成事故，設(shè)備更新只需換內(nèi)件。結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，氣氣換熱不怕滲漏，設(shè)備更新只需換內(nèi)件，造價(jià)低，相當(dāng)于魯奇塔的1/2。盤管式設(shè)備制造材料和焊接要求高，設(shè)備更新只需換內(nèi)件。第42頁，共58頁。第43頁，共58

23、頁。國家或公司型號(hào)組成（%）規(guī)格（mm）操作條件CuOZnOAl2O3Cr2O3V2O5壓力（MPa）溫度（）英國ICI51-148.7524.08.42-5.43.65.021027051-245.4124.948.72-5.43.65.010.021027051-3-德國BASFS3-8535.444.252.68-555.0220280S3-8670.0-4.010.0200300德國LurgiCL10457.1928.631.73-5.04555.0210270丹麥TopseLMK-236.037.0-20.0-4.54.55.015.0210290美國UCIC79-2-6.43.25

24、.015.0210290蘇聯(lián)CHM555.0210280CHM-238.018.73.822.8-55.992532250280中國CNJ20250254-3555.010.0210280C301-555.0210280甲醇典型合成催化劑性能對(duì)比 第44頁，共58頁。甲醇燃料甲醇是一種易燃液體，燃燒性能良好，辛烷值高，抗爆性能好 ，作為新一代燃料甲醇，可發(fā)揮以下幾種功能：摻燒汽油，汽油中摻入甲醇后，不但提高了辛烷值，而且避免了添加四乙基鉛對(duì)大氣的污染。目前摻燒5%10%甲醇的汽油已見應(yīng)用 ；純甲醇汽車燃料，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃用純甲醇時(shí)，全負(fù)荷功率與燃用汽油大致相當(dāng)

25、，而有效熱效率會(huì)提高30%左右； 甲醇制汽油，美國Mobol公司成功地開發(fā)了用ZSM-5型合成沸石分子篩由甲醇制取汽油的技術(shù)，制得的汽油抗震性能好，不存在硫、氯等常用汽油中易見的組分，而烴類組成與汽油很類似 。第45頁，共58頁。甲醇燃料研究開發(fā)過程中需考慮的問題 甲醇的燃燒性能（包括熱效率、排放氣和蒸氣壓 ）相溶性能；安全性 ；運(yùn)行特性； 甲醇燃料經(jīng)濟(jì)性分析。 第46頁，共58頁。甲醇的燃燒性能熱效率 甲醇的化學(xué)組成單純，辛烷值高。甲醇含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氧，因而甲醇完全燃燒所需的空氣量比汽油少得多，燃燒產(chǎn)生的尾氣帶走損失的熱量也就相應(yīng)地減少，因此發(fā)動(dòng)機(jī)總熱效率較高。排放氣 甲醇燃燒時(shí)在不

26、損害運(yùn)轉(zhuǎn)功率性能的情況下，空氣過剩率比汽油大，故排放氣中有害物質(zhì)比汽油低。蒸氣壓 甲醇蒸氣壓較低，因而其揮發(fā)性差，霧化不良，易沉積在進(jìn)氣管壁上形成油膜，部分未燃燒甲醇有機(jī)會(huì)沿缸壁滲入到機(jī)油中稀釋機(jī)油，從而可能會(huì)加劇活塞與鋼壁的磨損或腐蝕。第47頁，共58頁。甲醇燃料相溶性能由于甲醇分子中含有一個(gè)羥基，是極性化合物，能和水以任意比例互溶，而汽油則是碳?xì)浠衔?，呈弱極性，因此甲醇和汽油在使用環(huán)境溫度范圍內(nèi)是不可能以任意比例相互混合的。甲醇和汽油的相容性能主要受溫度、基礎(chǔ)汽油組成、助溶劑和水分等的影響?？梢酝ㄟ^添加某些助劑，例如高碳醇，來促進(jìn)甲醇和汽油的相互溶解性，這主要是由于汽油中的芳烴容易被極性

27、分子醇誘尋極化，所以能夠促進(jìn)甲醇與汽油的相互溶解。 第48頁，共58頁。甲醇燃料的安全性 與汽油相比汽油的蒸氣壓是甲醇的24倍，汽油的蒸氣密度則是甲醇密度的25倍，在空氣中，若沿著地面流動(dòng)分散，極易遇到明火爆炸。此外，空氣中甲醇蒸氣能夠點(diǎn)燃爆炸的濃度是汽油的4倍，因此，甲醇燃料發(fā)生火災(zāi)爆炸的可能性遠(yuǎn)低于汽油。甲醇燃料的熱值僅是汽油的一半，甲醇燃燒產(chǎn)生的熱量較小，火災(zāi)的危害程度也會(huì)減小。同時(shí)，甲醇燃料發(fā)生火災(zāi)時(shí)可用水進(jìn)行撲滅，而汽油則不能。因此，在車輛使用上，甲醇燃料要比汽油安全。 在環(huán)境污染方面：甲醇作為燃料使用時(shí)，向周圍環(huán)境的排放主要來源于運(yùn)輸事故、儲(chǔ)存滲漏、添加濺灑、甲醇蒸發(fā)等過程中。甲醇

28、易溶于水，水或土壤中的甲醇會(huì)很快稀釋，然后發(fā)生生物降解。而汽油難溶于水，不易擴(kuò)散，在自然環(huán)境中難于降解，易發(fā)生累積污染，故甲醇比汽油對(duì)環(huán)境污染小。 關(guān)于甲醇的毒性：只要工人遵守操作規(guī)程，沒有發(fā)現(xiàn)人體健康有異常。對(duì)于甲醇毒性問題仍有較多爭(zhēng)論，對(duì)此問題仍有必要進(jìn)行更深入的研究 。 第49頁，共58頁。甲醇燃料運(yùn)行特性 起動(dòng)特性：甲醇-汽油混合燃料的甲醇含量在30%以下時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)非常容易。當(dāng)甲醇含量高于30%時(shí)冷起動(dòng)較難，但適當(dāng)減少空氣與燃料的比例仍然能正常起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)。 輸出功率：當(dāng)甲醇含量在50%以下時(shí)，甲醇-汽油的輸出功率稍高于純汽油 。燃燒消耗：當(dāng)甲醇含量在20% 以下時(shí)，混合燃料消耗率低

29、于純汽油(04%)。行車安全：甲醇可經(jīng)皮膚吸收造成神經(jīng)系統(tǒng)中毒，特別對(duì)視覺神經(jīng)作用更強(qiáng)烈。使用甲醇汽油時(shí)絕不能用嘴吸或者用于洗手，更不能濺進(jìn)眼睛，并應(yīng)避免甲醇經(jīng)常與皮膚接觸。從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上考慮，推薦使用甲醇含量為15%20%的甲醇-汽油混合燃料。 第50頁，共58頁。甲醇燃料經(jīng)濟(jì)性分析甲醇作為燃料使用時(shí)，可有不同的摻入比： 低比例（3%5%）甲醇摻燒，可提高汽油辛烷值，可直接當(dāng)汽油使用；中比例（10%20%）甲醇混燒，需助劑復(fù)配，與成品汽油(柴油)混用，可不改發(fā)動(dòng)機(jī)；高比例（85%100%）甲醇混燒，要改發(fā)動(dòng)機(jī)，可能會(huì)提高技術(shù)成本。甲醇燃燒的經(jīng)濟(jì)性分析應(yīng)綜合考慮下列因素：甲醇制造成本；車輛運(yùn)營成本；輸配系統(tǒng)成本等因素。第51頁，共58頁。甲醇制造成本：甲醇的制造工藝成熟，其成本主要取決于其所采用工藝路線及原料價(jià)格。此外，生產(chǎn)規(guī)模不同，甲醇的生產(chǎn)成本也不同，我國大中小型煤制甲醇成本在8001200元/t。 車輛運(yùn)營成本：包括車輛購置費(fèi)用和車輛使用費(fèi)。在車輛購置費(fèi)用方面，甲醇汽車比汽油