同样是做甲醇，烧煤要多两道工序、用天然气反而氢多得要烧掉：差别几乎全在造气那一段

发布于 2027-01-02｜相关行业：化工

一句话说清两条路线：同一个产品，差别几乎全在造气那一段

甲醇是化工里产量最大的几种基础原料之一，做法只有一个：把一氧化碳、二氧化碳和氢气这三样凑成一股"合成气"，在铜基催化剂上压成甲醇，再精馏提纯。用煤做和用天然气做，合成和精馏这后半段几乎一模一样，两条路线真正不同的，是怎么把合成气造出来。

煤的路线是：气化炉里把煤烧成粗煤气 → 变换炉里把一部分一氧化碳和水反应变成氢 → 洗掉硫和大半二氧化碳 → 合成 → 精馏。天然气的路线是：脱硫 → 转化炉里让甲烷和水蒸气反应 → 合成 → 精馏。煤路线比天然气路线整整多出两段（变换、脱碳），而这两段的存在与否，不是哪家的技术选择，是原子比决定的——后面一张图一张图算给你看。

这一期是《工业可视化图鉴》工艺线第三期。第 17 期讲加氢，第 19 期讲催化裂化与重整，都是炼油厂里的装置；这一期换到煤化工和天然气化工，讲一条完整的产品链，而且是同一个产品的两条路线怎么对比着画。

先撇清几个名字：合成气、变换、转化，还有和上一期的"重整"

合成气——一氧化碳加氢气的混合气（通常还带一些二氧化碳），是做甲醇、合成氨、费托合成油的共同原料。不管从煤、天然气还是生物质来，最后都要变成它。

变换——一氧化碳变换，CO + H₂O → CO₂ + H₂。它不造气，只是把气里的一氧化碳换成氢，同时生成等量的二氧化碳。煤路线要它，天然气路线不要。

转化（蒸汽转化）——CH₄ + H₂O → CO + 3H₂，天然气路线的造气反应，在装满催化剂的炉管里做，炉管吊在明火炉膛里。它和第 19 期讲的催化重整是两回事：那边加工石脑油、目的是提辛烷值，这边加工甲烷、目的就是造合成气。英文里两者都叫 reforming，中文分开叫"转化"和"重整"是个好习惯。

气化——煤和氧气、水蒸气在一千三四百度下反应成粗煤气。它既不是燃烧（氧不够烧完），也不是干馏（不是隔绝空气加热），是介于两者之间的部分氧化。

先看原子：甲醇要的氢，甲烷正好有，煤只有五分之一

甲醇分子 CH₃OH 里有一个碳、四个氢。甲烷 CH₄ 也是一个碳、四个氢——氢碳原子比都是 4，所以理论上一个甲烷加半个氧就是一个甲醇，原子一个不多一个不少。

煤不一样。按干燥无灰基 C 75%、H 5% 上下的典型烟煤算，氢碳原子比只有 (5÷1.008)÷(75÷12.011) ≈ 0.79，是甲醇需要的五分之一。缺的那五分之四的氢，煤里没有，只能从水里拿。

而从水里拿氢的办法只有一个：CO + H₂O → CO₂ + H₂——每拿一个氢，就有一个碳变成二氧化碳排掉。这就是煤路线必须有"变换"这一段的根本原因，也是煤制甲醇碳排放高的根本原因，后面所有的数字都是这一件事的展开。

煤路线第一步：气化炉，上面烧成气，下面泡进水

现在建的大型煤制甲醇装置，气化炉基本都是气流床：煤磨成粉或煤浆，和纯氧一起从烧嘴喷进去，在一千三百到一千五百度的火焰里几秒钟内反应完，灰分熔成液态渣从炉底流走。这个温度比煤的灰熔点还高，所以炉膛内壁必须砌厚厚的耐火砖（或者用水冷壁挂渣保护）。

剖开看是上下两段。上段是气化室：耐火砖衬里、一支烧嘴朝下、一团火焰，底部收成一个渣口。下段是激冷室：一池水，熔渣从渣口滴下来落进水里凝成玻璃状的渣粒，一千多度的粗煤气也在这里被水激冷到两百度上下，同时饱和了大量水蒸气——这些水蒸气正好是下一段变换要用的。

气流床之外还有固定床（块煤从上往下、气从下往上）和流化床两大类，各有适用的煤种，本期不展开。只记一条：不管哪一种，氢主要来自水蒸气那一路反应（煤自带的那点氢远不够），下一张图算这件事。

气化炉里的热账：每造一份氢，就得多烧一份碳

气化炉里发生的事，简化到最本质只有两个反应。C + H₂O → CO + H₂：碳和水蒸气反应，这一步才出氢，但它吸热，每摩尔碳吸 131 kJ。C + ½O₂ → CO：碳和氧反应，放热，每摩尔碳放 110 kJ，但这一步只出一氧化碳，一个氢都不出。

气化炉没有外部加热，温度全靠自己维持，所以吸的热必须由放的热补上：1.19 摩尔碳走氧气那条路放的热，才够 1 摩尔碳走水那条路吸的热。把两条路加起来，出来的气是 CO 2.19 份、H₂ 1 份——氢碳比 (H₂−CO₂)/(CO+CO₂) 只有 0.46，而甲醇合成要的是 2.05 左右。

这还是没算二氧化碳、没算散热的理想值。真实的粗煤气还含近两成二氧化碳，氢碳比更低。粗煤气的氢天生只够甲醇要的四分之一不到，不是气化炉造得不好，是热平衡逼的：氢来自水，拆水要热，热来自烧碳，烧掉的碳只出一氧化碳不出氢。

一个数定了两条路线的形状：合成气里氢和碳的比例

甲醇合成的两个反应是 CO + 2H₂ → CH₃OH 和 CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O。把两个式子放在一起看，合成气"正好够用"的条件可以写成一个数：(H₂ − CO₂) / (CO + CO₂) ≈ 2.05——分子是扣掉二氧化碳要多吃的那份氢之后还剩的氢，分母是所有能变成甲醇的碳。比 2 略大一点，是为了让反应始终处在氢稍微过量的状态，催化剂不容易积碳。

把几股气摆到同一把尺子上：气化炉热账的理想值 0.46；典型粗煤气（干基 H₂ 36%、CO 44%、CO₂ 18%）算出来 0.29；甲醇合成要的 2.05；典型蒸汽转化气（干基 H₂ 74%、CO 14%、CO₂ 9%）算出来 2.83；纯甲烷转化的理论值 3.00。

煤的气太低要往上补，天然气的气太高要往下泄，2.05 在中间。往上补的办法是变换——把一部分一氧化碳换成氢；往下泄的办法是把多余的氢烧掉当燃料，或者外补二氧化碳把它吃掉。所以煤路线多出整整两段，天然气路线一段都不用，不是谁的技术更先进，是原子比决定的。

变换：只变四成多的一氧化碳，剩下的要留着做甲醇

按 100 摩尔干基粗煤气算（H₂ 36、CO 44、CO₂ 18，其余是甲烷氮氩），变换多少一氧化碳才能在脱碳之后正好凑到 2.05？把变换后的气组成代进那个式子解一下：只需要把 45% 的一氧化碳变成氢。变换后 H₂ 升到 56、CO 降到 24、CO₂ 涨到 38；再把二氧化碳脱到只剩 2 摩尔（合成需要少量二氧化碳维持催化剂活性），氢碳比正好 2.05。

所以煤制甲醇的变换叫部分变换：不能全变，全变了一氧化碳没了，甲醇没法做；也不能少变，少变了氢不够。工程上的做法通常是把粗煤气分成两股，一股走变换炉、一股旁路，出来再混合，靠调两股的比例来凑那个数——这比调变换炉本身的深度灵活得多。

再算碳：100 摩尔粗煤气里进来 62 摩尔碳（CO 加 CO₂），脱碳时扔掉 36 摩尔二氧化碳，能进合成的只剩 26 摩尔——碳利用率 42%。每 100 份碳进来，只有 42 份能变成甲醇，其余都成了二氧化碳。这就是煤制甲醇碳排高的根：氢是拿碳换来的。

变换炉为什么分两段

变换反应 CO + H₂O → CO₂ + H₂ 是放热的，每摩尔放热约 41 kJ。粗煤气里一氧化碳占四成多，如果一次变换到位，床层温升能到一两百度，催化剂受不了，而且温度一高平衡就往回走——变换和甲醇合成一样，都是低温有利。

所以变换通常做成两段甚至三段，段间用换热器把气体降温，热量顺手拿去发蒸汽或者预热进料。一段变换在较高温度下把大部分活儿干完（反应快），二段在较低温度下把剩下的部分收尾（平衡好）。第 17 期加氢反应器里分床层、床间打冷氢，和这里是同一个思路：放热反应的反应器，形状都是"怎么把热拿走"的答案。

煤路线的变换有一个特殊之处：气里带硫。粗煤气没脱硫就进变换炉，用的是耐硫的钴钼系催化剂，行话叫"耐硫变换"，硫留到变换之后和二氧化碳一起脱。这样安排是因为变换需要大量水蒸气，而激冷后的粗煤气本来就饱和着水，先脱硫再变换等于要把水冷凝掉再重新加，白白浪费一遍热。

净化：脱硫脱碳，煤路线比气路线多出的第二段

变换之后的气里有三样东西要在合成前拿掉：硫化氢（合成催化剂对硫极其敏感，进合成的总硫要压到零点几个 ppm 以下）、大部分二氧化碳（上一节算的那 36 摩尔）、以及少量的羰基硫、氰化氢之类。

大型煤制甲醇装置的净化基本都用低温甲醇洗：把甲醇冷到零下四五十度当吸收剂，在高压下同时吸收硫化氢和二氧化碳，减压再生时先放出二氧化碳、再放出硫化氢，两股气分开走。用甲醇洗甲醇装置的合成气，吸收剂就是自己的产品，这是它在甲醇厂里特别顺手的原因之一。这是一座细高的吸收塔，塔顶出净化气，塔底出富液。

中小规模的装置也有用胺法（和第 17 期加氢装置脱硫化氢用的胺液一个原理）或者热钾碱法的，本期不展开。要记的只是：天然气路线没有这一段。天然气本身含硫很低，进转化炉前用一个氧化锌脱硫罐把硫吸干净就够了，二氧化碳更不用脱——转化气里的二氧化碳本来就是要留着吃氢的。

煤路线造气段一屏：煤浆槽、气化炉、洗涤塔、变换炉、低温甲醇洗塔

把前面几节串成一段：煤磨成浆送进气化炉，粗煤气激冷后进洗涤塔洗掉带出的灰，进变换炉变换四成多的一氧化碳，再进低温甲醇洗塔脱掉硫和大半二氧化碳，出来就是氢碳比 2.05 左右的净化合成气。这五台设备就是煤制甲醇比天然气制甲醇多出来的全部——不多不少。

这张图和后面几张分段图，是用 AI3DTU 的"设备拆解"提示词规范出的：设备完整不拆开、按工艺顺序排开、标签写编号加名称加材质，底部一条参数面板。第 17 期引入这个做法，这一期照用。

天然气路线：转化炉，一排装满催化剂的管子吊在火里

天然气路线的造气只有一台核心设备：蒸汽转化炉。几十到几百根装满镍催化剂的合金管竖直吊在炉膛里，炉顶或炉侧的烧嘴烧天然气把炉膛加热到一千度上下，管内的甲烷和水蒸气在八九百度、一点五到三兆帕下反应成一氧化碳和氢。反应强吸热，热全靠炉膛里的火透过管壁供进去，所以这些炉管是整套装置里最贵、工况最苛刻的部件——高温、高压、还要抗渗碳。

这张图是第 12 期讲工业炉时出的顶烧式转化炉剖视，本期直接复用：顶部一排烧嘴朝下喷火，转化管从炉顶吊到炉底，管内是颗粒状催化剂，烟气从炉底的烟道引走去对流段回收余热。甲醇厂的转化炉和制氢厂的转化炉是同一种设备，差别只在水碳比和出口条件的调法。

转化气的典型组成是干基 H₂ 74%、CO 14%、CO₂ 9%、CH₄ 3% 上下。没有硫，二氧化碳也不多，氢很多——多到超出甲醇需要的那份怎么办，下一节算。

多出来的那份氢：烧掉正好够把转化炉烧热，或者补二氧化碳多做三分之一甲醇

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ 出三份氢，而 CO + 2H₂ → CH₃OH 只要两份。每做一个甲醇，就多出一个氢没处去。两条出路。

出路一：烧掉，给转化炉供热。一摩尔氢燃烧放热 242 kJ，转化一摩尔甲烷要吸热 206 kJ，242 ÷ 206 = 1.17——把多出的氢烧掉，正好够转化炉用。这就是为什么经典的天然气制甲醇流程里，合成回路的驰放气直接回转化炉当燃料，燃料的大头来自驰放气；预热和炉膛损失还要补烧一部分天然气，这是 25 ℃ 反应焓账里没算的。

出路二：补二氧化碳，多做甲醇。CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O，多出的一份氢配三分之一份二氧化碳，每份甲烷能多出 33% 的甲醇。附近有现成二氧化碳源（比如合成氨厂）的天然气甲醇厂常这么干，代价是粗甲醇里的水变多，后面精馏要多蒸——这笔账留到精馏那一节算。

所以同一个氢碳比问题，煤路线是缺、气路线是多。天然气制甲醇不用变换，反而要想办法"消化"氢。不加二氧化碳也不想把氢烧掉的，还有第三条路：把一部分甲烷用氧气部分氧化（自热转化或两段转化），出来的气氢碳比正好落在 2 附近，这条路本期只点名不展开。

煤制甲醇完整流程：九台设备一条线

从头到尾串一遍：气化炉 → 变换炉 → 低温甲醇洗塔 → 合成气压缩机 → 甲醇合成塔 → 甲醇分离器 → 预精馏塔 → 加压精馏塔 → 常压精馏塔。前三台是造气段，中间三台是合成段，最后三台是精馏段。图上蓝色的线是合成气，从分离器顶部折回合成塔入口那一段是循环气；绿色是甲醇；棕色是煤。

看这张图有两处值得停一下（精馏段三塔之间的耦合管线，看后面的分段图，全流程图上没画出来）。一是气化炉是全图最粗壮的一台——它是压力容器、内衬耐火砖、要装下一团火，个头和别的塔器不是一个量级。二是合成段那个闭合回路：出口甲醇只有百分之几，多数气体要回头再走一遍，所以一定有一台循环压缩机和一条回去的线，没有这条线的图是画错了。

天然气制甲醇完整流程：少了变换和脱碳，多了一座方形炉子

天然气路线：脱硫罐 → 蒸汽转化炉 → 废热锅炉 → 合成气压缩机 → 甲醇合成塔 → 甲醇分离器 → 预精馏塔 → 加压精馏塔 → 常压精馏塔。把两张全流程图并排看，从压缩机往后六台设备一模一样，差别全在前三台：这边是脱硫罐、方形的转化炉和一台回收转化气余热的废热锅炉，那边是气化炉、变换炉、洗涤塔。

转化炉是全图唯一的长方体，这是认路线最快的办法。它后面必须紧跟一台废热锅炉——转化气出口八九百度，这些热不回收，整个装置的能耗就没法看；回收出来的高压蒸汽通常拿去驱动合成气压缩机的汽轮机。

画两条路线的流程图，前半段两张完全不同，后半段可以共用一张。这也是为什么本期后面的合成回路和精馏段各只出了一张分段图，不分煤和气。

合成：为什么是二百五十度、五到十兆帕

甲醇合成 CO + 2H₂ → CH₃OH 是放热的，而且三个分子变一个，体积缩小。按化学平衡的规矩，放热要低温、缩体积要高压，才能让反应走得远。用教科书里的平衡常数关联式算化学计量进气的平衡转化率：250 ℃ 下 5 MPa 是 51%、8 MPa 是 65%、10 MPa 是 71%；同样 8 MPa，温度升到 300 ℃ 就掉到 33%。

这条曲线解释了甲醇合成的一段历史。早年的催化剂是锌铬系，要 380 ℃ 上下才有活性，那个温度下平衡太差，只好用 30 MPa 硬顶——380 ℃、30 MPa 的平衡转化率算出来是 34%。后来铜基催化剂出来了，250 ℃ 就活，8 MPa 下的平衡反而有 65%。低压法不是让步，温度降 130 度换来的平衡余量，把压力省了七成还有富余。这也是现在所有新建装置都是低压法的原因，和哪家的专利无关。

注意这是化学计量进气、理想气体的平衡上限。真实进气里有二氧化碳和惰性气，回路里的气被循环稀释，单程远远达不到平衡——出口甲醇通常只有 4–8%，下一节讲这个数带来的后果。

单程只转两成，每份新鲜气就得在回路里搬五遍

既然出口甲醇只有百分之几，反应完的气就不能扔：把甲醇冷凝分出来，剩下的气升压后送回合成塔再走一遍。这就是合成回路，两条路线共用。

算一笔最简单的账。稳态下新鲜气里的碳最终全部变成甲醇，设每过一次催化剂床能转掉 x，那么每单位新鲜气要配 1/x − 1 单位的循环气才够：单程转 20% → 循环比 4；转 33% → 循环比 2；转 50% → 循环比 1。反过来说，反应器、换热器、循环压缩机要处理的气量是新鲜气的 1/x 倍——单程转两成，就是五倍。

所以合成段的每一台设备都是按新鲜气的好几倍来设计的，这不是催化剂不够好，是平衡卡着。回路里还得开一根驰放管，把新鲜气带进来的甲烷、氮、氩这些不反应的气放掉一部分，否则它们会在回路里越积越多把有效气顶稀。驰放气含大量氢，天然气路线拿去烧转化炉正合适，煤路线一般回收氢或者当燃料。

合成回路一屏：压缩机、换热器、合成塔、汽包、分离器、循环压缩机

把回路画成一个环：新鲜气经合成气压缩机升到五到十兆帕，和循环气混合后进进出口换热器被反应后的热气预热到起活温度，进合成塔反应，出来的热气回换热器放热，再冷却、进分离器把液体甲醇分出去，剩下的气经循环压缩机回到合成塔入口。合成塔旁边架着一个汽包，和塔壳程用两根管上下连通——反应放的热在那里变成蒸汽。

这张图的关键是那条蓝色的闭环和闭环上朝外的那根短管（驰放气出口）。前者说明单程转化率低，后者说明惰性气必须放。两样都有，这张合成段的图才成立。

每吨甲醇放的热能烧出一吨半中压蒸汽——不拿走的话，催化剂床能自己升一百四十度

CO + 2H₂ → CH₃OH 每摩尔放热 90.6 kJ。一吨甲醇是 31211 摩尔，放热 2.83 GJ；按 2.5 MPa 饱和蒸汽的汽化潜热 1841 kJ/kg 折，能发 1.54 吨蒸汽。这是全部按一氧化碳路线算的上限，走二氧化碳路线的那部分只放 49.5 kJ/mol，真实值会低一些，但量级就是每吨甲醇一吨出头到一吨半的中压蒸汽。

反过来算：单程出口甲醇只占 5% 左右，如果不拿走这些热，每摩尔气体要吸 0.05 × 90.6 kJ，按富氢回路气 32 J/(mol·K) 的热容算，绝热温升约 142 ℃。而铜基催化剂过了 300 ℃ 就加速烧结失活，平衡也往回跑。所以热必须边反应边拿走，合成塔的形状就是"怎么拿走这 142 度"的答案。

两种合成塔：一摞平铺的床，还是一束竖管

拿走反应热有两条路，对应两大类合成塔。多段冷激式：催化剂分成几层平铺的床，每两层之间喷进一股冷的新鲜气把温度压回去，气体自上而下穿过一层层床。结构简单、没有换热管、大直径容易做，但温度是锯齿形的——每层进口低、出口高，催化剂平均在偏离最佳温度的状态下工作，出口甲醇浓度也低一些。

管壳式等温：催化剂装在几千根竖直的管子里，管外泡着沸水，反应热直接把水烧成蒸汽，床层温度几乎一条直线，可以贴着最佳温度走，单程转化率高、副产蒸汽品质好。代价是管板、管束的制造难度和造价，直径做大了管板厚得吓人，所以超大规模的装置常常两台并联，或者用气冷加水冷的组合。

两种都在用，不是谁淘汰谁。看图区分很容易：左边是一摞床加几根环形的冷激管，右边是一束管加管外的水。

管壳式等温合成塔剖开看：管内催化剂，管外沸水，顶上出蒸汽

剖视看三样东西。催化剂管：几千根细管两端焊在上下两块厚管板上，管内装满催化剂颗粒，气从顶部封头进入、穿过管子、从底部封头出去。壳程沸水：两块管板之间的整个空间充满锅炉给水，反应热把它烧开，水里全是上升的气泡。蒸汽出口：壳体上部侧面的粗接管，汽水混合物从这里去汽包分离，饱和蒸汽送出去、水回到壳程继续循环。

这台设备本质上是一台管程装了催化剂的立式管壳换热器。第 1 期讲换热器时说的管程、壳程、管板，在这里全用得上；不同的是管程流的不只是流体，还在里面反应。合成塔的操作温度靠汽包压力来定——水在什么压力下沸腾就是什么温度，2.5 MPa 对应 224 ℃，4 MPa 对应 250 ℃。调汽包压力就是调床层温度，这是等温塔操作上最漂亮的一点。

粗甲醇里的水从哪来：每个走二氧化碳路线的甲醇都带一个水

分离器分出来的液体叫粗甲醇，主要是甲醇和水，另外有零点几个百分点的轻组分（二甲醚、甲酸甲酯、溶解气）和重组分（乙醇、异丁醇这些杂醇）。水是精馏最大的负担，而水的来源很清楚：CO + 2H₂ → CH₃OH 不出水，CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O 每个甲醇带一个水。

所以粗甲醇含多少水，由多少甲醇是从二氧化碳来的决定。设这个份额是 f，每公斤甲醇带的水就是 f × 18/32 公斤。煤路线的净化气里一氧化碳多、二氧化碳只留了一点，f 大约 10–20%，粗甲醇含水 5–10%；天然气路线的转化气里二氧化碳本来就多、还可能外补，f 大约 30–45%，粗甲醇含水 14–20%。同样出一吨甲醇，气路线的粗甲醇带的水是煤路线的 2.2 倍。

这是两条路线在后半段唯一一处看得见的差别：设备一样，但气路线的精馏塔要按更稀的进料来设计，蒸汽也吃得更多。

三塔精馏：预塔拔头，加压塔和常压塔一对搭档

粗甲醇提纯成精甲醇（纯度 99.85% 以上），主流是三塔流程。预精馏塔（拔头塔）矮而细，把比甲醇更轻的二甲醚、甲酸甲酯和溶解气从塔顶赶走，顺便用少量碱液中和有机酸。加压精馏塔在 0.5–0.8 MPa 下操作，塔顶出一半的精甲醇。常压精馏塔在常压下操作，塔顶出另一半精甲醇，塔底出废水，侧线抽出杂醇油。

三塔里最要紧的一根管子是从加压塔塔顶引到常压塔塔底的那根：加压塔塔顶的甲醇蒸汽温度高（压力高沸点就高），拿去当常压塔塔釜重沸器的热源，冷凝下来正好是加压塔自己的回流和产品。一根管子把两座塔的热耦合起来，这就是"双效精馏"。

第 3 期讲过精馏的原理，这里只补一句：甲醇和水的相对挥发度不算小，难的不是分开，是分开要花的蒸汽。三塔流程比老的两塔流程多一座塔、多一套设备，换回来的是接近一半的蒸汽——下一张图算这笔账。

精馏的热账：加压塔的塔顶蒸汽拿去烧常压塔的塔釜，热省一半

精馏塔的塔釜要把回流加产品那么多的液体蒸成汽：塔釜负荷 = (回流比 + 1) × 产品量 × 汽化潜热。按回流比 2、甲醇潜热 1100 kJ/kg 算，一座塔全做要 3.3 GJ 每吨精甲醇，折成 0.5 MPa 蒸汽约 1.57 吨——而且塔顶那些汽全靠冷却水冷掉，热白扔。

双效之后，加压塔和常压塔各出一半产品，只有加压塔吃外供蒸汽，常压塔的塔釜由加压塔的塔顶蒸汽来烧：外供热量降到 1.65 GJ/t，约 0.78 吨蒸汽——理想情况下正好一半。真实装置还有预塔、塔釜显热和两塔负荷不完全对等这些因素，公开资料里三塔流程比两塔流程省蒸汽三到四成，量级对得上。

再把上一节合成放的热摆到旁边：2.83 GJ/t，折 0.5 MPa 蒸汽约 1.34 吨。双效之后，精馏要的热比合成放的热还少——一座甲醇厂的蒸汽在合成和精馏之间是能自己转起来的，外供蒸汽主要花在压缩机和造气段。这就是甲醇厂"三塔"的由来：多一座塔，换回一半的蒸汽。

精馏段一屏：三座塔加一台联通两塔的换热器

分段图上五台设备：预精馏塔、加压精馏塔、加压塔冷凝重沸器、常压精馏塔、精甲醇冷却器。中间那台卧式换热器是全段的枢纽——对加压塔它是塔顶冷凝器，对常压塔它是塔釜重沸器，一台设备干两份活。两路精甲醇从两座主塔的塔顶引出，汇合后冷却送罐区。

这一段煤路线和气路线共用，只是气路线的进料更稀、塔径和蒸汽量按上一节算的比例放大。

吨甲醇耗多少煤、多少气：理论最小值和典型实际值差多少

天然气路线：一摩尔甲烷出一摩尔甲醇，理论最小耗气 22.414 ÷ 32.04 × 1000 = 700 Nm³/t。公开资料里的典型实际值（原料加燃料）约 900–1050 Nm³/t，是理论的 1.3–1.5 倍。

煤路线：纯碳加水做甲醇的化学计量是 1.5C + 2H₂O → CH₃OH + ½CO₂，这一步吸热 86 kJ，缺的热再烧碳补（C + O₂ → CO₂），要多烧 0.22 摩尔碳。合计每摩尔甲醇至少 1.72 摩尔碳，按含碳 65% 的煤折，理论最小 0.99 吨煤/吨甲醇。典型实际值（原料加燃料）约 1.4–1.6 t/t，是理论的 1.4–1.6 倍。

两条路线的原料利用率都只有理论的六到八成，差的那截是热和损失：气路线差在转化炉要烧燃料、驰放气要放；煤路线差在气化炉本身要烧碳、还有变换那一步的必然损失。理论值是地板，不是目标。另外煤路线的化学计量就注定至少排 0.99 吨二氧化碳/吨甲醇（还没算燃料），而天然气路线在"多余的氢烧掉供转化炉"这个理想方案下接近零——这是两条路线碳排差三倍以上的化学根源。

两条路线，一张表看完

把前面算出来的数摆到一张表里：原料的氢碳比、造气方式、造出来的气氢碳比、要不要变换、要不要脱碳、合成段、粗甲醇含水、理论最小原料、化学计量的二氧化碳。一句话：差别几乎全在造气那一段，合成和精馏两边一样。

所以做两条路线的对比，别从合成塔开始比——那里没有差别。从气化炉和转化炉开始，把"氢从哪来"讲清楚，后面的每一处不同都是它的后果。

三台核心设备，一屏回顾

气化炉、蒸汽转化炉、合成塔。前两台完全不同——一台是内衬耐火砖、上面烧下面泡水的压力容器，一台是吊着一排催化剂管的方形明火炉；第三台两条路线共用。看一套甲醇装置先看造气段是哪一种：有气化炉、变换炉和低温甲醇洗塔的是煤路线，只有一座方形炉子的是气路线。

看一张甲醇流程图，先看哪七处

一、先认造气段。有气化炉、变换炉、低温甲醇洗塔的是煤路线；只有一座方形转化炉的是天然气路线。造气段认错，整张图的路线就错了。

二、煤路线有没有变换炉。没有它氢不够，这张图就不成立。变换炉通常不止一台，中间夹着换热器。

三、合成段是不是闭合回路。出口甲醇只有百分之几，多数气体要回头再走，一定有循环压缩机和一条回去的线，回路上还应该有一根驰放管。

四、合成塔旁边有没有汽包。放热要变成蒸汽拿走，管壳式等温塔旁边一定架着汽包，没有的是画错了；多段冷激式则要看到层间的冷激管。

五、精馏是不是三座塔。预塔矮、加压塔和常压塔高，加压塔塔顶的蒸汽要接到常压塔的塔釜——那根管子是三塔流程存在的理由。

六、前半段两张、后半段一张。两条路线的合成和精馏可以共用一张图，造气段必须画成两张，硬塞在一张里两边都看不清。

七、标题上别写工艺包商和催化剂牌号。写"煤制甲醇工艺流程"就够了，通用路线名谁都看得懂，专利名既容易写错也容易惹事。

最容易讲错的几处

一、说"天然气制甲醇也要变换"。不要。转化气的氢已经超过需要，变换只会让氢更多、碳更少。

二、把"变换"和"转化"混为一谈。变换是 CO 换成 H₂（不造气），转化是甲烷加水蒸气造合成气。一个在煤路线，一个在天然气路线。

三、把甲醇厂的转化炉和第 19 期的催化重整混为一谈。转化炉加工甲烷、造合成气；催化重整加工石脑油、提辛烷值。

四、说"煤制甲醇要把 CO 全部变换掉"。只变四成多。全变了就没有一氧化碳做甲醇了。

五、说"低压法效果不如高压法"。250 ℃、8 MPa 的平衡转化率 65%，比 380 ℃、30 MPa 的 34% 还高。低压法靠的是催化剂让温度降下来，不是牺牲。

六、把合成塔画成一根管子进、一根管子出的开路。单程转化率只有两三成，没有循环回路的合成段不成立。

七、说"三塔精馏是为了纯度"。三塔比两塔多一座塔的主要目的是省蒸汽（双效），纯度两塔也能做到。

八、把理论最小耗煤/耗气当成先进指标。那是化学计量的地板，任何装置都不可能达到；典型实际值是它的一点三到一点六倍，差的那截是热和损失。

和第 17、19 期的关系：从炼油厂到煤化工

工艺线三期正好是三种"和氢的关系"：第 17 期加氢是用氢，第 19 期重整产氢，这一期甲醇是造氢——而且造完立刻和碳压在一起。三期讲的合成气、变换、循环回路、放热反应器分床，在合成氨、制氢、费托合成里全部能复用。

甲醇本身也是一个枢纽：往下游走是甲醛、醋酸、甲醇制烯烃（MTO）、甲醇汽油和燃料电池，煤化工里"煤→甲醇→烯烃"这条链，前半段就是本期讲的东西。看懂一套甲醇装置，煤化工的大半张图就看懂了。

常见问题

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