淺談煤制甲醇生產工藝技術

陳強

摘要：為有效滿足市場方面的甲醇需求，需要使用科學合理的加工方法，獲得高收率的產品，才可以實現既定目標。在化工領域采取煤制甲醇生產工藝技術，通過相關氣化工藝造氣，在此基礎上，處理合成氣之后得到甲醇，然后處理其尾氣，使其滿足相應的環(huán)保標準，從而實現生產甲醇。

關鍵詞：生產工藝；煤制甲醇；技術應用

         在甲醇制備過程中，以煤為原料，探討相應的技術，優(yōu)化其生產工藝流程，通過比較不同工藝技術，使用各種生產工藝，逐漸改善制備效率，從而和市場需求形成統一。

1 煤制甲醇生產工藝概述

         作為石油化工的一種原材料，甲醇的作用不言而喻，通過諸多生產工藝，獲得質量相對較高的產品，才可以更好地達到市場需求。生產過程中主要是以煤與氣化劑為材料，通過煤氣化技術得到粗煤氣，其主成分為H₂與CO，進行變換反應，調整變換氣中H₂與CO氣體的比例，以符合甲醇合成氣的要求，利用相關方法CO₂與H₂S除去，得到滿足標準的合成氣，受到催化劑的影響，在合成塔中形成粗甲醇，借助精餾措施形成精甲醇產品。

2 煤氣化技術應用

2.1 常見的技術

2.1.1 固定床氣化工藝

         主原料為碎煤，和氧化劑進行逆流接觸，其中的典型方法是魯奇移動床加壓氣化，其優(yōu)勢顯著，能夠采用劣質煤氣化，生產能力較高，耗氧量少，反應爐的操作溫度和爐出口煤氣溫度相對較低，氣化與碳效率較高。該方法也具有不足之處，氣化強度不高，氣－固逆流換熱，粗煤氣中具有許多雜質，例如焦油、酚類等，導致整個凈化操作流程有所加長，使得成本費用有所提高。

2.1.2 流化床氣化工藝

         該方法的材料是細粒煤，利用爐內的氣化劑作用，使煤粒呈現流化狀態(tài)，氣體的組成和流動狀態(tài)比較均勻，在流動床內形成穩(wěn)定的水煤氣，攜帶細顆粒的粗煤氣由氣化爐逸出，在旋風分離器中分離出較粗的顆粒并返回氣化爐，經廢熱回收系統進入水洗塔使煤氣冷卻和除塵，其中沒有焦油，然而卻具有較多的飛灰，不容易處理，較為完善的是溫克勒爐。

2.1.3 氣流床氣化工藝

         該工藝的材料是粉煤，在氣化劑的攜帶下進入到爐內發(fā)生并流氣化其具有諸多優(yōu)越性，工藝靈活，氣化壓力高，煤種適應范圍較寬，合成氣質量高，產品氣用途廣泛等，不會對生態(tài)環(huán)境造成污染。也具有不足之處，即為使灰渣易于排出，使用的煤灰熔點低，含灰量低，否則添加助熔劑且導致運行費用有所提高，氣化爐耐火材料和噴嘴都運行于溫度相對較高的環(huán)境中，壽命有限，成本、較高，且耗氧量大，從而導致生產費用有所增加。

2.2 幾種煤氣化工藝的對比分析

2.2.1 GSP工藝

         該方法主要是通過冷激氣化的模式運作。通過氣化爐頂的干粉加料技術，將水冷結構設計在反應室四周，采取相應的降溫措施，實現良好的煤化工生產效果。主要原料是干粉煤，通過CO或N₂對煤粉進行輸送，使原料達到氣化爐，完成氣化。爐內溫偏高，對煤種的要求不是很高，任何煤粉均能夠用做原料，適應性相對較強。爐溫相對偏高，需要使用的氧氣偏少，相比水煤漿加壓氣化，耗氧量明顯減少，減少幅度大約為20%，從而有效降低了設備建設以及后期保養(yǎng)成本，以確保產品質量。爐為水冷壁的結構，無須使用任何耐火材料，由此減少了設備的投資費用。該結構具有較長的壽命，降低了養(yǎng)護成本，優(yōu)化了設備的設計和利用，實現良好的制備效率。爐僅設計1個噴嘴，維護工作比較容易，壽命相對較長，為整個生產過程創(chuàng)造了良好的安全條件。煤粉氣化環(huán)節(jié)，不會排放出尾氣，有效降低了對生態(tài)環(huán)境的破壞，因此該方法的環(huán)保性能較好。粗煤氣的價格相對偏低，生產效率也很高。

2.2.2 LGTI氣化工藝

         該方法在美國獲得推廣普及。氣化爐主要包括兩部分，下部為氣化段，上部是利用下部的高溫煤氣，把上段的煤漿氣化而形成水煤氣，通過氣化爐后降溫，到達冷卻系統把熱能回收，循環(huán)利用。

         粗煤氣中包含大量雜質，采用變換與脫碳等技術方法，把CO轉變成H₂，從而完成了相應的加氫處理，為制備出大量甲醇創(chuàng)造了良好的條件。另外，制備甲醇還須用到許多CO，所以無須更多的轉換率，僅需適當調整CO與H₂的比例，符合相關合成要求就行。

2.2.3 德士古爐氣化工藝

         該工藝適應性廣泛，但其灰熔點必須滿足要求。單爐生產能力較高，且碳轉化率也高，排水里面沒有雜質，例如酚、焦油等，煤氣質量好，H₂與CO含量大約為80％，CH₄占比較低，在生產合成氣時比較適用。當前，全球10多個企業(yè)引入該方法，大多數是國內的企業(yè)，我國在該領域累積了大量的經驗。

3 合成甲醇工藝技術措施的優(yōu)選

3.1 甲醇合成塔技術

         全球各地具有很多類型的合成塔，它們的運行機理大致相同，從反應熱力學的層面進行分析，該反應發(fā)生過程中會釋放熱量，低溫條件對制備甲醇非常有幫助，從反應動力學的層面進行分析，高溫條件能夠使反應提速，然而，高溫條件下會對催化劑造成負面作用，還會形成副產物。為實現良好的合成效果，在兼顧到反應動力學和熱力學的基礎上，生產出各種合成塔。

3.2 催化劑體系

         選擇合理的催化劑體系，這關系著合成效果，有助于提升生產效率。具體來說，主要存在著以下兩種催化劑體系：基于CuO與基于ZnO，二者的特點存在區(qū)別，在煤制甲醇生產工藝之中能夠發(fā)揮出不錯的催化效果。其中，CuO的活性相對較好，常用于中低壓工藝技術中，具有相對較差的耐熱性，對毒性的敏感性相對較高。ZnO耐熱性良好，不易發(fā)生催化劑中毒問題。此處主要是按照煤化工生產實際情況，選擇CuO。

3.3 粗甲醇精餾工藝技術的優(yōu)化

         具體制備過程中，選擇不同的工藝技術，形成的甲醇中的雜質含量有所區(qū)別，還必須采取相應的精餾處理措施，將里面的雜質去除，從而得到符合標準的產品。各種類型的催化劑制備而來的甲醇純度存在區(qū)別，對其應當采取相應的提純處理措施，這樣才會獲得理想的產品。

         應用雙塔精餾工藝技術，從合成段而來的產品，其濃度超過90%，經減壓處理到達預精餾塔，將混有的二甲醚脫除，在此基礎上，到達主精餾搭將重餾分脫除，從而得到濃度為99.9%的達標產品。針對其中含有雜質相對偏少的產品能夠通過這一方法，可獲得良好的成效。

         應用三塔精餾工藝技術，比上一種方法增設了1個精餾塔，在預精餾塔后設計上相應的冷凝器，對其出口溫度進行控制，使低沸點的餾分以氣相存在，防止造成冷凝回流。把它們脫出以后，接著采取相應的加壓精餾工藝，提高甲醇氣體的分壓和沸點，為改善產品收率，選擇增壓精餾的技術方法，從而實現相對較好的精餾效果。再次為常壓精餾塔，由該裝置對產品提純，從而得到更好的產品。

         三塔精餾工藝在精餾過程中消耗蒸汽量明顯減少，能夠獲得濃度為99.99%的產品。雙塔精餾的產品中含有許多乙醇，而三塔精餾則含有很少，同時，其投資相對較多，操作起來不是很簡單，雙塔流程需要投入的費用相對較低，操作不是很復雜，具體的現實中，主要是按照技術要求，采用滿足條件的方法即可。

         精餾塔中應用最廣泛的就是填料塔，在其中加上新填料，具體來說，可通過網狀波紋填料，塔高大約為浮閥塔的二分之一，有效降低了投資。其壓降相對偏小，生產能力較高，滿足了甲醇精餾的要求，常用于生產現場。

4 環(huán)保技術措施

         該工藝中會產生大量廢物、灰塵，以及相對較高的噪音，對生態(tài)環(huán)境產生嚴重的破壞，基于此，需要采取科學合理的措施來處理三廢。

把生產系統中的不凝氣體用做燃料，把酸性氣等相關物質輸送至硫回收系統，用來制備硫磺產品。凈化工藝過程中會釋放許多CO₂，對生態(tài)環(huán)境造成負面影響，可以把它用作煤粉輸送載體，也能夠用做干冰。

針對其中的廢水，可通過生物法來予以處理，從而實現無害化的效果。降低其對生態(tài)環(huán)境的破壞，確保工廠排出的廢水滿足要求。

針對廢渣，氣化爐和鍋爐的爐渣采取相應的煅燒處理措施，可在基建中使用，也能夠鋪路，還可存放在建渣場中，對其進行再利用。在煤的處理中，煤粉揮發(fā)過程中會形成一定的粉塵，主要是利用立體煤倉儲存原、燃料煤，皮帶運輸機上面加罩，來解決上述問題。

5 結語

         總之，通過綜合研究國內外各種煤制甲醇生產工藝技術，結合具體的生產特點，選擇科學合理的工藝技術措施，以減少制備成本，并且確保操作容易，簡化設備養(yǎng)護工作，提高生產的安全性。

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