摘要：我国是世界上的煤炭大国，但是目前我国的大多数煤炭生产企业都采用直接销售原煤的单一模式，这就使这些煤炭资源不能实现利润的最大化。煤制甲醇的项目有很大的发展前景，可以实现我国的煤炭资源从资源优势到经济优势的转变，此外还能满足我国对甲醇的越发紧张生产需求，因此，煤制甲醇的项目的开发有很重要的意义。
关键词：煤制甲醇；工艺问题；措施
1煤制甲醇工艺
煤制甲醇工艺可以分为高压法、中压法和低压法三种，这种分类是以合成压力的高低为依据而确定的。高压合成法使用的是锌铬催化剂，这种催化剂的活性较低，而且这种合成方法由于其设备复杂、能耗高且产品质量不达标的缺点，在工业生产中已经不再使用。低压合成法的广泛应用是从上个世纪80年代开始的，几乎世界各地的企业都是使用低压合成法来对甲醇装置进行新建和改造。与高压合成法不同，低压合成法使用的催化剂是活性更强的铜锌基催化剂，合成压力和温度都有了适当地降低，低压合成法拥有设备简单、能耗低、产品质量稳定、投资少等等各种优点，因此低压合成法应用广泛，是目前国内外用于合成甲醇的主要方法。
2煤制甲醇工艺技术
2.1气化工艺
2.1.1Lurgi加压块煤气化技术
选用粒度为10~50mm的煤为原料,以水蒸汽和纯氧为气化剂。在气化过程中,随着压力的增加,气化强度和煤气热值大大增加。在我国此技术被广泛应用于城市煤气生产中。
2.1.2GE水煤浆加压气化技术
将氧气和水煤浆喷入气化炉后瞬间经历煤浆升温、水分蒸发、煤热解挥发、残碳气化和气体间的化学反应等过程,生产粗煤气和灰渣。该技术较为成熟,对煤种的要求宽泛,但由于采用液态排渣,所以对煤的灰熔点要求较高,单炉生产能力大,碳转化率可达95%以上。
2.1.3Shell干粉煤气化技术
选用干煤粉作为进料,水蒸气与纯氧作为气化剂,是一种加压气流床粉煤气化技术。此气化技术的气化温度高达1400~1600℃,碳转化率近乎100%,气化效率高,气化反应充分,单炉产气能力高,洁净气化,有害副产物少。
2.1.4灰熔聚粉煤气化技术
选用粒度小于6mm的粉煤,以水蒸汽和纯氧为气化剂,在高温(1050~1100℃)条件下,使床层中的粉煤沸腾流化,气固两相充分混合接触,同时发生煤的热解和碳的氧化还原反应,最终达到煤的完全气化。煤灰在气化炉中心高温区相互粘结团聚成球,依靠重量差别使灰球与炭粒分离,灰球则靠自重落到炉底灰斗排出炉外。灰熔聚粉煤气化工艺是我国自主知识产权的洁净煤气化技术,所有设备均可实现国产化。该技术尚处于推广阶段。
2.2净化工艺
2.2.1低温甲醇洗工艺
该法是物理吸收法,以冷甲醇作为酸性气体吸收液,利用甲醇在-60℃左右低温条件下对酸性气体溶解度极大的物理特性,同时分段选择性地吸收工艺气中的各种有机硫等杂质。目前在国外已有近百套低温甲醇洗净化装置投入生产运行。主要工艺有鲁奇技术和林德技术。鲁奇公司的低温甲醇洗工艺流程为:气化→脱硫→变换→脱碳,变换在脱硫和脱碳之间。而林德公司的低温甲醇洗工艺则是在变换后选择性地一步法脱硫脱碳。国内目前已有数十套大型酸性气体净化装置采用低温甲醇洗工艺,有的装置已运行近20年,在设计、安装、操作等方面都积累了丰富的经验。
2.2.2NHD工艺
NHD法采用的物理吸收剂是乙二醇二甲醚,其对CO2、H2S等有较强的吸收能力,净化后CO2体积分数降至0.2%以下,H2S小于1.0×10-6;但对COS的吸收能力较弱。一般在NHD净化后另外增加精脱硫装置,保证合成气中含硫气体深度净化,体积分数可小于1.0×10-7。
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两种净化技术相比,低温甲醇洗虽然投资高,但工艺技术成熟可靠、能耗较低、气体净化度高,而且甲醇对CO2的吸收能力是NHD溶液的四倍多,溶剂循环量约为NHD的25%,能耗低、价格便宜。NHD法工艺流程复杂,脱硫和脱碳必须分开,溶剂昂贵,吸收能力较甲醇低,溶剂循环量大,操作费用较高。
2.3合成工艺
甲醇的合成方法有高压合成法、中压合成法和低压合成法。高压合成法要求320~400℃的温度和25~30MPa的压力,其动力消耗高、催化剂活性低、产品质量差,基本上已被淘汰。中压法的合成压力为10MPa左右,操作温度200~300℃,目前除老合成氨装置转产外,新上装置已逐年减少甚至淘汰。甲醇的合成是一种强放热反应过程,现在广泛采用低压法合成工艺,最典型的工艺为ICI、LURGI、CASALE。低压法比高压法和中压法优越,主要表现在能耗低,粗甲醇产品质量高,设备易制造,投资相对较少。
2.3.1ICI工艺
ICI技术采用多段原料气冷激绝热床,反应床层最大温差可达30~50℃,依据原料气冷激的方式进行温度调节,有滞后性,且在低负荷或负荷有波动时更为明显。开工操作中,专设开工炉,先预热循环气,后加热催化床,开工时间长。
2.3.2LURGI工艺
该工艺采用内部冷却列管式等温床,与冷侧温差在7℃左右,根据水进气出移热蒸汽压力变化进行温控,其滞后较ICI小。利用蒸汽加热催化床,直接通入反应气,时间短,开工比ICI方便。从清洁生产的角度看,LURGI较优并已实现国产化。
2.3.3CASALE工艺
该工艺不采用直接冷激,而采用塔外热交换,各床层段出口甲醇浓度较高,所需的床层段数减少。由于床层阻力明显减少(比ICI轴向型塔减少24%左右),所以可增加合成塔高度和减少壁厚,可选用高径比的塔,以降低造价。与激冷室绝热塔相比,轴径向混合流塔可节省投资,简化控制流程,减少控制仪表。
3煤制甲醇工艺的优化措施
3.1煤制甲醇工艺的智能化发展
在电子信息科技高速发展的今天，煤制甲醇的工艺过程如果可以利用电子信息科技来达到煤制甲醇工艺过程的智能化和自动化，将会为煤制甲醇的工艺发展带来极大的突破。尤其在煤制甲醇的工艺流程第三步中一氧化碳和氢气要达到1:2的比例才能使其充分反应来有效合成甲醇，如果实现了煤制甲醇工艺的智能化发展，将会更有效的进行甲醇的合成过程，将大大提高煤制甲醇的工艺效率。与此同时，煤制甲醇工艺的智能化发展也有利于煤制甲醇工艺过程的实时监控，使得制备的各个流程都在监控下完成，更有利于对整个制备过程进行量化监督，从而实现煤制甲醇工艺的完善。
3.2煤制甲醇工艺的节能型设计
在煤制甲醇工艺实现智能化发展的同时，进行煤制甲醇工艺的节能型设计，适应现代“环保、清洁、节能”的经济发展理念。首先，要在煤炭的使用上进行有效的节约设计，在考虑制取甲醇达标的情况下，通过改进工艺来实现煤炭资源的高效利用，从而达到煤制甲醇产投比的最大化。其次，在煤制甲醇的工艺过程中由于需要用到气化炉、蒸馏塔、气液分离设备等需要消耗大量的电力能源，通过煤制甲醇工艺的智能化发展和工艺革新来实现电力能源的节约。最后，在煤制甲醇的工艺发展过程中要具备节约的意识，要不断改进煤制甲醇的工艺以达到整个生产过程的能源节约。因此，通过煤制甲醇工艺的节能型设计和智能化发展，使得煤制甲醇工艺得到更加完善的发展。
结论
随着越来越多的环境问题和更严格的环保规定，煤炭行业面临严峻挑战，煤炭公司必须适应新常态，洁净煤炭技术，可以转换煤炭为清洁燃料和附加值化学品，对环境影响较小。我国的煤制甲醇工业在近年来虽然取得了一定的成效，但是相比较为理想的能源结构来说，还需要催化剂的研发、全产业链条平台优化以及CO2封存技术产业化提高方面继续进行研究和探索。
参考文献：
[1]葛少英，杨锐浅谈我国的煤制甲醇技术[J]中国石油和化工标准与质量，2017，9（10）：68一69.
[2]冯元琦.甲醇生产操作问答[M].北京：化学工业出版社，2017：87-89.
论文作者:温晓楠,胡艳飞,亢世和
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/27
标签：甲醇论文; 工艺论文; 成法论文; 技术论文; 低压论文; 低温论文; 脱碳论文; 《基层建设》2018年第34期论文;