对当前煤制甲醇工艺的综合分析研究

1 煤制甲醇的化学生成原理

煤制甲醇的转化过程是通过一氧化碳来进行过渡的, 分为两个阶段:一是一氧化碳生成;二是甲醇合成。

一氧化碳生成是通过煤高温气化来实现的, 煤在高温常压下和气化剂进行反应, 从而生成一氧化碳、氢气、二氧化碳这三类气化产物, 气化剂通常是水蒸气和空气混合气。经过高温气化反应促使煤的气化, 最终产物中的一氧化碳和氢气都属于甲醇合成必须的原料, 其中的二氧化碳在高温气化反应中能够部分的与碳进行再次反应而生产一氧化碳。当然在生产过程中产生的二氧化碳属于废气, 但可以利用黑铁 (四氧化三铁) 作为催化剂, 加入氢气进行高温催化循环反映, 该反映可以再次将部分二氧化碳转化为生产所需的一氧化碳, 并最终通过高压水吸收法去除残余的二氧化碳。

第二阶段是甲醇合成阶段, 甲醇合成反映是应用了一样乎他和氢气的可逆化学反应来进行的, 在实际大批量生产中, 需要通过温度、压力和催化剂控制来实现最大化 (将副反应程度将至最低) 的生产。合成甲醇的反应温度低, 所需压力低, 能耗也低, 但温度低, 反应速度变慢, 所以催化剂是关键因素。合成甲醇原料气H2/CO的化学计量比是2∶1。一氧化碳含量过高对温度控制有害, 且能引起羰基铁在催化剂上的积聚, 使催化剂失掉活性, 故采用氢气过量过量, H2/C O摩尔比为2.2~3.0较好。

2 煤制甲醇的常规工艺流程

常规的煤制甲醇工艺流程主要分为三大阶段, 分别为气化、转化和甲醇洗三个阶段, 其主要流程如下。

首先是气化阶段。气化分为以下步骤 (1) 煤浆生产, 煤浆生产时确保气化反映水平的重要准备工作, 煤浆的植被需要将焦煤原料磨细, 植被成越65%的煤浆, 磨煤通常采用湿法, 可防止粉尘飞扬, 环境好; (2气化, 气化阶段的反应时对煤浆进行简单粗制氧化反应获得粗制合成气的过程中该过程中的温度应当控制在1350°C~1400°C, 气压控制在6.5MPa (G) , 该企划反映属于书剑完成, 反应生成的热气体和熔渣经过激冷水浴后, 最终气体进入反映变化流程, 熔渣被分离进行灰水处理; (3) 灰水处理, 该工作是对气化阶段中产生熔渣进行二次处理的过程, 需要完成渣水分离、熔渣闪蒸过滤这亮相工作, 分离后的水用作循环使用, 闪蒸制作后过程中的热气体进回收热量用于后续生产, 其他溶质进行出厂的再处理。

其次是转化阶段。该阶段是煤制甲醇原理中的第二步骤, 由气化碳洗塔来的粗水煤气经气液分离器分离掉气体夹带的水分后, 进入气体过滤器除去杂质, 然后分成两股, 一部分 (约为54%) 进入原料气预热器与变换气换热至305℃左右进入变换炉, 与自身携带的水蒸汽在耐硫变换催化剂作用下进行变换反应, 出变换炉的高温气体经蒸汽过热器与甲醇合成及变换副产的中压蒸汽换热、过热中压蒸汽, 自身温度降低后在原料气预热器与进变换的粗水煤气换热, 温度约335℃进入中压蒸汽发生器, 副产4.0MPa蒸汽, 温度降至270℃之后, 进入低压蒸汽发生器温度降至180℃, 然后进入脱盐水加热器、水冷却器最终冷却到40℃进入低温甲醇洗吸收系统。

最后是甲醇洗阶段。该阶段是完成能源应用型甲醇生产的必要阶段, 通过吸收系统来处理转化阶段反映后气体中的二氧化碳、硫化物、水蒸汽和其他微量杂质, 该阶段主要包括以下系统: (1) 吸收系统, 吸收系统是该阶段生产中最为核心的系统, 完成非相关性气体和杂志的吸收, 一般生产中会采用两套系统来分别处理变化气和为变化气; (2) 溶液再生系统, 该系统完成非相关性气体和杂质的最终处理, 从高压闪蒸器上部和底部分别产生的无硫甲醇富液和含硫甲醇富液进入H2S浓缩塔, 进行闪蒸汽提, 甲醇富液采用低压氮气汽提, 高压闪蒸器下部的含硫甲醇富液从塔中部进入, 塔底加入的氮气将CO2汽提出塔顶, 经气提氮气冷却器回收冷量后, 作为尾气高点放空, 富H2S甲醇液自H2S浓缩塔底出来后进热再生塔给料泵加压, 甲醇贫液冷却器换热升温进甲醇再生塔顶部, 分离出的酸性气体去硫回收装置, 最终的废水进入污水系统进行处理; (3) 甲醇最终合成。

3 煤制甲醇常规工艺的经济性和安全性考量

首先是生产流程的经济性问题, 在不考虑目前甲醇最为能源引用的市场状态, 仅考虑该类生产流程的经济性来说, 可以从原料应用、生产过程能源的纯投入、设备成本投入、废物废料再处理成本投入几个角度来进行说明: (1) 原料应用方面, 能源用甲醇生产已经排除了传统的乙炔水合法和发酵法, 利用煤作为原料进行规模化生产更具可行性, 现阶段用煤作为原料进行甲醇生产是最经济、最可靠的一种方式; (2) 生产能源的纯投入, 目前煤制甲醇的研究已经逐步成熟, 生产过程中对于高温气体余热的再利用已经相当完善, 而且生产过程中的加高温加热过程所需的热量相对于煤炭其他类型的生产消耗更少, 切废弃物的产出也更少; (3) 设备成本投入, 目前国内煤制甲醇技术已经毋庸置疑, 技术性投资基本不属于需要考虑的问题, 本身生产过程中的能源需求又很低, 整体的设备运行和维护的成本相当低廉; (4) 废物废料处理成本, 从上述的工艺流程介绍中可以了解到, 煤制甲醇生产过程中的废料是需要进行二次处理, 其中部分用于二次生产, 部分用于污染处理, 相对于煤炭能源的直接利用来说, 废料处理上的成本几乎可以忽略。

其次是安全性的考虑, 煤制甲醇的安全性考虑主要在于环境安全因素方面, 相对于类型相似的煤制天然气来说, 煤制甲醇和煤制天然气中较为突出的煤制烯烃来说, 生产过程中的副产水消耗较少、废气产出较少, 无论从自然资源占用还是污染物产出方面, 煤制甲醇都有更高的优势。

摘要：现代化的能源应用更倾向于清洁、无污染的方向, 虽然乙醇作为原料消耗不可避免的仍旧会对自然资源出现一定的侵占和影响, 但作为一种消耗向清洁的能源类型来说具有更高的优势。因此我们提出了如何提升煤制乙醇产出的思考, 煤制乙醇能够在较大程度上满足能源应用的需求, 并且具有更高的可开发性。所以, 本文提出了从煤制乙醇工艺完善的角度思考, 提升其产量、质量和安全性的分析。

关键词：煤制乙醇,生产工艺,设备,方案

参考文献

[1] 曾纪龙.大型煤制甲醇的气化与合成工艺选择[J].化工技术经济, 2005 (7) .

[2] 李永生.煤制甲醇项目的可行性分析[J].同煤科技, 2005 (1) .

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[5] 曾纪龙.大型煤制甲醇的气化与合成工艺选择[J].化工技术经济, 2005 (7) .