郭博

摘要：現階段，我國工業發展速度日益加快，對甲醇的需求量日益增多，制造企業也快速涌現出來。為了促使甲醇生產制造成本有效降低，大部分企業均會采用煤制甲醇的方法，但目前其工藝技術仍未成熟，各種工藝技術類型多種多樣，其適用范圍和特點各不相同，只有合理選擇，才可以使甲醇品質得到保證，最大化控制生產成本。對此，主要對大型煤制甲醇的氣化以及合成工藝進行了探討，以供參考。

關鍵詞：大型煤制甲醇；氣化；合成工藝

引言

         我國幅員遼闊，屬于人口大國，對能源的需求量極大，而我國的能源與資源較為匱乏，同時隨著經濟發展速度的日益加快，也不斷提高了對各種能源的需求量。基于此形勢，我國必須立足于現階段的實際情況，對我國豐富的煤炭資源進行合理開發與利用，以使人們的生產生活需要得到滿足。現階段，煤炭資源較為豐富，所以立足于煤炭資源對其他能源進行制備與開發是最佳選擇，而我國缺少充足的石油資源，已經不能使工業生產中其他能源制備中的消耗得到滿足。只有借助煤制甲醇，才可以使能源短缺問題得到有效緩解。

1 大型煤制甲醇的氣化工藝選擇

1.1 固定床氣化

         在生產甲醇中使用固定床工藝時，需要對塊狀煤進行使用，通常來說，在整個生產中，煤炭的轉換率并不高，氣化程度較低，同時在排放的污水中酚和焦油較多，工藝措施復雜性較強，需要投入較高的工藝成本。盡管固定床氣化技術較為成熟，設備成本不高，但從各種因素來看，其在大型制甲醇生產中并不適用，在小規模生產中較為適用。

1.2 流化床氣化

         使用流化床技術優勢較為顯著。但必須嚴格控制氣化溫度，氣流床主要是就使用流化床過程中存在的缺點而制作的。因此，在使用氣流床的過程中需要嚴格控制環境溫度，同時對煤反應性的要求并不高。氣流床在氣化中需要確保煤粉的粒度不超過0.2 mm，同時溫度應在1 400 ℃以上，但不超過1 600℃。其環保效果十分明顯。除此之外，生產過程中不會產生焦油和酚等有害物質。氣化床煤氣化的過程中，受氣壓影響，可以促使壓縮功的使用量降低，將能源消耗有效減少。

1.3 水煤漿氣流床

         在大型的水煤漿氣化中適合運用Dow公司的LGTI氣化技術以及Texaco氣化。水煤漿氣化技術的特點是爐中放入煤漿和35%~40%的水，所以相較于干粉煤氣化，其氧耗高20%左右；爐襯為耐火磚，存在嚴重的沖刷現象，更換頻率為一年一換；生產諸多二氧化碳，碳的轉化率不高，有效氣體成分不高；對煤提出了明確要求，如要求灰熔點在1300℃以下，灰分小于13%，含水量小于8%，盡管具有氣流床煤氣化相同的優點，但仍存在諸多缺陷。

1.4 氣流床煤氣化選擇

         流化床工藝技術具有一定優勢，但其氣化溫度普遍不高。為了使此問題得到有效解決，氣流床工藝逐漸形成，其能在溫度較高的環境中實施工藝，同時相較于流化床工藝，其對煤化反應的要求不高。主要具有下述優勢：首先，在應用氣流床工藝的過程中，無需使用粒度小于0.2 mm的煤粉；其次，其氣化溫度在1400 ℃以上，但不超過1600 ℃，工藝具有較強的環保性，在生產中，不會產生諸多焦油和酚等物質，各種硫化物具有單一的形態，顯著加強了工藝環保性；再次，在其氣化工藝中，其壓力始終在3.5 MPa以上，但不超過6.5 MPa，在大型煤制甲醇中十分適用，可以使壓縮功的使用顯著減少，最大化控制生產制造工藝的成本消耗；最后，運用氣流床煤氣化工藝的產品具有更高的轉化率，其產品轉化率通常在95%以上，工藝生產中的能耗不高，在大型工業生產中十分適用。

1.5 干粉氣流床氣化技術

         煤制甲醇的氣化處理工作，當前在煤化氣試驗中有兩種較為常用的氣化床技術，即，水煤漿氣流床和干粉氣流床。其中，在使用干粉氣流床的過程中，其主要應用的是Shell技術和GSP技術等。在使用Shell技術時，需要粉碎煤粉，之后使煤的干燥性得到保證，并使用加壓煤倉和常壓煤倉展開處理。然后通入氮氣，把其當作一種主要載體，借助噴嘴向氣化爐輸送氮氣。蒸氣和氧氣的反應中，溫度需要超過1400℃，但小于1600℃。與煤氣和炭灰處理相結合時，要采用循環冷煤氣技術，溫度為900℃，使用此方法可以防止鍋爐中進入灰渣。若是煤氣溫度為300℃，需要運用除塵器分離處理炭灰，然后再向氣化爐輸送。若是煤氣溫度約40℃，再向氣化裝置輸送煤氣。圖1為Shell粉煤氣化工藝流程示意圖。

2 大型煤制甲醇合成工藝選擇

2.1 大型煤制甲醇合成流程

         大型煤制甲醇的合成流程主要涉及下述內容：合成壓力和反應溫度分別為7~10 MPa、210~280℃；如，在固定床氣化中，固定床的甲醇合成轉化率不高，所以需要循環利用其中未反應的氣體，此方式對反應物質利用效率的提高極為有利，同時，還可以有效節省反應成本；在對合成塔連接方式進行選擇時，需要與實際大型煤制甲醇情況相結合從而合理選擇，合成塔串聯的方式，可以促進大型煤制甲醇中單程碳的轉化率提高，促使反應中的循環量降低。合成塔回路串聯為兩級，分離第一級合成的甲醇后，形成的循環氣需要進入二級再進行處理，此方式對大型煤制甲醇應用效率的提高極為有利。

         若是大型煤制甲醇的規模不超過1000 t/d，則可以對并聯合成塔或單合成塔進行選擇。大型煤制甲醇規模在1000 t/d 以上，但不超過2000 t/d 時，運用串塔的方式，大型煤制甲醇規模超過3000 t/d 時，可以對兩級流程或串塔流程進行選擇。

2.2 合成塔

2.2.1 水管式合成塔

         為了使換熱效果得到改善，此塔型中沸騰水從傳熱管中通過，如此，既可以將過剩熱量有效移走，同時還可以副產中壓蒸汽，在大型化生產中此塔型為最佳選擇。在國內外大型化生產中此塔型十分常用，如，ICI公司的水管徑向合成塔。

2.2.2 固定管板列管合成塔

         這種塔與水管式塔有所區別，其催化劑裝填在管中，沸騰水殼走程，換熱熱量副產3.2～4 MPa的中壓蒸汽。Lurgi公司的合成塔極具代表性，此塔主要是運用逆流換熱，冷氣和熱水同時添加，不僅可以促進轉化率提升，同時還可以將能耗有效降低。此塔型因為管長和設備直徑的原因，具有較為復雜的結構，單塔缺乏較強的生產能力，在生產中需要并聯多個合成塔。固定管板列管合成塔這種塔型具有很高的造價，催化劑的裝卸難度較大。

2.2.3 冷管式合成塔

         此合成塔主要從氨合成塔中而來，在催化劑中對換熱面積充足的冷氣管進行設置，借助進塔冷管將反應熱移走。冷管主要有3種結構，即“U”型管式、并流式和逆流式。因為逆流式不適應合成反應的放熱，也就是床層出口處具有很大的溫差，但此時反應放熱最小，而在床層上部放熱量最高、反應速度最快，但溫床卻最小，為了使這種缺陷得到有效克服，冷管改成“U”形或并流冷管。

2.2.4 多床內換熱式合成塔

         現階段，在氨合成塔方面，各工程公司主要運用的是三床或四床內環熱式合成塔。就甲醇合成的特點運用四床或五床內環熱式合成塔。各床層是絕熱反應，在各床出口移走熱量。此塔型結構簡單，造價不高，無需使用特種合金鋼，具有很高的轉化率，在大型或超大型裝置中適用，但反應熱不能全部直接副產中壓蒸汽。中國成達公司的四床內換熱式合成塔和Casale的四床臥式內換熱合成塔是一種極具代表性的塔型。

3 結語

         現階段，我國經濟發展速度日益加快，在此形勢下，人們越來越關注環境污染問題，在各種環境污染中，最為嚴重的當屬化學工業產業的廢渣與廢氣的污染。當前，人們不斷增強環保意識，同時更加期待新能源的開發與利用，而對大型煤制甲醇的氣化與合成工藝進行選擇，正是探索與開發新能源的有效途徑，這對整個人類社會而言，具有重大意義。

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