有關煤制甲醇工藝設備與能耗的探索

（新疆天智辰業化工有限公司，石河子市，832000） 朱菊安

1 煤制甲醇工藝發展前景

我國石油儲量不足，但煤炭儲量較為豐富，為緩解石油進口壓力，探究煤化工技術具有相當積極的現實意義，這是我國能源安全的客觀需要，也是化學工業得以健康發展的需要。在諸多煤化工技術中，煤制甲醇技術已經具備相當完備的體系，發展潛力為業內人士看好，另外，在汽化凈化技術日趨成熟的推動下，再加上甲醇燃料電池等方面的應用[1]，煤制甲醇已經發展成為甲醇制作的一種主流工藝。因而有必要對該工藝展開進一步研究，使其更加低能耗，更加高效益，更加環保。本文選取水煤漿加壓氣化工藝為探討對象，系統地闡述煤制甲醇工藝設備與能耗。

2 主要工序涉及的設備與能耗

2.1 煤氣化工序

基于氣化爐的具體形式，煤氣化工技術主要包括三種，一是固定床，二是流化床，三是氣流床，如果選用大規模裝置，建議采用氣流床。所謂水煤漿氣化技術指的是，對原煤進行處理，將其轉變成水煤漿，通過噴流霧化這種形式輸入氣化爐予以高溫氣化處理，和O2在一定環境下（壓力取6.5MPa，溫度取1400℃）發生不完全氧化反應以及氣化反應，制得粗煤氣（即CO和H2的混合體）。在該道工序中，原煤屬于一次能源，耗用量較大，尤其集中在煤漿制備以及氣化這兩大階段，甚至超過總能耗的60%。對于煤氣化工序而言，其又包括3個主要過程，一是煤漿制備，二是氣化，三是灰水處理[3]。

2.1.1 煤漿制備

在選取磨煤機時，可采用濕式溢流型棒磨機，使用該設備可將原煤、水、石灰石粉以及相關添加劑等原材料打磨制備成勻質的水煤漿。

2.1.2 氣化

(1)高壓煤漿泵。通過高壓煤漿泵將制成的煤漿輸入氣化爐中。該設備和氣化爐保持一一對應關系，應具有穩定的連續運轉性能，如采用荷蘭制造的型號為GEH03的缸單作用活塞隔膜泵，其突出優點在于能夠有效減少介質的脈動。(2)氣化爐。煤漿經氣化爐氣化處理之后，便會和O2作用，生成粗煤氣。(3)激冷水泵。在激冷水泵的幫助下，完成粗煤氣的激冷操作，待完成水汽飽之后，輸離氣化爐，從而實現煤氣的有效降溫。(4)渣池。對于渣池氣化原料而言，其中含有一定的非有機質，該物質在高溫狀態下將會轉變成液態融渣，予以激冷及固化等相關后續處理之后，積累到一定量便將其排入渣池中，最后通過撈渣機將其運出。

2.1.3 灰水處理

(1)高壓、低壓及真空閃蒸器。對冷凝室提供的高溫黑水予以逐級減壓閃蒸，使其沉降，并形成灰水。該道處理主要是為了回收高溫黑水所蘊含的余熱，從而實現對能源的最大化利用，降低消耗。(2)除氧水泵。在該設備的幫助下，可以有效脫除灰水中的O2，并提供給后續工序循環使用。在整個煤氣化環節，能耗占比排在首位的是原煤，第二是O2。O2和水煤漿發生反應并制成粗煤氣，其它相關能耗還包括電能、水以及蒸汽等。

2.2 變換工序

在該工序中，最為重要的是對變換氣中蘊含的CO比例進行有效控制，讓其具有理想的氫碳比。變換方案主要包括兩種，一種是全氣量變換，另一種是部分氣量深度變換。第二種方案由于反應推動力較大，再加上催化劑用量偏小，比較容易實現，所以，工程實踐中通常采用第二種方案。變換工序主要設備如下：(1)水煤氣分離器。煤氣通過該設備以實現對機械雜質的有效分離。(2)變換爐。在該設備中，CO和水蒸氣將會發生變換反應。(3)廢熱鍋爐。該設備接收由出變換爐提供的氣體，先回收熱量，然后預脫鹽水。(4)水分離器分離冷凝液。(5)冷凝液汽提塔。(6)鍋爐給水加熱器。(7)脫鹽水加熱器[4]。

該道工序中，能源耗用十分有限，主要因為在甲醇生產過程中，應用激冷流程，制得的粗煤氣中含有較多的水蒸氣，完全滿足變換工序對熱量的需求，可直接參與變換爐的變換，不必要額外予以高壓蒸汽，如此一來，大幅節省了該道工序的能耗。

2.3 凈化工序

凈化工序指的是，應用甲醇脫除粗煤氣中兩種酸性氣體，即H2S以及CO2。在低溫凈化系統中，H2S吸收塔以及C02吸收塔是兩大主要設備。操作時，予以低溫中壓。凈化工序及其關鍵設備如下：(1)甲醇洗滌塔。在變換氣即將輸入原料冷凝器之前，將甲醇注入，使其和洗滌塔提供的凈化氣以及含有大量H2S的尾氣進行熱交換。在分離器的幫助下，將甲醇水溶液有效分離出來。(2)中壓閃蒸塔。對硫含量豐富的甲醇進行冷卻，然后輸送到閃蒸塔中，以有效回收其中的H2。(3)循環氣壓縮機。對閃蒸氣進行升壓，然后將其再次輸送到脫硫脫碳單元。(4)熱再生塔。富含H2S的甲醇溶液經加熱處理之后，被輸送到再生塔，對由塔頂散發出的甲醇蒸汽進行冷卻處理便可以得到甲醇。(5)甲醇水分離塔。在該設備的幫助下，可有效除去原料氣中蘊含的水分，同時將一系列雜質由塔底排出。(6)熱再生塔給料泵。在整個低溫甲醇洗環節，消耗最多的能源有三種，一是電能，二是蒸汽，三是脫鹽水。又以蒸汽耗用最多，約為這一工序總能耗的73%。

2.4 甲醇合成及精餾工序

甲醇合成器的重要性是不言而喻的，其形式主要包括冷激式、冷管式、水管式以及管殼式等，應結合具體需要予以選擇。在本工藝中，采用“冷管塔+管殼塔”這種串聯組合式結構。對原料氣進行預熱，待滿足反應溫度條件后之后，將其輸入合成塔，和其中的CO、CO2以及H2等物質發生反應，并生成甲醇和水兩種物質。通過甲醇分離器獲取粗甲醇，然后將其先后輸入預精餾塔、加壓精餾塔以及常壓精餾塔之后，便可制得目標產物甲醇。該道工序中，將會應用到以下設備：（1）循環壓縮機。對那些反應余下的氣體進行處理，以達成循環利用的目的。（2）甲醇合成塔。為CO、C02以及H2提供反應空間以完成甲醇的制備。(3)預精餾塔。經過溶解氣分離處理的甲醇將會被輸送到預精餾塔，從而除去其中的各種低沸點副產物。(4)精餾塔。由該設備頂端提供的精甲醇先后經過空冷、終冷以及回流等工序之后，一些重新回到塔內，其他則為目標產物精甲醇。甲醇精餾工藝采用基于節能理念設計的三塔精餾，不僅節省了大量的加熱蒸汽，而且節省了大量的冷卻水，從而實現了對能量的最大化利用。在該道工序中，總能耗量大約為70kt（標煤）/a，工質蒸汽屬于最大的能源消耗，大約為該道工序總能耗的98%[5]。

3 結束語

受環保以及氣體凈化等諸多因素的制約，煤制甲醇工藝存在諸多不足，如綜合成本相對偏高，但考慮到我國富煤少油這一基本國情，煤制甲醇仍有很大的應用空間。所以，該工藝在國內應用時具有較為理想的資源優勢。采取何種方法以實現甲醇合成塔的最優化運行，將會對甲醇生產企業的生產效率產生直接而重要的影響，換而言之，將會對它們的經濟效益產生直接而重要的影響。除此之外，降低能耗，最大程度回收余熱，重視并做好氣化、變換以及精餾等諸多工序的節能工作，仍舊是現階段及未來生產環節的重點研究內容。

[1]寧利民,袁守敬.焦爐氣制甲醇工藝的改造[J]. 潔凈煤技術,2014,02:69-72.

[2]吳軍.關于煤制甲醇工藝設備及能耗的幾點分析[J].煤炭技術,2013,10:213-215.

[3]肖珍平.大型煤制甲醇工藝技術研究[D].華東理工大學,2012.

[4]羅剛,張文耀,邢艷萍.煤制甲醇工藝廢水改造[J].黑龍江科技信息,2011,23:79.

[5]葛麗玲.煤制甲醇工藝流程及離心壓縮機應用[J].通用機械,2013,12:62-64+67.