煤制甲醇合成工藝設備的選型分析

朱建力

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037003)

煤制甲醇合成工藝設備的選型分析

朱建力

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037003)

介紹了煤制甲醇合成工藝流程及其主要特點，對煤制甲醇過程中的煤氣化技術進行比較分析，探討了氣流床煤氣化技術以及甲醇合成塔的選擇。

煤;甲醇;煤制甲醇;合成工藝;設備選型

引言

甲醇是一種無色、透明、易燃、有毒的液體，為現階段我國一種重要的有機化工原料和燃料，可以被應用于制造甲醛、硫酸二甲酯等多種有機產品，同時也是農藥、醫藥等行業的重要原料之一，具有十分重要的作用。隨著科學技術的發展，利用石油、天然氣、煤炭等都可以用來制作甲醇。其中，煤制甲醇由于自身所存在的一系列優點，受到了研究人員的重視。本文主要針對煤制甲醇合成工藝設備的選型進行研究分析。

1 煤制甲醇合成工藝流程

煤是制造甲醇的主要固體原料，其制作工藝路線主要包括燃料的氣化，氣體的脫硫、轉變、脫碳以及甲醇的合成與精制等。其工藝流程如圖1所示。

圖1 煤制甲醇工藝流程圖

煤制甲醇合成工藝主要包括以下2個關鍵的環節［1］:

1)煤的氣化。煤的氣化是指在進行煤制甲醇的過程中，將煤置于一定的溫度與壓力下，使之與氣化劑發生作用，產生氣體。

相關反應如式(1)～(3)。

3個反應全部屬于吸熱反應。因此，當升高溫度時，3個反應均向正方向移動。在實際操作中，一般采取向氣化爐中通空氣的方法，促使該反應順利高效地進行。

2)甲醇的合成。CO與H2合成甲醇的反應總體來說是可逆的，如反應式(4)和(5)。

但是，在進行甲醇合成的過程中，會發生一系列副反應，產生一些雜質。因此，在實際操作中，為了獲取更多的甲醇，可以使用合適的催化劑來促進其反應的進行。同時，通過將溫度控制在300℃ ～400℃等方法來提高該反應的反應速率。

2 煤氣化技術比較

煤制甲醇中的煤氣化按照氣化爐的形式可分為:1)固定床氣化。固定床氣化由德國研發。隨著科學技術的不斷發展進步，其自身所存在的生產能力低、合成氣組成復雜等一系列缺點，已不能滿足現階段煤制甲醇工藝的相關需求，并逐漸走向淘汰［2］。2)流化床氣化。直接運用小顆粒的碎煤作為主要原料，通過與氣化劑結合，進行氣化反應。3)氣流床氣化。主要是將攜帶有煤粉或者煤漿的氣化劑送入到氣化爐之中，使之在高溫條件下產生CO和H2氣體。氣流床能夠有效彌補流化床所存在的種種不足，具有氣化溫度高、強度大等一系列優點，受到了現階段我國相關企業的歡迎。

3種煤氣化工藝各有優點與不足，固定床氣化雖然具有設備簡單、費用較低、能耗較小等一系列優點，但同時具有處理量小、影響周圍環境等缺點。因此，不適合大型的煤制甲醇;流化床氣化對煤種提出了極高的要求，同時還存在著氣化溫度低、處理量小、碳轉化率低等缺點［3］;氣流床氣化可以提高操作溫度，提升反應效率，使碳的轉化率達到99%，但其能耗與投資較大。通過比對發現，氣流床氣化技術是進行煤氣化的首選技術。

3 氣流床煤氣化選擇

現階段，我國氣流床煤氣化中的干粉氣流床主要包括:1)Shell煤氣化工藝。該工藝是一種加壓氣流床粉煤氣化工藝，通過將粉碎的原煤送入干燥的煤倉，使之與汽化氣在1 400℃以上的溫度中進行反應，屬于廢熱鍋爐流程。2)GSP煤氣化工藝。主要采用局部激冷或者完全激冷的方式，將煤氣與熔渣從氣化爐的底部導入到激冷室中，對其進行冷卻。同時，將液渣以固體顆粒的形式排出，屬于激冷式熱回收流程。3)Prenflo煤氣化技術。其與Shell氣化技術具有一定的相似之處，要求粉煤的粒度為0.075 mm，操作壓力處于3.6 MPa～4.2 MPa，以N2作為主要載體，可以降低煤氣的含塵量，并減少能量的消耗。

在大型甲醇煤氣化工藝中，GSP煤氣化工藝由于其自身所存在的一系列優點而被廣泛運用于煤制甲醇工藝中。

4 甲醇合成塔選擇

現階段，甲醇合成塔主要包括:1)水管式合成塔。此種塔型在國內外使用較為普遍，不僅能夠將反應過程中產生的過剩能量移走，而且能產生中壓蒸汽，是一種比較理想的塔型。2)固定管板列管合成塔。此種塔型不同于水管式合成塔，主要采用逆流換熱技術，同時加入熱水及冷氣，在提高反應效率的基礎上降低能源的損耗。但是，受自身設備直徑與管長的限制，單個合成塔的生產能力有限，需要多個合成塔共同作用。3)多床式合成塔。此種合成塔是通過對氨合成塔進行技術改進而得到的，可進行催化劑的裝填。同時，多床式合成塔設置有換熱結構，具有結構簡單、造價低廉、轉化效率高等一系列優點。

對比分析可以發現，水管式合成塔、固定管板列管合成塔以及多床式合成塔各有優勢與不足，相關企業在進行煤制甲醇的過程中應根據自身實際情況，選擇最適合的甲醇合成塔。

5 結語

煤制甲醇技術所擁有的一系列優點，使之成為國內最為經濟的甲醇獲取途徑，受到了人們的關注。通過對煤氣化的固定床氣化工藝、流化床氣化工藝以及氣流床氣化工藝對比分析發現，氣流床氣化工藝最適合大型的煤制甲醇;對氣流床煤氣化中的干粉煤氣化進行研究分析發現，GSP煤氣化工藝最適合運用于煤制甲醇中;對水管式合成塔、多床內換熱式合成塔以及固定管板列管合成塔3種甲醇合成塔進行研究分析發現，各具特點，需要根據自身情況對其進行選擇，才能保證煤制甲醇工藝的順利、高效進行。

［1］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，2013，32(10):213－215.

［2］ 遲偉.煤制甲醇工藝論析［J］.煤炭加工與綜合利用，2014(4):33－35.

［3］王樂樂，魏國強.煤制甲醇工藝設備及能耗分析［J］.化工管理，2016(5):158.

Analysis of the selection of equipment for the synthesis of methanol from coal

ZHU Jianli

(Datong Guangfa Chemical Industry Co.，Ltd.，Datong Shanxi 037003，China)

This paper introduces the process flow and main characteristics of coal－to－methanol synthesis，compares and analyses the technology of coal gasification in the process of coal gasification，and discusses the technology of entrained－flow coal gasification and the selection of methanol synthesis tower.

coal;methanol;coal－to－methanol;synthesis process;equipment selection

TQ54;TQ223.1;TQ05

A

1004－7050(2016)06－0093－02

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.29

2016－09－14

朱建力，男，1987年出生，2011年畢業于東北石油大學，學士學位，助理工程師。研究方向:化工機械。