基于焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝技術(shù)分析

薛利軍

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

基于焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝技術(shù)分析

薛利軍

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

介紹了利用焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝技術(shù)，對(duì)甲醇的合成以及精餾過(guò)程進(jìn)行了深入的分析，在焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝過(guò)程中，二氧化碳起著非常重要的作用，二氧化碳比例必須保持在3%～6%，甲醇的質(zhì)量和產(chǎn)量才能達(dá)到最優(yōu)。

焦?fàn)t煤氣制甲醇；合成；精餾

1 焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝流程

1)甲醇的性質(zhì)

甲醇是一種透明、無(wú)色、易燃、有毒的液體，它的熔點(diǎn)在97.8 ℃。

2)原料

直接原料：一氧化碳，二氧化碳，氫氣。

間接原料：焦?fàn)t煤氣，氧氣，水蒸氣等。

3)焦?fàn)t煤氣的主要成分

焦?fàn)t煤氣的主要成分是氫氣和甲烷。

4)焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝流程

第一步：先把來(lái)自焦化廠的焦?fàn)t煤氣進(jìn)行接收；

第二步：對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)處理，然后送進(jìn)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行穩(wěn)壓；

第三步：對(duì)原料氣進(jìn)行壓縮與凈化；

第四步：進(jìn)行粗脫硫和精脫硫；

第五步：脫硫結(jié)束后，利用催化劑等對(duì)甲烷等向氫氣以及一氧化碳進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這一步需進(jìn)行一個(gè)空分工段；

第六步：取出煤炭，對(duì)煤炭進(jìn)行制氣、壓縮、脫硫、脫碳，最后合成氣壓縮；

第七步：甲醇的合成及甲醇的精餾；

第八步：商品甲醇的形成。

焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝如圖1所示。

圖1 焦?fàn)t煤氣制甲醇

2 甲醇的合成與精餾技術(shù)分析

甲醇的合成原理：經(jīng)過(guò)壓縮后的轉(zhuǎn)化氣，在一定的壓力、濕度下，其中的一氧化碳、二氧化碳分別與氫氣在銅基催化劑作用下生成甲醇。

主反應(yīng)為式(1)、式(2)：

CO+2H2=CH3OH+Q

(1)

CO2+3H2=CH3OH+H2O+Q

(2)

甲醇合成反應(yīng)是放熱的、體積縮小的反應(yīng)，所以降低溫度、提高壓力有利于正反應(yīng)的進(jìn)行[1-4]。

甲醇的合成一般情況下分為高壓法、中壓法和低壓法。其中，因?yàn)楦邏悍ㄅc中壓法的消耗能源過(guò)大不利于甲醇的合成，目前已經(jīng)淘汰，而現(xiàn)在主要采用的是低壓法來(lái)完成甲醇的合成，主要是因?yàn)榈蛪悍ú粌H能夠降低能源消耗，還可以保護(hù)環(huán)境。

甲醇精餾過(guò)程的原理：在同一溫度、同一壓力、同一濕度、同一混合物中，組分的不同，揮發(fā)度也不同，經(jīng)過(guò)氣化和冷凝，得到純度比較高的組分，從而實(shí)現(xiàn)了混合物的分離，完成了甲醇精餾的化學(xué)過(guò)程。這種方法也可以用于除去甲醇中的水分和有機(jī)質(zhì)，得到不同純度的精甲醇。目前，利用焦?fàn)t煤氣制甲醇的方法有2種，分別是三塔精餾法和雙塔精餾法，雙塔精餾法比三塔精餾法少了一個(gè)主精餾塔，所以雙塔精餾的能源消耗要比三塔精餾的能源消耗高。因?yàn)槿s有2個(gè)主精餾塔和1個(gè)常壓塔，2個(gè)主精餾塔分別進(jìn)行常壓操作和加壓操作，從而能源消耗低，達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的效果。這也是現(xiàn)在我們?cè)诰s過(guò)程中主要使用三塔精餾的原因。

2.1 合成氣體中碳酸比例的調(diào)整

在研究的過(guò)程中我們知道，合成氣體的碳?xì)浔戎禑o(wú)論是過(guò)大還是過(guò)小，對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生不良影響，因?yàn)椋戎颠^(guò)大會(huì)降低催化劑的活性，造成了一系列的副反應(yīng)，而比值過(guò)小，催化劑的活性大，造成能源消耗增加，浪費(fèi)能源[5]。因此，我們必須找到合適的方法來(lái)調(diào)整碳酸比例，而向合成塔中注入較多的氫氣就可以增加合成氣體中氫氣的含量，使得副作用大大降低，同時(shí)，還能避免發(fā)生催化劑中毒的不良后果，提高甲醇的質(zhì)量，保證甲醇的安全性和高效性。

資料顯示，最優(yōu)氫碳比為2.98%，但是在研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，氫碳比要比最優(yōu)氫化比高出很多，這也就說(shuō)明，合成氣中含有較多的氫和碳，過(guò)多的氫就會(huì)使得甲醇合成回路中產(chǎn)生的循環(huán)氣體增加，從而增加了壓縮機(jī)的工作負(fù)擔(dān)以及廢氣的排放量，這樣，不僅增加了能源的消耗，造成了資源不必要的浪費(fèi)，同時(shí)造成了環(huán)境的污染，對(duì)發(fā)展兩型社會(huì)是不利的。所以，調(diào)整碳酸比例成為了重中之重。在研究中得到，通過(guò)向合成塔中注入二氧化碳實(shí)現(xiàn)多種氣體的最優(yōu)比，就可以提高甲醇的質(zhì)量和產(chǎn)量。在合成塔中，加入適量的二氧化碳，保持最優(yōu)比在2.07～2.19，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)碳酸比的調(diào)整。這在焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝中是至關(guān)重要的，對(duì)于繼續(xù)研究以后的實(shí)驗(yàn)也有著承上啟下的作用[6]。

2.2 合成氣中二氧化碳含量的測(cè)定

甲醇由一氧化碳、二氧化碳與氫反應(yīng)生成，反應(yīng)式如式(3)、式(4)：

(3)

(4)

從反應(yīng)式可以看出，氫與一氧化碳合成甲醇的物質(zhì)的量比為2，與二氧化碳合成甲醇的物質(zhì)的量比為3，所以，二氧化碳具有舉足輕重的作用。1) 二氧化碳降低反應(yīng)溫度。在反應(yīng)過(guò)程中，產(chǎn)生了很高的溫度，不利于研究數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，但是二氧化碳卻可以降低反應(yīng)溫度；2) 保持催化劑的活性，催化劑在反應(yīng)過(guò)程中，會(huì)由于某些原因，造成催化劑失活或者碳化，有了二氧化碳就不需要擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題；3) 抑制某些副反應(yīng)的發(fā)生，在研究中，由于一些不可避免的原因，造成某些副反應(yīng)的發(fā)生，二氧化碳就可以抑制它們的反應(yīng)。綜上所述，二氧化碳在焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝中有著非常重要的作用，可以說(shuō)，如果沒(méi)有二氧化碳，焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝是實(shí)現(xiàn)不了的，更加談不上降低消耗，愛(ài)護(hù)環(huán)境的最終結(jié)果。在研究中，我們經(jīng)過(guò)多次理論計(jì)算得到，要想獲得甲醇的最優(yōu)質(zhì)量和產(chǎn)量，合成氣體中二氧化碳的比例必須保持在3%～6%。

3 結(jié)束語(yǔ)

眾所周知的，焦?fàn)t煤氣是氣體燃料和化工原料，凈化后的焦?fàn)t煤氣不僅可以用作城市燃?xì)猓€可以用于制造甲醇，而且制造甲醇的附加值最高，經(jīng)濟(jì)效益最好，同時(shí)還可以保護(hù)環(huán)境。但是研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝步驟多，且每個(gè)步驟之間銜接緊密，尤其是甲醇合成和甲醇精餾這2個(gè)步驟，因?yàn)檫@兩個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于焦?fàn)t煤氣制甲醇的最終的結(jié)果都會(huì)帶來(lái)直接的影響。

[1] 陶鵬萬(wàn).焦?fàn)t煤氣制甲醇轉(zhuǎn)化工藝探討[J].天然氣化工(C1化學(xué)與化工),2007,32(5):43-46.

[2] 鄭明東.焦?fàn)t煤氣制甲醇技術(shù)的發(fā)展[J].燃料與化工,2008,39(3):5-8.

[3] 趙靜.焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝的概述[J].黑龍江冶金,2006，12(4):5-6.

[4] 裴學(xué)國(guó),王磊,侯昌興.焦?fàn)t氣制甲醇工藝中焦?fàn)t氣的精制[J].煤化工,2006,34(6):51-54.

[5] 吳波.焦?fàn)t煤氣制甲醇裝置運(yùn)行探討[J].煤化工,2012,40(1):40-42.

[6] 楊柱榮,蹇守華,武振林,等.焦?fàn)t氣制甲醇原料氣凈化工藝淺析[J].天然氣化工(C1化學(xué)與化工),2011,36(2):42-45.

Process analysis of methanol production from coke oven gas

XUE Lijun

(Datong Guangfa Chemical Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037000, China)

The process technology of methanol production from coke oven gas is introduced. The synthesis of methanol and distillation process are analyzed in depth. Carbon dioxide plays a very important role in the process of methanol production from coke oven gas. The ratio of carbon dioxide must be kept at 3%～6% so that the quality and yield of methanol can be optimized.

methanol production from coke oven gas; synthesis; distillation

2017-03-07

薛利軍，男，1987年出生，2013年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，本科，助理工程師，從事煤制甲醇研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.28

TQ546

A

1004-7050(2017)04-0083-02

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