煤制甲醇合成工藝設備的選型研究

武錦波

摘 要：甲醇在很多領域均能代替石油的功能，近些年來，甲醇日益受到人們的青睞，本文就如何選擇煤制甲醇設備展開論述，首先介紹了煤制甲醇的工藝流程及其重要性，然后指出了現階段設備選擇方面存在的弊端，最后給出了如何正確選擇煤制甲醇的工藝設備。旨在為煤制甲醇的設備選擇提供一定的參考意見，保障人們對甲醇的使用需求量。

關鍵詞：煤制甲醇;工藝設備;選型

在現階段，我國獲取甲醇的主要途徑就是煤制甲醇，然而甲醇的合成與使用均存在一定的危險性，因此，在煤制甲醇工藝設備的選取上我們應該慎重。就我國現狀而言，煤制甲醇設備選擇上主要存在以下兩種弊端：一是選擇的盲目性，這會對以后的生產造成嚴重影響，二是市場競爭力的考慮存在缺失。本文立足于次，將會詳細介紹如何正確選擇煤制甲醇的設備。

1 煤制甲醇的生產流程

1.1 煤的氣化

所謂煤氣化，實際上就是指煤在一定的溫度與壓力條件下，通過氣化綜合作用而出現多種氣體的技術，該技術能夠將加熱的水蒸氣與煤層進行綜合反映，進而得到氫氣與一氧化碳的復合氣體，該反映整體屬于吸熱反映，所以對于溫度的敏感度主要以高推動反應的方向進行。在整個制備過程中，需要設置一定的科學比例，氫氣、一氧化碳的比例為2.2左右，可以采取水吸收技術對多余的二氧化碳進行吸收。

1.2 甲醇的合成

甲醇合成技術同樣屬于可逆反正，其在反應過程中具有多種副反應類型，為了獲得更多的產品，需要對副反應的類型進行科學抑制，最佳的途徑是通過溫度控制的方式來促進正反應的發生。采取催化劑可以有效降低反應產生的活化能，在側面提升反應的整體效率。值得注意的是，在甲醇合成過程中存在積碳的可能性，所以需要避免氫氣過量的問題，最好可以將比例控制在3.0以內。

2 煤氣化技術分析對比

2.1 固定床氣化技術

固定床氣化技術作為工業生產中應用最早的煤氣化技術，其最早是德國的魯奇公司發明并推廣使用的，固定床氣化生產技術在構成氣的環節存在組分復雜度較高的問題，同時其生產穩定性較差，所以隨著行業的進步與發展，該技術逐步被淘汰，目前使用的企業越來越少。

2.2 流化床氣化技術

流化床氣化技術又被稱之為沸騰床氣化技術，該技術的主要特征在于小顆粒碎煤的應用，由于能夠利用褐煤來達到劣質煤的處理，能夠將氣化劑直接送入到爐內，所以可以保持沸騰氣化狀態。目前，我國的流化床氣化技術已經逐步成熟，通過技術升級與引進國外的先進技術，還可以進一步實現技術的突破與發展。

2.3 氣流床氣化技術

氣流床氣化技術是一種通過氣化劑實現煤粉、煤漿科學應用的技術，該技術能夠借助于噴嘴來達到氣化爐內部處理的效果，可以產生大量的一氧化碳與氫氣合成氣體。由于氣流床本身具有溫度穩定性強的優勢，所以相比于流化床具有更強的生產適應性，同時采取了氣流床氣化技術后，產品質量更為穩定，所以該技術在生產中具有很好的應用前景。對比上述三種氣化技術，其各自存在不同的優勢。其中，固定床氣化技術在設備的投資方面優勢明顯，能耗低、投資少，但是由于處理量較小，所以只能夠適應小規模的生產需求。相比于該技術，流化床在應用規模上更適應于大規模的生產，盡管投資成本較高，但是回報也會相應的增加。最后的氣流床技術能夠滿足常規生產的同時，解決碳轉化率不高的問題，所以作為現代化煤氣化生產中的主要技術趨勢，該技術的優勢最大。

3 氣流床煤氣化的選擇

3.1 干粉氣流床

干粉氣流化床技術中最具有代表性的就是德國的GSP技術以及Shell技術。Shell煤氣化采取了加壓氣流處理的技術，該技術能夠將原煤粒度進行粉碎處理，經過干燥后進入到煤倉的內部，可以通過噴嘴對稱分布的方式來輕易達到反應溫度的控制要求。GSP技術作為德國最先開發的技術，其能夠采用局部激冷處理的方式來達到熱回收的效果，所以能源穩定性更高，下圖1為干粉氣流床工藝流程圖。

3.2 水煤漿氣流床

水煤漿氣流床技術中，LGTI氣化技術是應用較為普遍的技術。該技術由美國最早完成開發，煤塊經過磨制后，可將氧氣與氣化爐的生產環節進行分離，這樣就可以達到激冷處理的效果。

3.3 氣流床煤氣化選擇

氣流床的煤氣化主要包括上述提到的三種技術，對比后進行選擇需要考慮到多個方面的因素與問題。德士古煤氣化處理技術對于設備的要求不高，所以無論是大規模生產還是中小型生產都可以應用。Shell氣化轉化率較高，碳轉化率高，同時能源的適應性不錯，對于一些新投建的企業具有很強的吸引力。GSP在氣化爐的壽命上具有不小的優勢，同時前期投資成本不算高，還能夠兼顧生產與效益的穩定性關系，所以在國內推廣成果良好。

4 甲醇合成塔的選擇

4.1 水管式

為了提升換熱效果，采取傳熱管內部走水的方式可以有效解決剩余熱量浪費的問題。除此之外，水管式合成塔能夠副產大量的蒸汽，所以在實際生產中屬于穩定性兼顧生產效益的合成塔類型。目前，水管式甲醇合成塔在國內應用十分普遍，通過水管徑向合成的方式可以很好的滿足日常生產的要求。

4.2 固定管板式

固定管板合成塔是一種內部填充催化劑的合成塔，該合成塔換熱總量較高，同時采取了逆流換熱的技術，所以能夠同時解決熱水、冷氣產生的問題，不但轉化率較高，同時能耗也可以得到合理的控制。不過，在實際應用過程中該類型的換熱設備也存在明顯的缺陷，主要表現在造價較高、生產能力有限。另外，本身結構相對比較復雜，所以實際使用起來一旦出現故障與損壞，維修的難度較高，后期維護的成本也較高，裝卸難度較大等等，這些因素限制了該類型合成塔的應用規模。

4.3 多床內換熱式

多床內換熱式合成塔是基于氨合成塔升級改造而來的合成塔技術，該塔在內部設置了專門的催化換熱結構，通過中央軸向設置換熱裝置的方式來達到合理軸向排布的效果，能夠實現多種催化床的相互隔離。在換熱器的使用過程中，各個催化創與換熱裝置都可以經過導流結構來確保氣流的通暢度。相比于其他類型的合成塔，該類型的合成塔能夠提升結構的穩定性，本身結構簡單，所以轉化率達標的情況下能夠節約大量的成本，能夠很好的適應于各種生產環境與需求。不過，由于反應熱的結構環境問題，不能夠直接作為副產中壓蒸汽的供應源。

根據上述分析對比來看，冷管合成塔在產品產出率方面較低，生產能力限制了該技術的應用，所以只能夠適應小規模的生產。列管式合成塔本身造價比較昂貴，所以國內投資使用的企業也比較少，相比之下，水管式合成塔、固定管板合成塔技術成熟度較高，應用的效果較好，所以受到國內廠家的青睞與認可。

5 總結

綜上所述，為了能夠更好地選擇煤制甲醇合成工藝的設備，我們應該避免盲目的選擇，同時要考慮到市場競爭力，根據實際情況選擇正確的合成塔，主要有三種，一是水管式合成塔，二是多床內熱式合成塔，三是固定管板列管合成塔，除此之外，我們還要加強相關政策的引導力度，加強煤制甲醇各種裝置的研究與開發，促進煤制甲醇合成工藝設備的日益完善。

參考文獻：

[1]劉晨.煤制甲醇系統中間換熱器設計及優化[J].中國設備工程，2020（04）：98-100.