淺談煤制甲醇生產(chǎn)工藝技術(shù)

（新疆匯合新材料有限公司，新疆石河子市，832200）陳 強(qiáng)

在甲醇制備過程中，以煤為原料，探討相應(yīng)的技術(shù)，優(yōu)化其生產(chǎn)工藝流程，通過比較不同工藝技術(shù)，使用各種生產(chǎn)工藝，逐漸改善制備效率，從而和市場需求形成統(tǒng)一。

1 煤制甲醇生產(chǎn)工藝概述

作為石油化工的一種原材料，甲醇的作用不言而喻，通過諸多生產(chǎn)工藝，獲得質(zhì)量相對較高的產(chǎn)品，才可以更好地達(dá)到市場需求。生產(chǎn)過程中主要是以煤與氣化劑為材料，通過煤氣化技術(shù)得到粗煤氣，其主成分為H2與CO，進(jìn)行變換反應(yīng)，調(diào)整變換氣中H2與CO氣體的比例，以符合甲醇合成氣的要求，利用相關(guān)方法CO2與H2S除去，得到滿足標(biāo)準(zhǔn)的合成氣，受到催化劑的影響，在合成塔中形成粗甲醇，借助精餾措施形成精甲醇產(chǎn)品。

2 煤氣化技術(shù)應(yīng)用

2.1 常見的技術(shù)

2.1.1 固定床氣化工藝

主原料為碎煤，和氧化劑進(jìn)行逆流接觸，其中的典型方法是魯奇移動床加壓氣化，其優(yōu)勢顯著，能夠采用劣質(zhì)煤氣化，生產(chǎn)能力較高，耗氧量少，反應(yīng)爐的操作溫度和爐出口煤氣溫度相對較低，氣化與碳效率較高。該方法也具有不足之處，氣化強(qiáng)度不高，氣－固逆流換熱，粗煤氣中具有許多雜質(zhì)，例如焦油、酚類等，導(dǎo)致整個凈化操作流程有所加長，使得成本費(fèi)用有所提高。

2.1.2 流化床氣化工藝

該方法的材料是細(xì)粒煤，利用爐內(nèi)的氣化劑作用，使煤粒呈現(xiàn)流化狀態(tài)，氣體的組成和流動狀態(tài)比較均勻，在流動床內(nèi)形成穩(wěn)定的水煤氣，攜帶細(xì)顆粒的粗煤氣由氣化爐逸出，在旋風(fēng)分離器中分離出較粗的顆粒并返回氣化爐，經(jīng)廢熱回收系統(tǒng)進(jìn)入水洗塔使煤氣冷卻和除塵，其中沒有焦油，然而卻具有較多的飛灰，不容易處理，較為完善的是溫克勒爐。

2.1.3 氣流床氣化工藝

該工藝的材料是粉煤，在氣化劑的攜帶下進(jìn)入到爐內(nèi)發(fā)生并流氣化其具有諸多優(yōu)越性，工藝靈活，氣化壓力高，煤種適應(yīng)范圍較寬，合成氣質(zhì)量高，產(chǎn)品氣用途廣泛等，不會對生態(tài)環(huán)境造成污染。也具有不足之處，即為使灰渣易于排出，使用的煤灰熔點(diǎn)低，含灰量低，否則添加助熔劑且導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用有所提高，氣化爐耐火材料和噴嘴都運(yùn)行于溫度相對較高的環(huán)境中，壽命有限，成本、較高，且耗氧量大，從而導(dǎo)致生產(chǎn)費(fèi)用有所增加。

2.2 幾種煤氣化工藝的對比分析

2.2.1 GSP工藝

該方法主要是通過冷激氣化的模式運(yùn)作。通過氣化爐頂?shù)母煞奂恿霞夹g(shù)，將水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計在反應(yīng)室四周，采取相應(yīng)的降溫措施，實(shí)現(xiàn)良好的煤化工生產(chǎn)效果。主要原料是干粉煤，通過CO或N2對煤粉進(jìn)行輸送，使原料達(dá)到氣化爐，完成氣化。爐內(nèi)溫偏高，對煤種的要求不是很高，任何煤粉均能夠用做原料，適應(yīng)性相對較強(qiáng)。爐溫相對偏高，需要使用的氧氣偏少，相比水煤漿加壓氣化，耗氧量明顯減少，減少幅度大約為20%，從而有效降低了設(shè)備建設(shè)以及后期保養(yǎng)成本，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。爐為水冷壁的結(jié)構(gòu)，無須使用任何耐火材料，由此減少了設(shè)備的投資費(fèi)用。該結(jié)構(gòu)具有較長的壽命，降低了養(yǎng)護(hù)成本，優(yōu)化了設(shè)備的設(shè)計和利用，實(shí)現(xiàn)良好的制備效率。爐僅設(shè)計1個噴嘴，維護(hù)工作比較容易，壽命相對較長，為整個生產(chǎn)過程創(chuàng)造了良好的安全條件。煤粉氣化環(huán)節(jié)，不會排放出尾氣，有效降低了對生態(tài)環(huán)境的破壞，因此該方法的環(huán)保性能較好。粗煤氣的價格相對偏低，生產(chǎn)效率也很高。

2.2.2 LGTI氣化工藝

該方法在美國獲得推廣普及。氣化爐主要包括兩部分，下部為氣化段，上部是利用下部的高溫煤氣，把上段的煤漿氣化而形成水煤氣，通過氣化爐后降溫，到達(dá)冷卻系統(tǒng)把熱能回收，循環(huán)利用。

粗煤氣中包含大量雜質(zhì)，采用變換與脫碳等技術(shù)方法，把CO轉(zhuǎn)變成H2，從而完成了相應(yīng)的加氫處理，為制備出大量甲醇創(chuàng)造了良好的條件。另外，制備甲醇還須用到許多CO，所以無須更多的轉(zhuǎn)換率，僅需適當(dāng)調(diào)整CO與H2的比例，符合相關(guān)合成要求就行。

2.2.3 德士古爐氣化工藝

該工藝適應(yīng)性廣泛，但其灰熔點(diǎn)必須滿足要求。單爐生產(chǎn)能力較高，且碳轉(zhuǎn)化率也高，排水里面沒有雜質(zhì)，例如酚、焦油等，煤氣質(zhì)量好，H2與CO含量大約為80%，CH4占比較低，在生產(chǎn)合成氣時比較適用。當(dāng)前，全球10多個企業(yè)引入該方法，大多數(shù)是國內(nèi)的企業(yè)，我國在該領(lǐng)域累積了大量的經(jīng)驗(yàn)。

3 合成甲醇工藝技術(shù)措施的優(yōu)選

3.1 甲醇合成塔技術(shù)

全球各地具有很多類型的合成塔，它們的運(yùn)行機(jī)理大致相同，從反應(yīng)熱力學(xué)的層面進(jìn)行分析，該反應(yīng)發(fā)生過程中會釋放熱量，低溫條件對制備甲醇非常有幫助，從反應(yīng)動力學(xué)的層面進(jìn)行分析，高溫條件能夠使反應(yīng)提速，然而，高溫條件下會對催化劑造成負(fù)面作用，還會形成副產(chǎn)物。為實(shí)現(xiàn)良好的合成效果，在兼顧到反應(yīng)動力學(xué)和熱力學(xué)的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出各種合成塔。

3.2 催化劑體系

選擇合理的催化劑體系，這關(guān)系著合成效果，有助于提升生產(chǎn)效率。具體來說，主要存在著以下兩種催化劑體系：基于CuO與基于ZnO，二者的特點(diǎn)存在區(qū)別，在煤制甲醇生產(chǎn)工藝之中能夠發(fā)揮出不錯的催化效果。其中，CuO的活性相對較好，常用于中低壓工藝技術(shù)中，具有相對較差的耐熱性，對毒性的敏感性相對較高。ZnO耐熱性良好，不易發(fā)生催化劑中毒問題。此處主要是按照煤化工生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇CuO。

3.3 粗甲醇精餾工藝技術(shù)的優(yōu)化

具體制備過程中，選擇不同的工藝技術(shù)，形成的甲醇中的雜質(zhì)含量有所區(qū)別，還必須采取相應(yīng)的精餾處理措施，將里面的雜質(zhì)去除，從而得到符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。各種類型的催化劑制備而來的甲醇純度存在區(qū)別，對其應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的提純處理措施，這樣才會獲得理想的產(chǎn)品。

應(yīng)用雙塔精餾工藝技術(shù)，從合成段而來的產(chǎn)品，其濃度超過90%，經(jīng)減壓處理到達(dá)預(yù)精餾塔，將混有的二甲醚脫除，在此基礎(chǔ)上，到達(dá)主精餾搭將重餾分脫除，從而得到濃度為99.9%的達(dá)標(biāo)產(chǎn)品。針對其中含有雜質(zhì)相對偏少的產(chǎn)品能夠通過這一方法，可獲得良好的成效。

應(yīng)用三塔精餾工藝技術(shù)，比上一種方法增設(shè)了1個精餾塔，在預(yù)精餾塔后設(shè)計上相應(yīng)的冷凝器，對其出口溫度進(jìn)行控制，使低沸點(diǎn)的餾分以氣相存在，防止造成冷凝回流。把它們脫出以后，接著采取相應(yīng)的加壓精餾工藝，提高甲醇?xì)怏w的分壓和沸點(diǎn)，為改善產(chǎn)品收率，選擇增壓精餾的技術(shù)方法，從而實(shí)現(xiàn)相對較好的精餾效果。再次為常壓精餾塔，由該裝置對產(chǎn)品提純，從而得到更好的產(chǎn)品。

三塔精餾工藝在精餾過程中消耗蒸汽量明顯減少，能夠獲得濃度為99.99%的產(chǎn)品。雙塔精餾的產(chǎn)品中含有許多乙醇，而三塔精餾則含有很少，同時，其投資相對較多，操作起來不是很簡單，雙塔流程需要投入的費(fèi)用相對較低，操作不是很復(fù)雜，具體的現(xiàn)實(shí)中，主要是按照技術(shù)要求，采用滿足條件的方法即可。

精餾塔中應(yīng)用最廣泛的就是填料塔，在其中加上新填料，具體來說，可通過網(wǎng)狀波紋填料，塔高大約為浮閥塔的二分之一，有效降低了投資。其壓降相對偏小，生產(chǎn)能力較高，滿足了甲醇精餾的要求，常用于生產(chǎn)現(xiàn)場。

4 環(huán)保技術(shù)措施

該工藝中會產(chǎn)生大量廢物、灰塵，以及相對較高的噪音，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，基于此，需要采取科學(xué)合理的措施來處理三廢。

把生產(chǎn)系統(tǒng)中的不凝氣體用做燃料，把酸性氣等相關(guān)物質(zhì)輸送至硫回收系統(tǒng)，用來制備硫磺產(chǎn)品。凈化工藝過程中會釋放許多CO2，對生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響，可以把它用作煤粉輸送載體，也能夠用做干冰。

針對其中的廢水，可通過生物法來予以處理，從而實(shí)現(xiàn)無害化的效果。降低其對生態(tài)環(huán)境的破壞，確保工廠排出的廢水滿足要求。

針對廢渣，氣化爐和鍋爐的爐渣采取相應(yīng)的煅燒處理措施，可在基建中使用，也能夠鋪路，還可存放在建渣場中，對其進(jìn)行再利用。在煤的處理中，煤粉揮發(fā)過程中會形成一定的粉塵，主要是利用立體煤倉儲存原、燃料煤，皮帶運(yùn)輸機(jī)上面加罩，來解決上述問題。

5 結(jié)語

總之，通過綜合研究國內(nèi)外各種煤制甲醇生產(chǎn)工藝技術(shù)，結(jié)合具體的生產(chǎn)特點(diǎn)，選擇科學(xué)合理的工藝技術(shù)措施，以減少制備成本，并且確保操作容易，簡化設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作，提高生產(chǎn)的安全性。