浅谈煤制甲醇生产工艺技术

陈强

摘要：为有效满足市场方面的甲醇需求，需要使用科学合理的加工方法，获得高收率的产品，才可以实现既定目标。在化工领域采取煤制甲醇生产工艺技术，通过相关气化工艺造气，在此基础上，处理合成气之后得到甲醇，然后处理其尾气，使其满足相应的环保标准，从而实现生产甲醇。

关键词：生产工艺；煤制甲醇；技术应用

         在甲醇制备过程中，以煤为原料，探讨相应的技术，优化其生产工艺流程，通过比较不同工艺技术，使用各种生产工艺，逐渐改善制备效率，从而和市场需求形成统一。

1 煤制甲醇生产工艺概述

         作为石油化工的一种原材料，甲醇的作用不言而喻，通过诸多生产工艺，获得质量相对较高的产品，才可以更好地达到市场需求。生产过程中主要是以煤与气化剂为材料，通过煤气化技术得到粗煤气，其主成分为H₂与CO，进行变换反应，调整变换气中H₂与CO气体的比例，以符合甲醇合成气的要求，利用相关方法CO₂与H₂S除去，得到满足标准的合成气，受到催化剂的影响，在合成塔中形成粗甲醇，借助精馏措施形成精甲醇产品。

2 煤气化技术应用

2.1 常见的技术

2.1.1 固定床气化工艺

         主原料为碎煤，和氧化剂进行逆流接触，其中的典型方法是鲁奇移动床加压气化，其优势显著，能够采用劣质煤气化，生产能力较高，耗氧量少，反应炉的操作温度和炉出口煤气温度相对较低，气化与碳效率较高。该方法也具有不足之处，气化强度不高，气－固逆流换热，粗煤气中具有许多杂质，例如焦油、酚类等，导致整个净化操作流程有所加长，使得成本费用有所提高。

2.1.2 流化床气化工艺

         该方法的材料是细粒煤，利用炉内的气化剂作用，使煤粒呈现流化状态，气体的组成和流动状态比较均匀，在流动床内形成稳定的水煤气，携带细颗粒的粗煤气由气化炉逸出，在旋风分离器中分离出较粗的颗粒并返回气化炉，经废热回收系统进入水洗塔使煤气冷却和除尘，其中没有焦油，然而却具有较多的飞灰，不容易处理，较为完善的是温克勒炉。

2.1.3 气流床气化工艺

         该工艺的材料是粉煤，在气化剂的携带下进入到炉内发生并流气化其具有诸多优越性，工艺灵活，气化压力高，煤种适应范围较宽，合成气质量高，产品气用途广泛等，不会对生态环境造成污染。也具有不足之处，即为使灰渣易于排出，使用的煤灰熔点低，含灰量低，否则添加助熔剂且导致运行费用有所提高，气化炉耐火材料和喷嘴都运行于温度相对较高的环境中，寿命有限，成本、较高，且耗氧量大，从而导致生产费用有所增加。

2.2 几种煤气化工艺的对比分析

2.2.1 GSP工艺

         该方法主要是通过冷激气化的模式运作。通过气化炉顶的干粉加料技术，将水冷结构设计在反应室四周，采取相应的降温措施，实现良好的煤化工生产效果。主要原料是干粉煤，通过CO或N₂对煤粉进行输送，使原料达到气化炉，完成气化。炉内温偏高，对煤种的要求不是很高，任何煤粉均能够用做原料，适应性相对较强。炉温相对偏高，需要使用的氧气偏少，相比水煤浆加压气化，耗氧量明显减少，减少幅度大约为20%，从而有效降低了设备建设以及后期保养成本，以确保产品质量。炉为水冷壁的结构，无须使用任何耐火材料，由此减少了设备的投资费用。该结构具有较长的寿命，降低了养护成本，优化了设备的设计和利用，实现良好的制备效率。炉仅设计1个喷嘴，维护工作比较容易，寿命相对较长，为整个生产过程创造了良好的安全条件。煤粉气化环节，不会排放出尾气，有效降低了对生态环境的破坏，因此该方法的环保性能较好。粗煤气的价格相对偏低，生产效率也很高。

2.2.2 LGTI气化工艺

         该方法在美国获得推广普及。气化炉主要包括两部分，下部为气化段，上部是利用下部的高温煤气，把上段的煤浆气化而形成水煤气，通过气化炉后降温，到达冷却系统把热能回收，循环利用。

         粗煤气中包含大量杂质，采用变换与脱碳等技术方法，把CO转变成H₂，从而完成了相应的加氢处理，为制备出大量甲醇创造了良好的条件。另外，制备甲醇还须用到许多CO，所以无须更多的转换率，仅需适当调整CO与H₂的比例，符合相关合成要求就行。

2.2.3 德士古炉气化工艺

         该工艺适应性广泛，但其灰熔点必须满足要求。单炉生产能力较高，且碳转化率也高，排水里面没有杂质，例如酚、焦油等，煤气质量好，H₂与CO含量大约为80％，CH₄占比较低，在生产合成气时比较适用。当前，全球10多个企业引入该方法，大多数是国内的企业，我国在该领域累积了大量的经验。

3 合成甲醇工艺技术措施的优选

3.1 甲醇合成塔技术

         全球各地具有很多类型的合成塔，它们的运行机理大致相同，从反应热力学的层面进行分析，该反应发生过程中会释放热量，低温条件对制备甲醇非常有帮助，从反应动力学的层面进行分析，高温条件能够使反应提速，然而，高温条件下会对催化剂造成负面作用，还会形成副产物。为实现良好的合成效果，在兼顾到反应动力学和热力学的基础上，生产出各种合成塔。

3.2 催化剂体系

         选择合理的催化剂体系，这关系着合成效果，有助于提升生产效率。具体来说，主要存在着以下两种催化剂体系：基于CuO与基于ZnO，二者的特点存在区别，在煤制甲醇生产工艺之中能够发挥出不错的催化效果。其中，CuO的活性相对较好，常用于中低压工艺技术中，具有相对较差的耐热性，对毒性的敏感性相对较高。ZnO耐热性良好，不易发生催化剂中毒问题。此处主要是按照煤化工生产实际情况，选择CuO。

3.3 粗甲醇精馏工艺技术的优化

         具体制备过程中，选择不同的工艺技术，形成的甲醇中的杂质含量有所区别，还必须采取相应的精馏处理措施，将里面的杂质去除，从而得到符合标准的产品。各种类型的催化剂制备而来的甲醇纯度存在区别，对其应当采取相应的提纯处理措施，这样才会获得理想的产品。

         应用双塔精馏工艺技术，从合成段而来的产品，其浓度超过90%，经减压处理到达预精馏塔，将混有的二甲醚脱除，在此基础上，到达主精馏搭将重馏分脱除，从而得到浓度为99.9%的达标产品。针对其中含有杂质相对偏少的产品能够通过这一方法，可获得良好的成效。

         应用三塔精馏工艺技术，比上一种方法增设了1个精馏塔，在预精馏塔后设计上相应的冷凝器，对其出口温度进行控制，使低沸点的馏分以气相存在，防止造成冷凝回流。把它们脱出以后，接着采取相应的加压精馏工艺，提高甲醇气体的分压和沸点，为改善产品收率，选择增压精馏的技术方法，从而实现相对较好的精馏效果。再次为常压精馏塔，由该装置对产品提纯，从而得到更好的产品。

         三塔精馏工艺在精馏过程中消耗蒸汽量明显减少，能够获得浓度为99.99%的产品。双塔精馏的产品中含有许多乙醇，而三塔精馏则含有很少，同时，其投资相对较多，操作起来不是很简单，双塔流程需要投入的费用相对较低，操作不是很复杂，具体的现实中，主要是按照技术要求，采用满足条件的方法即可。

         精馏塔中应用最广泛的就是填料塔，在其中加上新填料，具体来说，可通过网状波纹填料，塔高大约为浮阀塔的二分之一，有效降低了投资。其压降相对偏小，生产能力较高，满足了甲醇精馏的要求，常用于生产现场。

4 环保技术措施

         该工艺中会产生大量废物、灰尘，以及相对较高的噪音，对生态环境产生严重的破坏，基于此，需要采取科学合理的措施来处理三废。

把生产系统中的不凝气体用做燃料，把酸性气等相关物质输送至硫回收系统，用来制备硫磺产品。净化工艺过程中会释放许多CO₂，对生态环境造成负面影响，可以把它用作煤粉输送载体，也能够用做干冰。

针对其中的废水，可通过生物法来予以处理，从而实现无害化的效果。降低其对生态环境的破坏，确保工厂排出的废水满足要求。

针对废渣，气化炉和锅炉的炉渣采取相应的煅烧处理措施，可在基建中使用，也能够铺路，还可存放在建渣场中，对其进行再利用。在煤的处理中，煤粉挥发过程中会形成一定的粉尘，主要是利用立体煤仓储存原、燃料煤，皮带运输机上面加罩，来解决上述问题。

5 结语

         总之，通过综合研究国内外各种煤制甲醇生产工艺技术，结合具体的生产特点，选择科学合理的工艺技术措施，以减少制备成本，并且确保操作容易，简化设备养护工作，提高生产的安全性。

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