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浅谈煤制甲醇生产工艺技术

发布时间:2022-06-29 10:57

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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