大型煤制甲醇的气化和合成工艺选择

大型煤制甲醇的气化和合成工艺选择

刘虎

陕西长青能源化工有限公司陕西宝鸡721000

摘要：当前随着社会经济的快速发展，对于能源的消耗也是非常的大，但是我国的资源以及能源在应用方面也表现的非常贫乏，并且因为经济的快速发展对于能源的需求量也在不断的增加。对于这种情况，我国必须要以当前实际情况为基础，合理开发利用我国丰富的煤炭资源来使用各种生产和生活的需要。目前，煤炭资源还是比较丰富的，因此从煤炭资源入手来开发和制备其他能源是最为合适的选择。而我国的石油资源短缺，已不能够满足工业生产中制备其他能源的消耗了。只有通过煤制甲醇来代替需要大量消耗的石油能源，才能有效缓解能源短缺问题。

关键词：大型煤制甲醇；气化；合成工艺；选择

1大型煤制甲醇工艺的发展背景

现阶段，随着工业迅速发展，社会生产力和生产技术也在不断的提高，生产技术的不断变化和发展促使人们对当前能源和资源的利用产生变化。甲醇作为当前人们对新能源的主要认识和需求方式，其随着生产技术的提高和变化，甲醇合成的原料路线经历了很大变化。在这种情形之下，人们不得不利用各种技术手段寻找可持续发展的能源和再次循环利用的新型能源。因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下，在很长的一段时期，甲醇的产生和应用成为社会发展的主要原料和清洁能源。

2发展煤制大型甲醇的必要性

第一，必需是低能耗，低三废排放；降低由于生产过程中各种能源带来的环境污染和破坏，为走可持续发展道路奠定基础。第二，必需有高的可靠性，安全性，能长周期运行，提高其使用的安全性能，由于甲醇在使用的过程中会产生各种气体，成为影响人们正常生活和利用的过程。第三，必需具有高的自动化水平；自动化是当前社会发展中人类追求的前提和基础，更是各个生产模式和生产措施中的利用手段和方法，更是当前社会发展的主要前提基础。第四，要考虑有合理、高效的蒸汽动力系统，最好能考虑循环经济。为可持续发展道路的正常有序进行奠定基础，使得其在发展的过程中能够良好的进行。

3大型煤制甲醇的流程

煤炭资源在我国主要分布在华北、西北和东北等地区，相对于世界上众多国家而言，我国的煤炭资源还是比较丰富的，是一个产煤大国。但是由于我国地域广袤人口众多，就使得我国丰富的煤炭资源在开发和利用的时候不加以节约和控制，造成大量的浪费和损耗。再者，煤炭在使用过程中所排放出大量的气体多数都是有毒有害的气体，严重污染了环境也影响到人们的生命健康。煤炭在经过高温处理后就会与相应的气化剂转化为一氧化碳和氢气等可燃的气体，这些气体同样能够成为新能源的开发原料之一。随着现代工业技术的日趋发展，煤炭资源的开发和利用越来越受到重视。在煤炭气化的过程中，通过低温甲醇洗技术来制备合成甲醇以及工业原料加以改善，从而提高资源的利用率和对生态环境的保护。

3.1煤的气化过程

将煤炭进行气化处理是当前环境保护事业发展的必然要求。煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气－固反应和均相的气相反应。

3.2甲醇的合成过程

合成甲醇是一个多相催化反应过程，吸附的CO与H2之间的反应是整个反应过程的控制步骤，它决定着整个反应的速度。主要化学反应式如下：

CO+2H2＝CH3OH(g)△H=-90.8kJ/mol①

当有CO2存在时，CO2按下列反应生成甲醇：

CO2+H2＝CO+H2O(g)△H=+41.3kJ/mol②

CO+2H2＝CH3OH(g)△H=-90.8kJ/mol③

上述②、③两步的总反应式为：

CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol④

反应过程中除了生成甲醇外，还发生一系列副反应，生成烃、高碳醇、醚、醛、酸、酯及单质碳等。合成反应是强放热反应，采用合适的反应器的结构，来保证催化剂床层温度相对恒定，是合成过程高效、稳定运行的关键。甲醇合成工艺追求最高的反应物单程转化率和最低的副产物产率，这主要取决于催化剂的性能，如活性和选择性等。

4煤气化技术路线的选择

不同的气化工艺对原料的性质要求有所不同，因此在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为重要。气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。

煤气化技术按气化炉的形式来划分，主要有固定床、流化床和气流床，大型装置推荐选用气流床煤气化。气流床气化具有以下特点：(1)采用<0.2mm的粉煤；(2)气化温度达1400-1600℃，对环保很有利，没有酚、焦油，有机硫很少，且硫形态单一。

4.1干粉气流床气化技术

该技术的特点是碳的转化率高，气化反应中，所产煤气中CO含量高，H2含量较低，这种煤气的热值较高。除此之外，这种气化炉均采用水冷壁而不是耐火砖，炉衬的使用寿命长。

4.2水煤浆气流床

适合于大型的水煤浆气化，有Texaco气化和Dow公司的LGTI气化技术。水煤浆气化技术的特点是煤浆带35%-40%水人炉，因此氧耗比干粉煤气化约高20%；炉衬是耐火砖，冲刷严重，每年要更换一次；生成C02量大，碳的转化率低，有效气体成份(CO+H2)低；对煤有一定要求，如要求灰分<13%，灰熔点<1300℃，含水量<8%等，虽然具有气流床煤气化的共同优点，仍是美中不足。

5甲醇合成工艺路线的选择

目前世界上甲醇的合成工艺主要分为高压法、中压法和低压法。如以天然气为原料生产甲醇，高压法能耗为64.8GJ/t，与大型低压法31.5~33.1GJ/t相比，能耗要高很多，因此高压法甲醇工艺已逐步淘汰。

目前中压法和低压法是甲醇大规模工业化装置的主流，并被广泛采用。

低压法的代表性流程主要有英国ICI低压法、德国Lurgi低压法和丹麦TopsΦe低压法。中压法是在低压法的基础上发展起来的，由于低压法操作压力低，导致设备体积相当庞大，同时甲醇合成率低，因此发展了中压法，对于大型和超大型甲醇装置，考虑到设备制造与运输、甲醇合成率、投资等方面原因，宜采用中压法。

结语

随着当前社会的发展，化学污染对于环境有着很大的破坏作用，并且随着人们意识的不断提升，在现阶段环境发展中对于相关的保护措施已经要求也在不断的提升。在当前的发展中就需要加强对新能源的有效开发和应用，因此，加强煤制甲醇工艺的研究就显得非常的重要。

参考文献

[1]任光.我国煤制甲醇的工业现状及发展趋势分析[J].化肥设计，2016，54(05)：5-7.

[2]魏有福.大型煤化工项目气化技术的应用状况及选用分析[J].中氮肥，2016，(05)：19-24+28.

[3]杜霞.大型煤制甲醇装置合成压缩机防喘振系统的改造措施[J].化肥设计，2016，54(04)：58-61.