有關(guān)煤制甲醇工藝設(shè)備與能耗的探索

（新疆天智辰業(yè)化工有限公司，石河子市，832000） 朱菊安

1 煤制甲醇工藝發(fā)展前景

我國(guó)石油儲(chǔ)量不足，但煤炭?jī)?chǔ)量較為豐富，為緩解石油進(jìn)口壓力，探究煤化工技術(shù)具有相當(dāng)積極的現(xiàn)實(shí)意義，這是我國(guó)能源安全的客觀需要，也是化學(xué)工業(yè)得以健康發(fā)展的需要。在諸多煤化工技術(shù)中，煤制甲醇技術(shù)已經(jīng)具備相當(dāng)完備的體系，發(fā)展?jié)摿闃I(yè)內(nèi)人士看好，另外，在汽化凈化技術(shù)日趨成熟的推動(dòng)下，再加上甲醇燃料電池等方面的應(yīng)用[1]，煤制甲醇已經(jīng)發(fā)展成為甲醇制作的一種主流工藝。因而有必要對(duì)該工藝展開(kāi)進(jìn)一步研究，使其更加低能耗，更加高效益，更加環(huán)保。本文選取水煤漿加壓氣化工藝為探討對(duì)象，系統(tǒng)地闡述煤制甲醇工藝設(shè)備與能耗。

2 主要工序涉及的設(shè)備與能耗

2.1 煤氣化工序

基于氣化爐的具體形式，煤氣化工技術(shù)主要包括三種，一是固定床，二是流化床，三是氣流床，如果選用大規(guī)模裝置，建議采用氣流床。所謂水煤漿氣化技術(shù)指的是，對(duì)原煤進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)變成水煤漿，通過(guò)噴流霧化這種形式輸入氣化爐予以高溫氣化處理，和O2在一定環(huán)境下（壓力取6.5MPa，溫度取1400℃）發(fā)生不完全氧化反應(yīng)以及氣化反應(yīng)，制得粗煤氣（即CO和H2的混合體）。在該道工序中，原煤屬于一次能源，耗用量較大，尤其集中在煤漿制備以及氣化這兩大階段，甚至超過(guò)總能耗的60%。對(duì)于煤氣化工序而言，其又包括3個(gè)主要過(guò)程，一是煤漿制備，二是氣化，三是灰水處理[3]。

2.1.1 煤漿制備

在選取磨煤機(jī)時(shí)，可采用濕式溢流型棒磨機(jī)，使用該設(shè)備可將原煤、水、石灰石粉以及相關(guān)添加劑等原材料打磨制備成勻質(zhì)的水煤漿。

2.1.2 氣化

(1)高壓煤漿泵。通過(guò)高壓煤漿泵將制成的煤漿輸入氣化爐中。該設(shè)備和氣化爐保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，應(yīng)具有穩(wěn)定的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能，如采用荷蘭制造的型號(hào)為GEH03的缸單作用活塞隔膜泵，其突出優(yōu)點(diǎn)在于能夠有效減少介質(zhì)的脈動(dòng)。(2)氣化爐。煤漿經(jīng)氣化爐氣化處理之后，便會(huì)和O2作用，生成粗煤氣。(3)激冷水泵。在激冷水泵的幫助下，完成粗煤氣的激冷操作，待完成水汽飽之后，輸離氣化爐，從而實(shí)現(xiàn)煤氣的有效降溫。(4)渣池。對(duì)于渣池氣化原料而言，其中含有一定的非有機(jī)質(zhì)，該物質(zhì)在高溫狀態(tài)下將會(huì)轉(zhuǎn)變成液態(tài)融渣，予以激冷及固化等相關(guān)后續(xù)處理之后，積累到一定量便將其排入渣池中，最后通過(guò)撈渣機(jī)將其運(yùn)出。

2.1.3 灰水處理

(1)高壓、低壓及真空閃蒸器。對(duì)冷凝室提供的高溫黑水予以逐級(jí)減壓閃蒸，使其沉降，并形成灰水。該道處理主要是為了回收高溫黑水所蘊(yùn)含的余熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的最大化利用，降低消耗。(2)除氧水泵。在該設(shè)備的幫助下，可以有效脫除灰水中的O2，并提供給后續(xù)工序循環(huán)使用。在整個(gè)煤氣化環(huán)節(jié)，能耗占比排在首位的是原煤，第二是O2。O2和水煤漿發(fā)生反應(yīng)并制成粗煤氣，其它相關(guān)能耗還包括電能、水以及蒸汽等。

2.2 變換工序

在該工序中，最為重要的是對(duì)變換氣中蘊(yùn)含的CO比例進(jìn)行有效控制，讓其具有理想的氫碳比。變換方案主要包括兩種，一種是全氣量變換，另一種是部分氣量深度變換。第二種方案由于反應(yīng)推動(dòng)力較大，再加上催化劑用量偏小，比較容易實(shí)現(xiàn)，所以，工程實(shí)踐中通常采用第二種方案。變換工序主要設(shè)備如下：(1)水煤氣分離器。煤氣通過(guò)該設(shè)備以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械雜質(zhì)的有效分離。(2)變換爐。在該設(shè)備中，CO和水蒸氣將會(huì)發(fā)生變換反應(yīng)。(3)廢熱鍋爐。該設(shè)備接收由出變換爐提供的氣體，先回收熱量，然后預(yù)脫鹽水。(4)水分離器分離冷凝液。(5)冷凝液汽提塔。(6)鍋爐給水加熱器。(7)脫鹽水加熱器[4]。

該道工序中，能源耗用十分有限，主要因?yàn)樵诩状忌a(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用激冷流程，制得的粗煤氣中含有較多的水蒸氣，完全滿足變換工序?qū)崃康男枨螅芍苯訁⑴c變換爐的變換，不必要額外予以高壓蒸汽，如此一來(lái)，大幅節(jié)省了該道工序的能耗。

2.3 凈化工序

凈化工序指的是，應(yīng)用甲醇脫除粗煤氣中兩種酸性氣體，即H2S以及CO2。在低溫凈化系統(tǒng)中，H2S吸收塔以及C02吸收塔是兩大主要設(shè)備。操作時(shí)，予以低溫中壓。凈化工序及其關(guān)鍵設(shè)備如下：(1)甲醇洗滌塔。在變換氣即將輸入原料冷凝器之前，將甲醇注入，使其和洗滌塔提供的凈化氣以及含有大量H2S的尾氣進(jìn)行熱交換。在分離器的幫助下，將甲醇水溶液有效分離出來(lái)。(2)中壓閃蒸塔。對(duì)硫含量豐富的甲醇進(jìn)行冷卻，然后輸送到閃蒸塔中，以有效回收其中的H2。(3)循環(huán)氣壓縮機(jī)。對(duì)閃蒸氣進(jìn)行升壓，然后將其再次輸送到脫硫脫碳單元。(4)熱再生塔。富含H2S的甲醇溶液經(jīng)加熱處理之后，被輸送到再生塔，對(duì)由塔頂散發(fā)出的甲醇蒸汽進(jìn)行冷卻處理便可以得到甲醇。(5)甲醇水分離塔。在該設(shè)備的幫助下，可有效除去原料氣中蘊(yùn)含的水分，同時(shí)將一系列雜質(zhì)由塔底排出。(6)熱再生塔給料泵。在整個(gè)低溫甲醇洗環(huán)節(jié)，消耗最多的能源有三種，一是電能，二是蒸汽，三是脫鹽水。又以蒸汽耗用最多，約為這一工序總能耗的73%。

2.4 甲醇合成及精餾工序

甲醇合成器的重要性是不言而喻的，其形式主要包括冷激式、冷管式、水管式以及管殼式等，應(yīng)結(jié)合具體需要予以選擇。在本工藝中，采用“冷管塔+管殼塔”這種串聯(lián)組合式結(jié)構(gòu)。對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)熱，待滿足反應(yīng)溫度條件后之后，將其輸入合成塔，和其中的CO、CO2以及H2等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，并生成甲醇和水兩種物質(zhì)。通過(guò)甲醇分離器獲取粗甲醇，然后將其先后輸入預(yù)精餾塔、加壓精餾塔以及常壓精餾塔之后，便可制得目標(biāo)產(chǎn)物甲醇。該道工序中，將會(huì)應(yīng)用到以下設(shè)備：（1）循環(huán)壓縮機(jī)。對(duì)那些反應(yīng)余下的氣體進(jìn)行處理，以達(dá)成循環(huán)利用的目的。（2）甲醇合成塔。為CO、C02以及H2提供反應(yīng)空間以完成甲醇的制備。(3)預(yù)精餾塔。經(jīng)過(guò)溶解氣分離處理的甲醇將會(huì)被輸送到預(yù)精餾塔，從而除去其中的各種低沸點(diǎn)副產(chǎn)物。(4)精餾塔。由該設(shè)備頂端提供的精甲醇先后經(jīng)過(guò)空冷、終冷以及回流等工序之后，一些重新回到塔內(nèi)，其他則為目標(biāo)產(chǎn)物精甲醇。甲醇精餾工藝采用基于節(jié)能理念設(shè)計(jì)的三塔精餾，不僅節(jié)省了大量的加熱蒸汽，而且節(jié)省了大量的冷卻水，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)能量的最大化利用。在該道工序中，總能耗量大約為70kt（標(biāo)煤）/a，工質(zhì)蒸汽屬于最大的能源消耗，大約為該道工序總能耗的98%[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

受環(huán)保以及氣體凈化等諸多因素的制約，煤制甲醇工藝存在諸多不足，如綜合成本相對(duì)偏高，但考慮到我國(guó)富煤少油這一基本國(guó)情，煤制甲醇仍有很大的應(yīng)用空間。所以，該工藝在國(guó)內(nèi)應(yīng)用時(shí)具有較為理想的資源優(yōu)勢(shì)。采取何種方法以實(shí)現(xiàn)甲醇合成塔的最優(yōu)化運(yùn)行，將會(huì)對(duì)甲醇生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接而重要的影響，換而言之，將會(huì)對(duì)它們的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接而重要的影響。除此之外，降低能耗，最大程度回收余熱，重視并做好氣化、變換以及精餾等諸多工序的節(jié)能工作，仍舊是現(xiàn)階段及未來(lái)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

[1]寧利民,袁守敬.焦?fàn)t氣制甲醇工藝的改造[J]. 潔凈煤技術(shù),2014,02:69-72.

[2]吳軍.關(guān)于煤制甲醇工藝設(shè)備及能耗的幾點(diǎn)分析[J].煤炭技術(shù),2013,10:213-215.

[3]肖珍平.大型煤制甲醇工藝技術(shù)研究[D].華東理工大學(xué),2012.

[4]羅剛,張文耀,邢艷萍.煤制甲醇工藝廢水改造[J].黑龍江科技信息,2011,23:79.

[5]葛麗玲.煤制甲醇工藝流程及離心壓縮機(jī)應(yīng)用[J].通用機(jī)械,2013,12:62-64+67.