解決煤制烯烴工藝技術(shù)難題的對策

左佳 楊曦

摘 要：隨著能源需求的不斷加劇，我國對于煤炭資源的合理利用成為解決未來能源枯竭的主要瓶頸。煤炭轉(zhuǎn)化烯烴工藝的成熟為我國豐富的煤炭資源得到合理的利用起到了至關(guān)重要的作用。因此，對于煤制烯烴工藝各個階段及流程所面臨的問題進(jìn)行改善與解決就成為當(dāng)下所面臨的主要問題。在整個煤制烯烴過程中每個流程都存在一定的難題，解決這些難題對未來煤炭資源的高效利用具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：煤制烯烴;工藝;優(yōu)化;烯烴轉(zhuǎn)化

0 前言

在我國，煤炭資源含有量較石油、天然氣甚多。據(jù)統(tǒng)計，以目前我國煤炭總儲量可供中國十三億人口使用百年以上。煤炭除了主要進(jìn)行火力發(fā)電、供暖等以外，其被使用于制烴產(chǎn)業(yè)逐漸成為未來能源規(guī)劃與利用的主要途徑[1]。近年來，我國對于能源的利用也越來越處于異常緊缺的狀態(tài)。由于我國是多煤少油國家，因此煤制烯烴技術(shù)的研發(fā)與利用成功的解決了我國對于石油及天然氣等緊缺能源的依賴。

煤制烯烴技術(shù)的主要路線為：將塊體煤氣化成合成氣體（CO、H2），進(jìn)而在合成氣的狀態(tài)下進(jìn)行甲醇的合理提取，最后將提取的甲醇轉(zhuǎn)化成我們所需要的烯烴能源[2]。雖然整個轉(zhuǎn)化過程較為簡單，但是為了提高烯烴能源的轉(zhuǎn)化效率，在每個轉(zhuǎn)化的流程都需要合理進(jìn)行工藝優(yōu)化才能不斷的對轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行有效提升。在這些技術(shù)當(dāng)中主要包括：氣化技術(shù)、甲醇合成技術(shù)、甲醇制烯烴技術(shù)[3]。因此合理解決以上三種技術(shù)工藝的優(yōu)化難題，并且給出相應(yīng)的策略是本文主要探討的內(nèi)容，其詳細(xì)的論述見余下部分。

1 氣化工藝中的難題與對策

氣化技術(shù)也稱為煤制氣技術(shù)，關(guān)于這一技術(shù)我們首先需要解決的問題是項目的選址。因為不同的煤質(zhì)對于氣化技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率影響較為明顯，所以在選址的過程當(dāng)中，需對周邊的方圓一百公里以內(nèi)的煤炭質(zhì)量進(jìn)行有效評估。通過一定時間內(nèi)進(jìn)行對比多種煤炭轉(zhuǎn)化的效率，并將這一結(jié)果與氣化爐運行的理想值進(jìn)行比照，最終確定質(zhì)量優(yōu)異的煤炭資源并進(jìn)行合理的選址與建廠。除此之外，關(guān)于氣化爐裝置的各個參數(shù)優(yōu)化也是需要我們關(guān)注的。

目前，在氣化工藝中常采用的氣化爐分為兩種：具有較高輻射性的廢鍋水煤漿加壓氣化爐與全激冷流水煤漿加壓氣化爐。輻射性廢鍋水煤漿加壓氣化爐具有一定程度的輻射性，而全激冷流水煤加壓氣化爐在某些技術(shù)上也相對落后，因此將兩種技術(shù)進(jìn)行合理整合進(jìn)而研發(fā)出一種新技術(shù)―水煤漿加壓氣化半廢鍋新型流程技術(shù)。此種氣化爐主要結(jié)構(gòu)為：氣化室，輻射廢鍋以及激冷部分。其運行配置參數(shù)整合了前兩種氣化爐一些優(yōu)勢（6.5MPa（G），1800cft）。據(jù)統(tǒng)計該新型氣化爐裝置設(shè)計比煤耗量以及氧耗量均比前兩種大幅度減少[4]。

2 甲醇合成工藝中的難題與對策

甲醇合成技術(shù)主要分為兩種：利用低壓使得甲醇得以合成的技術(shù)以及利用高壓將甲醇合成的技術(shù)。近些年來高壓甲醇合成技術(shù)逐漸遭遇淘汰的趨勢，因此低壓甲醇合成技術(shù)就需要技術(shù)上不斷的完善與更新才能滿足目前工業(yè)的需要。低壓甲醇合成技術(shù)分為三個系統(tǒng)：流程包括合成系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)以及分離系統(tǒng)。

而目前的三種ICI、Tops?e及Lurgi技術(shù)都是采用這一流程，其不同之處為催化劑與合成塔的選用不同[5]。因此，在對該工藝進(jìn)行優(yōu)化的對策中，主要是對催化劑的利用效率提高及合成塔結(jié)構(gòu)相對簡單進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在ICI技術(shù)中，其反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)相對簡單但是其催化劑利用效率較低，床層溫差大，僅能回收低位能反應(yīng)熱。Tops?e技術(shù)反應(yīng)催化劑活性高但利用率低而且反應(yīng)器構(gòu)造較復(fù)雜。Lurgi技術(shù)中催化劑壽命在三者中最長且轉(zhuǎn)化率高，但是反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。據(jù)統(tǒng)計在實際生產(chǎn)中甲醇的合成能力需保持在114%[6]。因此，對于催化劑高效率的前提下也同時要求其在末期時同樣保持114%的生產(chǎn)穩(wěn)定性。這就需要提高循環(huán)的氣流量，因此，在今后的對策當(dāng)中可對現(xiàn)有的這三種裝置在保證催化劑高效的轉(zhuǎn)化率條件下適當(dāng)擴(kuò)大裝置的產(chǎn)能，保證空冷器及壓縮機(jī)的高效運行是其中的關(guān)鍵。

3 甲醇制烯烴工藝中的難題與對策

目前，甲醇制烯烴技術(shù)包括兩種：甲醇制烯烴，甲醇制丙烯。甲醇制烯烴技術(shù)（MTO）可同時制備出乙烯和丙烯兩種產(chǎn)品，而甲醇制丙烯技術(shù)（MTP）主要制備丙烯一種產(chǎn)品。甲醇制烴技術(shù)（MTO）是由UOP和NorskHydro公司合作而共同研發(fā)的，且其中的UOP/Hydro MTO是采用以SAPO-34分子篩催化劑和快速流化床反應(yīng)器，其產(chǎn)品總選擇性高達(dá)80%。大連化物所與新興能源科技公司及洛陽石化工程公司聯(lián)合研發(fā)了DMTO技術(shù)，該技術(shù)可將甲醇達(dá)到100%的轉(zhuǎn)化率且烯烴的選擇也超過80%。除此之外，中石化也研發(fā)了SMTO工藝，其工藝各項性能指標(biāo)與大連化物所所研發(fā)的制烴技術(shù)不相上下。

在MTP技術(shù)中，可分為德國Lurgi公司的LurgiMTP技術(shù)以及我國北京高校清華大學(xué)所研發(fā)的EMTP這兩種技術(shù)。在這兩種技術(shù)中，清華大學(xué)所研制的EMTP技術(shù)成功地克服了催化劑在需要過程中頻繁切換反應(yīng)器而進(jìn)行再生的缺點。德國的LurgiMTP技術(shù)其甲醇轉(zhuǎn)化率可接近100%，丙烯的轉(zhuǎn)化率也達(dá)到了70%左右。

以上的眾多MTO及MTP技術(shù)都在我國進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，并且各自都有其優(yōu)勢以及少許劣勢。綜其所訴，在運用以上的烯烴轉(zhuǎn)化技術(shù)的同時，我們所面臨的技術(shù)難題是如何在這些設(shè)備的基礎(chǔ)上大大縮減資金的投入以提高技術(shù)的高效經(jīng)濟(jì)性。除此之外，針對以上各項技術(shù)導(dǎo)致的二氧化碳排放量問題也亟待需要我們進(jìn)行解決。因此，在進(jìn)行選擇烯烴轉(zhuǎn)化技術(shù)的同時，需對烯烴生產(chǎn)的各個流程進(jìn)行物料以及能力的輸入與輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)研，采取計算的方式進(jìn)行能效、投資及產(chǎn)品成分預(yù)算，同時也需要對其他如天然氣、石油轉(zhuǎn)化烯烴工藝進(jìn)行對比探究分析，最終給出一個較為貼切實際及更加合理的工藝流程以實現(xiàn)整個煤制烯烴工藝技術(shù)的全面優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]王玉清，陳生文.解決煤制烯烴工藝技術(shù)難題的對策[J].化學(xué)管理，2019（23）：192-193.

[2]楊建平，劉佳妮.煤制烯烴工藝技術(shù)難題的解決思路探索[J].數(shù)字化用戶，2019（25）：173.

[3]張濤.解決煤制烯烴工藝技術(shù)難題的對策[J].化學(xué)管理， 2020（02）：111-112.

[4]孫漢明.大型煤制烯烴項目工藝技術(shù)路線的優(yōu)化探討[J].現(xiàn)代化工藝經(jīng)濟(jì)和信息化，2017（7）：94-96.

[5]崔恒玲.煤制烯烴項目生產(chǎn)廢水處理新技術(shù)的應(yīng)用[J].中國化工貿(mào)易，2013（04）：365.

[6]崔普選.煤基甲醇制烯烴工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代化工，2020（40）：5-9.