提高甲醇合成气中有效气体利用率的探讨

顾炳波（甘肃华亭煤业集团有限责任公司聚丙烯项目筹建处 甘肃 华亭 744100）

一、引言

甲醇是一种非常重要的、用途十分广泛的有机化工产品和原料，甲醇作为碳一化工的支柱，可制取各种化工产品[1]。甲醇又是一种很有发展前途的新型能源燃料，在化工、轻工和清洁能源领域具有广泛的用途。近几十年来，国内外甲醇下游产品生产工艺和技术均有新的发展，其化工综合利用的发展势头迅猛，现有装置的生产能力不断上升，新建和拟建装置也在不断增加，因此，合成甲醇的研究和开发在国内外一直受到重视[2-3]。

二、气化炉的反应机理

1.碳氧间反应（也称为碳的氧化反应[5]）

2.碳与水蒸气反应（在一定温度下）

三、德士古水煤浆气化炉合成60万吨甲醇所需的工艺气量的计算

以年设计生产能力为60万吨(t)甲醇的装置为例，每年按8000h生产计，每小时生产的CH3OH(l)的量为：

600000/8000=75t/h

合成甲醇的主要反应在催化剂条件下：

CO(g)+2H2(g)=CH3OH

则生成32g的CH3OH需要的有效气体量为（合成甲醇所需的氢碳比为2.05-2.15，此处取2.05）

(1+2.05)×22.4=68.32L(CO+H2)

则设生成75t的甲醇所需的有效气体量为xm3/h

75000000/32=x/68.32 x=160125m3/h

依据甲醇合成转化率等条件的影响，实际进甲醇合成塔的有效气量大约为18万m3/h，则合成气体的转化率为89.5%，以18万m3/h的有效气体量为准：

则需CO的量为:180000/3.05=5.9万m3/h

则需H2的量为：180000×2.05/3.05=12.098万m3/h

德士古水煤浆气化炉的工艺气成分为：CO：41%，CO2：22%，H2：35.5%,CH4等其它为1.5%，合成甲醇的有效气体成分(CO+H2)占76.5%。设除水蒸气外，德士古气化炉需生成工艺气的量为ym3/h。

18/76.5%=y/100% y=23.5294万m3/h

按 CO：41%，CO2：22%，H2：35.5%，其它1.5%计算，依次对应的气体的量为 CO：9.676万m3/h，CO2：5.176万 m3/h，H2：8.378万m3/h，其它：0.354万m3/h。

根据实际情况，德士古气化炉中水煤气中水蒸气的量占总量的47%，设水煤气的总量为zm3/h。

23.6/(100-47)%=z/100% z=44.528万m3/h

则水蒸气的量为：44.528-23.6=20.93万m3/h

实际所需的H2量为12.098万m3/h，而气化炉工艺气中所含H2量为8.378万m3/h，缺少的这部分氢气需通过变换装置在催化剂条件下制氢来获取，反应方程式为：

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)

通过变换装置的制氢量为：12.098-8.378=3.72万m3/h，同时消耗的CO气体量为3.72万m3/h，生产CO2的气体量为3.72万m3/h。

四、提高甲醇合成气中有效气体利用率的几种方法：

1.通过保护合成塔中甲醇合成催化剂的高活性和高选择性，来提高甲醇合成气中有效气体的利用率。

目前工业合成甲醇广泛采用Cu-Zn-Al系催化剂，该系催化剂活性高，选择性好，但对于毒物极为敏感，容易中毒失活，造成合成气中有效气体利用率的降低。为保持高活性和高选择性，合成气原料应该得到充分的净化。因此在甲醇合成过程中催化剂的性能决定着甲醇的产量[6]。

2.适宜的氢碳比能提高合成气中有效气体的利用率。

一般而言，氢碳比控制过低，容易造成合成副反应的增多，加速催化剂活性的衰退，还引起了积碳反应的发生；氢碳比控制过高，造成入塔气的氢碳比偏高，则造成氢气的积累，惰性气体的含量增加，使驰放气量增加，导致合成气体利用率降低[4]。

[1]刘昌俊.一碳化工产品及其发展方向[J].化工学报.2003,54(4):522-528.

[2]门长贵.制取甲醇合成原料气的煤气化工艺选择[J].煤化工.2004.8(4):5～8.

[3]张明辉.大型甲醇技术发展现状评述[J].化学工业。2007,25(10):8～12.

[4]赵绍民.合成气成分对甲醇合成生产的影响[J].煤化工.2003.4(2):41～44.

[5]贺永德.现代煤化工技术手册[M].第四篇,煤炭气化.化学工业出版社.

[6]张春芳，影响甲醇合成产率的因素分析研究[J]，重庆置业技术学院学报，2006.03(15)2:127～128

[7]张云洁.天然气制氢工艺现状及发展[J].广州化工.2012,40(13):41～42.

[8]戴乐亭.Shell气化炉以CO2代替N2作为粉煤输送气的研究.煤化工.2011.2(1):35～37.