有关煤制甲醇工艺设备与能耗的探索

（新疆天智辰业化工有限公司，石河子市，832000） 朱菊安

1 煤制甲醇工艺发展前景

我国石油储量不足，但煤炭储量较为丰富，为缓解石油进口压力，探究煤化工技术具有相当积极的现实意义，这是我国能源安全的客观需要，也是化学工业得以健康发展的需要。在诸多煤化工技术中，煤制甲醇技术已经具备相当完备的体系，发展潜力为业内人士看好，另外，在汽化净化技术日趋成熟的推动下，再加上甲醇燃料电池等方面的应用[1]，煤制甲醇已经发展成为甲醇制作的一种主流工艺。因而有必要对该工艺展开进一步研究，使其更加低能耗，更加高效益，更加环保。本文选取水煤浆加压气化工艺为探讨对象，系统地阐述煤制甲醇工艺设备与能耗。

2 主要工序涉及的设备与能耗

2.1 煤气化工序

基于气化炉的具体形式，煤气化工技术主要包括三种，一是固定床，二是流化床，三是气流床，如果选用大规模装置，建议采用气流床。所谓水煤浆气化技术指的是，对原煤进行处理，将其转变成水煤浆，通过喷流雾化这种形式输入气化炉予以高温气化处理，和O2在一定环境下（压力取6.5MPa，温度取1400℃）发生不完全氧化反应以及气化反应，制得粗煤气（即CO和H2的混合体）。在该道工序中，原煤属于一次能源，耗用量较大，尤其集中在煤浆制备以及气化这两大阶段，甚至超过总能耗的60%。对于煤气化工序而言，其又包括3个主要过程，一是煤浆制备，二是气化，三是灰水处理[3]。

2.1.1 煤浆制备

在选取磨煤机时，可采用湿式溢流型棒磨机，使用该设备可将原煤、水、石灰石粉以及相关添加剂等原材料打磨制备成匀质的水煤浆。

2.1.2 气化

(1)高压煤浆泵。通过高压煤浆泵将制成的煤浆输入气化炉中。该设备和气化炉保持一一对应关系，应具有稳定的连续运转性能，如采用荷兰制造的型号为GEH03的缸单作用活塞隔膜泵，其突出优点在于能够有效减少介质的脉动。(2)气化炉。煤浆经气化炉气化处理之后，便会和O2作用，生成粗煤气。(3)激冷水泵。在激冷水泵的帮助下，完成粗煤气的激冷操作，待完成水汽饱之后，输离气化炉，从而实现煤气的有效降温。(4)渣池。对于渣池气化原料而言，其中含有一定的非有机质，该物质在高温状态下将会转变成液态融渣，予以激冷及固化等相关后续处理之后，积累到一定量便将其排入渣池中，最后通过捞渣机将其运出。

2.1.3 灰水处理

(1)高压、低压及真空闪蒸器。对冷凝室提供的高温黑水予以逐级减压闪蒸，使其沉降，并形成灰水。该道处理主要是为了回收高温黑水所蕴含的余热，从而实现对能源的最大化利用，降低消耗。(2)除氧水泵。在该设备的帮助下，可以有效脱除灰水中的O2，并提供给后续工序循环使用。在整个煤气化环节，能耗占比排在首位的是原煤，第二是O2。O2和水煤浆发生反应并制成粗煤气，其它相关能耗还包括电能、水以及蒸汽等。

2.2 变换工序

在该工序中，最为重要的是对变换气中蕴含的CO比例进行有效控制，让其具有理想的氢碳比。变换方案主要包括两种，一种是全气量变换，另一种是部分气量深度变换。第二种方案由于反应推动力较大，再加上催化剂用量偏小，比较容易实现，所以，工程实践中通常采用第二种方案。变换工序主要设备如下：(1)水煤气分离器。煤气通过该设备以实现对机械杂质的有效分离。(2)变换炉。在该设备中，CO和水蒸气将会发生变换反应。(3)废热锅炉。该设备接收由出变换炉提供的气体，先回收热量，然后预脱盐水。(4)水分离器分离冷凝液。(5)冷凝液汽提塔。(6)锅炉给水加热器。(7)脱盐水加热器[4]。

该道工序中，能源耗用十分有限，主要因为在甲醇生产过程中，应用激冷流程，制得的粗煤气中含有较多的水蒸气，完全满足变换工序对热量的需求，可直接参与变换炉的变换，不必要额外予以高压蒸汽，如此一来，大幅节省了该道工序的能耗。

2.3 净化工序

净化工序指的是，应用甲醇脱除粗煤气中两种酸性气体，即H2S以及CO2。在低温净化系统中，H2S吸收塔以及C02吸收塔是两大主要设备。操作时，予以低温中压。净化工序及其关键设备如下：(1)甲醇洗涤塔。在变换气即将输入原料冷凝器之前，将甲醇注入，使其和洗涤塔提供的净化气以及含有大量H2S的尾气进行热交换。在分离器的帮助下，将甲醇水溶液有效分离出来。(2)中压闪蒸塔。对硫含量丰富的甲醇进行冷却，然后输送到闪蒸塔中，以有效回收其中的H2。(3)循环气压缩机。对闪蒸气进行升压，然后将其再次输送到脱硫脱碳单元。(4)热再生塔。富含H2S的甲醇溶液经加热处理之后，被输送到再生塔，对由塔顶散发出的甲醇蒸汽进行冷却处理便可以得到甲醇。(5)甲醇水分离塔。在该设备的帮助下，可有效除去原料气中蕴含的水分，同时将一系列杂质由塔底排出。(6)热再生塔给料泵。在整个低温甲醇洗环节，消耗最多的能源有三种，一是电能，二是蒸汽，三是脱盐水。又以蒸汽耗用最多，约为这一工序总能耗的73%。

2.4 甲醇合成及精馏工序

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、水管式以及管壳式等，应结合具体需要予以选择。在本工艺中，采用“冷管塔+管壳塔”这种串联组合式结构。对原料气进行预热，待满足反应温度条件后之后，将其输入合成塔，和其中的CO、CO2以及H2等物质发生反应，并生成甲醇和水两种物质。通过甲醇分离器获取粗甲醇，然后将其先后输入预精馏塔、加压精馏塔以及常压精馏塔之后，便可制得目标产物甲醇。该道工序中，将会应用到以下设备：（1）循环压缩机。对那些反应余下的气体进行处理，以达成循环利用的目的。（2）甲醇合成塔。为CO、C02以及H2提供反应空间以完成甲醇的制备。(3)预精馏塔。经过溶解气分离处理的甲醇将会被输送到预精馏塔，从而除去其中的各种低沸点副产物。(4)精馏塔。由该设备顶端提供的精甲醇先后经过空冷、终冷以及回流等工序之后，一些重新回到塔内，其他则为目标产物精甲醇。甲醇精馏工艺采用基于节能理念设计的三塔精馏，不仅节省了大量的加热蒸汽，而且节省了大量的冷却水，从而实现了对能量的最大化利用。在该道工序中，总能耗量大约为70kt（标煤）/a，工质蒸汽属于最大的能源消耗，大约为该道工序总能耗的98%[5]。

3 结束语

受环保以及气体净化等诸多因素的制约，煤制甲醇工艺存在诸多不足，如综合成本相对偏高，但考虑到我国富煤少油这一基本国情，煤制甲醇仍有很大的应用空间。所以，该工艺在国内应用时具有较为理想的资源优势。采取何种方法以实现甲醇合成塔的最优化运行，将会对甲醇生产企业的生产效率产生直接而重要的影响，换而言之，将会对它们的经济效益产生直接而重要的影响。除此之外，降低能耗，最大程度回收余热，重视并做好气化、变换以及精馏等诸多工序的节能工作，仍旧是现阶段及未来生产环节的重点研究内容。

[1]宁利民,袁守敬.焦炉气制甲醇工艺的改造[J]. 洁净煤技术,2014,02:69-72.

[2]吴军.关于煤制甲醇工艺设备及能耗的几点分析[J].煤炭技术,2013,10:213-215.

[3]肖珍平.大型煤制甲醇工艺技术研究[D].华东理工大学,2012.

[4]罗刚,张文耀,邢艳萍.煤制甲醇工艺废水改造[J].黑龙江科技信息,2011,23:79.

[5]葛丽玲.煤制甲醇工艺流程及离心压缩机应用[J].通用机械,2013,12:62-64+67.