煤化工产品工艺路线分析

2018-04-01李斌

山西化工 2018年5期

李斌

(山西焦煤西山煤电多种经营公司太原杰森实业公司管业公司，山西太原 030053)

引言

目前，由于国内原油资源的消耗数量逐渐增多，使得我国原油进口数量也呈现逐渐增多的发展趋势，对于原油进口依赖性随之增加，导致了我国的能源供应所面对风险越来越大。若是国际市场之中原油价格发生变化，同样会在很大程度上影响到我国的经济发展。所以，进一步的研发全新能源产品，降低我国经济发展对于进口原油依赖程度，这是目前亟待解决的重要问题。在研发与利用新能源方面，我们不仅需要进一步加大对太阳能、风能以及各种可再生资源的利用程度，同时也应当进一步提升对于煤炭资源利用程度。由于我国煤炭资源的储量相对丰富，而过去对于煤炭资源的开采一直属于粗放开采方式，尤其是在煤岩资源的深度利用方面存在很多不足。进一步推动煤化工行业发展是深化煤岩资源利用以及增加煤岩资源附加价值的有效方式[1]。

1 煤制甲醇产品工艺路线

我国在生产煤制甲醇方面所采用的工艺发展非常成熟，对于不同的工艺技术而言，存在的最大不同点便是在进行造气过程中有所差异。现阶段利用煤炭资源完成造气操作的工艺主要包含有鲁奇造气工艺、德士古造气工艺、道化学造气工艺以及壳牌造气工艺等等。其中鲁奇造气工艺在实践之中所应用时间相对长，不过，因为在此种工艺技术条件之中所需的气化温度相对低，导致了的气体之中所含有的甲烷气体比例较大，在制备甲醇合成气过程中不适宜采用。德士古造气工艺目前基本上实现了国产化，无论是相关材料或者是其中的部件等我们均可以自主生产，所以，从资金成本投入方面来看其所需资金相对少，不过，德士古造气工艺在实际应用过程中，对于所使用煤炭种类灰分大小以及活性等均存在较高要求。壳牌造气工艺所使用的原材料包含有纯氧以及干煤粉料，在气化的过程中温度能够超过1 400 ℃以上，并且利用废锅流程，确保了所得甲醇气体的体积分数更高。

2 煤制二甲醚产品工艺路线

在制备二甲醚产品的过程中，可以采用的工艺技术种类非常多，其中在工业生产方面应用最为广泛的工艺为甲醇脱水工艺以及直接合成工艺。采用甲醇脱水工艺时首先利用合成气制备得到甲醇产物，再将所制备得到的甲醇利用固体催化剂进行脱水处理，便能够得到二甲醚产品，在脱水法工艺之中又包含有气相催化方法以及液相催化方法等。直接合成工艺则是利用合成气作为生产的最初原料，并且在同一个反应装置之中完成甲醇的合成以及脱水反应，在采用一步合成工艺情况下所应用的催化剂材料一般都为双功能催化材料[2]。

2.1 甲醇脱水工艺制备二甲醚产品

首先利用合成气制备得到甲醇产品，再利用催化剂对所得到的甲醇产品进行脱水处理，最终制备得到二甲醚产品。在脱水处理的过程中，可以采用气相脱水法，也可以采用液相脱水法。相对而言，气相脱水工艺的应用较为广泛，此种工艺之中所应用到的催化剂材料是ZSM材料，有些情况也会应用γ-Al2O3材料。脱水反应所需的压力为0.5 MPa～1.5 MPa之间，所需的温度值在230 ℃～400 ℃之间。在甲醇气体通过汽化之后，再经过换热工序便被输送至反应装置之中完成脱水反应，而反应产物在经过换热处理之后，进一步的进行冷凝便能够得到二甲醚产品。在采用液相脱水工艺方法时，所利用的催化剂材料为H2SO4等材料，采用此种工艺技术所需的温度值为130 ℃～180 ℃之间，所得到的反应物再进行汽化处理，最后进行冷凝便能够得到二甲醚产品。

2.2 一步法制备二甲醚产品

现阶段，在制备二甲醚产品的过程中，应用较为广泛的方法是美国所发明的浆态床合成气一步法工艺，同时，我国大连化学物理研究所同样也研发的相关制备工艺，为固相合成工艺，此种工艺目前在国内的应用也较为广泛。

浆态床合成气一步法工艺是将合成气以及循环气等进行混合处理，然后将其一并的输送至浆相之中完成相应的反应，并且向其中添加适宜水，通过水气变换反应对反应平衡进一步进行调节。在进行气体混合之前，先要应用反应所得产物对气体进行预热处理，在经过换热之后，将所得产物输送至集油罐之中进行脱油以及脱催化剂处理。最后把所得气体经过冷凝分离，便能够获得二甲醚产品以及副产物。

固定床一步法工艺其是首先将合成气进行压缩处理，然后将其和循环气体进一步进行混合，并和反应所得产物对气体进行预热处理，在经过换热之后，将温度升高之后混合气体输送至反应装置之中，在反应装置之中发生反应，其压力要求为2.5 MPa～4.0 MPa之间，具体的反应温度值为230 ℃～300 ℃之间，所使用的催化剂材料为沸石材料，在经过反应之后得到二甲醚、甲醇等物质，最后通过萃取处理以及提浓处理能够获得二甲醚产品。

3 煤制油工艺路线

从元素组成的角度来看，煤炭产品以及石油产品之中主要元素均为碳元素、氢元素、氮元素、氧元素以及硫元素等，不过，两者之间的具体分子构成存在一定差异。从化学组成的角度来看，石油产品之中H/C的比例值要较煤炭产品高，因此，如果想把煤炭产品转变为石油产品，应当给定相应的反应条件，确保分子能够实现加氢反应。现阶段，所采用的煤制油工艺基本上有两种，分别是直接液化工艺以及间接液化工艺。

3.1 直接液化工艺

此种工艺技术是在和空气隔绝条件之下，把煤炭产品加热升温至430 ℃～460 ℃之间，确保煤产品能够发生热裂解反应，在发生裂解的同时向其中添加氢气以及催化剂物质，再将反应条件的压力值增加至17 MPa～30 MPa之间，从而便能够制备得到不同的液化油产品。通过调节反应过程中的具体条件，我们能够获得各种类型油产品。从理论上来看，3 t煤经过液化加工处理之后能够得到1 t左右的液体产品，拥有相对高的效益，不过，这一工艺对于煤炭质量的要求相对较高。

3.2 间接液化工艺

此种工艺技术是首先把煤气化处理，将其转变为合成气，再利用催化剂物质所拥有的催化功能，在特定压力环境之中反应得到油产品以及其他一些化学产品。此种技术手段和直接液化技术对比而言更加的成熟，采用此项工艺技术时，5 t煤经过液化加工处理之后能够得到1 t左右的液体产品，相对于直接液化工艺而言，其拥有的效益相对较低，不过，此种工艺对于煤炭质量的要求相对较低，而且所得到的产品种类也相对多[3]。

4 煤制天然气产品工艺路线

在煤制天然气产品工艺中，依照具体的流程差异同样能够划分为直接甲烷化工艺以及间接甲烷化工艺。

4.1 直接甲烷化工艺路线

在相应的温度条件以及压力条件之下，通过煤炭直接将其转变为富甲烷气体。第一步，应当先把煤炭破碎成特定的尺寸，在借助于循环载体流把破碎好的煤炭颗粒输送至反应装置里，使用的催化剂材料为耐硫碱金属材料，在CO气体环境中，或者是在为CO2气体和氢气气体混合环境中，发生反应得到CH4、CO以及H2的混合气体。

4.2 间接甲烷化工艺路线

将煤炭首先进行气化处理得到合成气，之后将合成气输送至反应装置之中，向其中加入相应的催化剂在特定条件下制备得到甲烷气体。目前，技术水平相对先进的应当为TOPSOE工艺，其是将三个具有相同功能的反应装置串联在一起，而且不同装置之中的实际反应条件也基本保持一致，反应的压力条件都是在3 MPa～6 MPa之间，而且反应的温度也均是在250 ℃～700 ℃之间，所采用的催化剂材料均为镍基材料，此种材料的催化效率相对优良，能够确保CO气体的转化率达到100%，CO2气体的转化率也能够达到99%。