煤制甲醇合成工艺设备的选型研究

武锦波

摘 要：甲醇在很多领域均能代替石油的功能，近些年来，甲醇日益受到人们的青睐，本文就如何选择煤制甲醇设备展开论述，首先介绍了煤制甲醇的工艺流程及其重要性，然后指出了现阶段设备选择方面存在的弊端，最后给出了如何正确选择煤制甲醇的工艺设备。旨在为煤制甲醇的设备选择提供一定的参考意见，保障人们对甲醇的使用需求量。

关键词：煤制甲醇;工艺设备;选型

在现阶段，我国获取甲醇的主要途径就是煤制甲醇，然而甲醇的合成与使用均存在一定的危险性，因此，在煤制甲醇工艺设备的选取上我们应该慎重。就我国现状而言，煤制甲醇设备选择上主要存在以下两种弊端：一是选择的盲目性，这会对以后的生产造成严重影响，二是市场竞争力的考虑存在缺失。本文立足于次，将会详细介绍如何正确选择煤制甲醇的设备。

1 煤制甲醇的生产流程

1.1 煤的气化

所谓煤气化，实际上就是指煤在一定的温度与压力条件下，通过气化综合作用而出现多种气体的技术，该技术能够将加热的水蒸气与煤层进行综合反映，进而得到氢气与一氧化碳的复合气体，该反映整体属于吸热反映，所以对于温度的敏感度主要以高推动反应的方向进行。在整个制备过程中，需要设置一定的科学比例，氢气、一氧化碳的比例为2.2左右，可以采取水吸收技术对多余的二氧化碳进行吸收。

1.2 甲醇的合成

甲醇合成技术同样属于可逆反正，其在反应过程中具有多种副反应类型，为了获得更多的产品，需要对副反应的类型进行科学抑制，最佳的途径是通过温度控制的方式来促进正反应的发生。采取催化剂可以有效降低反应产生的活化能，在侧面提升反应的整体效率。值得注意的是，在甲醇合成过程中存在积碳的可能性，所以需要避免氢气过量的问题，最好可以将比例控制在3.0以内。

2 煤气化技术分析对比

2.1 固定床气化技术

固定床气化技术作为工业生产中应用最早的煤气化技术，其最早是德国的鲁奇公司发明并推广使用的，固定床气化生产技术在构成气的环节存在组分复杂度较高的问题，同时其生产稳定性较差，所以随着行业的进步与发展，该技术逐步被淘汰，目前使用的企业越来越少。

2.2 流化床气化技术

流化床气化技术又被称之为沸腾床气化技术，该技术的主要特征在于小颗粒碎煤的应用，由于能够利用褐煤来达到劣质煤的处理，能够将气化剂直接送入到炉内，所以可以保持沸腾气化状态。目前，我国的流化床气化技术已经逐步成熟，通过技术升级与引进国外的先进技术，还可以进一步实现技术的突破与发展。

2.3 气流床气化技术

气流床气化技术是一种通过气化剂实现煤粉、煤浆科学应用的技术，该技术能够借助于喷嘴来达到气化炉内部处理的效果，可以产生大量的一氧化碳与氢气合成气体。由于气流床本身具有溫度稳定性强的优势，所以相比于流化床具有更强的生产适应性，同时采取了气流床气化技术后，产品质量更为稳定，所以该技术在生产中具有很好的应用前景。对比上述三种气化技术，其各自存在不同的优势。其中，固定床气化技术在设备的投资方面优势明显，能耗低、投资少，但是由于处理量较小，所以只能够适应小规模的生产需求。相比于该技术，流化床在应用规模上更适应于大规模的生产，尽管投资成本较高，但是回报也会相应的增加。最后的气流床技术能够满足常规生产的同时，解决碳转化率不高的问题，所以作为现代化煤气化生产中的主要技术趋势，该技术的优势最大。

3 气流床煤气化的选择

3.1 干粉气流床

干粉气流化床技术中最具有代表性的就是德国的GSP技术以及Shell技术。Shell煤气化采取了加压气流处理的技术，该技术能够将原煤粒度进行粉碎处理，经过干燥后进入到煤仓的内部，可以通过喷嘴对称分布的方式来轻易达到反应温度的控制要求。GSP技术作为德国最先开发的技术，其能够采用局部激冷处理的方式来达到热回收的效果，所以能源稳定性更高，下图1为干粉气流床工艺流程图。

3.2 水煤浆气流床

水煤浆气流床技术中，LGTI气化技术是应用较为普遍的技术。该技术由美国最早完成开发，煤块经过磨制后，可将氧气与气化炉的生产环节进行分离，这样就可以达到激冷处理的效果。

3.3 气流床煤气化选择

气流床的煤气化主要包括上述提到的三种技术，对比后进行选择需要考虑到多个方面的因素与问题。德士古煤气化处理技术对于设备的要求不高，所以无论是大规模生产还是中小型生产都可以应用。Shell气化转化率较高，碳转化率高，同时能源的适应性不错，对于一些新投建的企业具有很强的吸引力。GSP在气化炉的寿命上具有不小的优势，同时前期投资成本不算高，还能够兼顾生产与效益的稳定性关系，所以在国内推广成果良好。

4 甲醇合成塔的选择

4.1 水管式

为了提升换热效果，采取传热管内部走水的方式可以有效解决剩余热量浪费的问题。除此之外，水管式合成塔能够副产大量的蒸汽，所以在实际生产中属于稳定性兼顾生产效益的合成塔类型。目前，水管式甲醇合成塔在国内应用十分普遍，通过水管径向合成的方式可以很好的满足日常生产的要求。

4.2 固定管板式

固定管板合成塔是一种内部填充催化剂的合成塔，该合成塔换热总量较高，同时采取了逆流换热的技术，所以能够同时解决热水、冷气产生的问题，不但转化率较高，同时能耗也可以得到合理的控制。不过，在实际应用过程中该类型的换热设备也存在明显的缺陷，主要表现在造价较高、生产能力有限。另外，本身结构相对比较复杂，所以实际使用起来一旦出现故障与损坏，维修的难度较高，后期维护的成本也较高，装卸难度较大等等，这些因素限制了该类型合成塔的应用规模。

4.3 多床内换热式

多床内换热式合成塔是基于氨合成塔升级改造而来的合成塔技术，该塔在内部设置了专门的催化换热结构，通过中央轴向设置换热装置的方式来达到合理轴向排布的效果，能够实现多种催化床的相互隔离。在换热器的使用过程中，各个催化创与换热装置都可以经过导流结构来确保气流的通畅度。相比于其他类型的合成塔，该类型的合成塔能够提升结构的稳定性，本身结构简单，所以转化率达标的情况下能够节约大量的成本，能够很好的适应于各种生产环境与需求。不过，由于反应热的结构环境问题，不能够直接作为副产中压蒸汽的供应源。

根据上述分析对比来看，冷管合成塔在产品产出率方面较低，生产能力限制了该技术的应用，所以只能够适应小规模的生产。列管式合成塔本身造价比较昂贵，所以国内投资使用的企业也比较少，相比之下，水管式合成塔、固定管板合成塔技术成熟度较高，应用的效果较好，所以受到国内厂家的青睐与认可。

5 总结

综上所述，为了能够更好地选择煤制甲醇合成工艺的设备，我们应该避免盲目的选择，同时要考虑到市场竞争力，根据实际情况选择正确的合成塔，主要有三种，一是水管式合成塔，二是多床内热式合成塔，三是固定管板列管合成塔，除此之外，我们还要加强相关政策的引导力度，加强煤制甲醇各种装置的研究与开发，促进煤制甲醇合成工艺设备的日益完善。

参考文献：

[1]刘晨.煤制甲醇系统中间换热器设计及优化[J].中国设备工程，2020（04）：98-100.