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煤制甲醇工艺分析
甲醇是重要的化工产品与原料,并定位于未来
清洁能源之一,随着世界石油资源的减少和甲醇生
产成本的降低,发展使用甲醇等新的替代燃料,已
成为一种趋势。从我国能源需求及能源环境的现实
看,生产甲醇为新的替代燃料,减少对石油的依赖,
也是大势所趋。合成法生产甲醇,以天然气、石油
和煤作为主要原料,中国是资源和能源相对匾乏的
国家,少气,缺油,但煤炭资源相对丰富,大力发
展煤化工,合理开发利用煤炭资源已成共识。发展
煤制甲醇,以煤代替石油,是国家能源安全的需要,
也是化学工业高速发展的需求。本文对煤制甲醇的
生产工艺、设备作全面的分析,旨在为煤制甲醇生
产的工艺设备选择提供参考。
1 甲醇合成法的化学过程
1.1 煤的气化
煤在高温常压下,与气化剂反应转化为 CO、
H2等可燃性气体的过程,称为煤的气化。气化剂主
要是水蒸气、空气或它们的混合气。从煤的气化得
到甲醇合成的工业原料—— CO和 H2 的混合物(合
成气),通常将水蒸气直接通人炽热的煤层,其转
化为合成气的化学反应如下:
以上反应均是吸热反应,因连续通入水蒸气将
使煤层温度下降,为保持煤层温度,须交替向炉内
通入水蒸气和空气,通人空气时,主要是煤的燃烧
反应,其放出热量,加热煤层。煤气代表性成分组
成: H248.4%、C038.5%、N26.4%、C026.0 %、O20.2%、CH40.5%。制甲醇
所需 H2 /CO值为 2.21 ,合
成气中 H2 与 CO 的摩尔比可以在 350-400 ℃、Fe304
作催化剂条件下调节,使其比值达到要求,即:
生成的 C02 用高压水吸收法去除。
1.2
甲醇合成
CO与 H2 合成甲醇是种可逆反应:
为减少合成甲醇过程中的副反应,提高甲醇产
率,须选择适当的温度、压力和催化剂,一般温度
300—400℃,压力 20MPa左右。合成甲醇的反应温
度低,所需压力低,能耗也低,但温度低,反应速
度变慢,所以催化剂是关键因素。合成甲醇原料气
H2/CO的化学计量比是 2 :1。CO含量过高对温度
控制有害,且能引起羰基铁在催化剂上的积聚,使
催化剂失掉活性,故采用 H2 过量, H2/CO摩尔比
为 2.2 — 3.0 较好。
2 工业化生产工艺及设备
甲醇合成工艺的简单流程为:煤炭 →加压气化
→合成气净化→合成反应→甲醇→甲醇精制。相应
的煤制甲醇生产工艺主要包括造气、净化、合成和
精制四个工艺流程。
2.1 造气工艺及设备
董宇涵:煤制甲醇工艺论析
煤炭气化工艺为甲醇生产的首要环节,对煤炭
产气效率及后续工艺产生影响,并最终影响产品质
量和产量。煤炭气化工艺及气化炉设备可按压力、
气化剂、供热方式等分类,通常按炉内煤料与气化
剂接触方式区分,主要有固定床、流化床与气流床
3 种主要形式。固定床气化是气化过程中,气化剂
与煤逆流接触,气化过程比较完全,灰渣残碳少,
出口煤气同时对上部原料煤进行干燥和干馏,煤气
出口温度低,现有加压固定床气化最成熟的炉型是
Lurgi ;流化床气化是将气化剂自炉底部鼓入炉内,
气化剂吹起炉内煤的细小颗粒,使其呈流态化状
态,发生燃烧和气化反应生成煤气,加压流化床气
化炉主要有
Winkler/HTW 、 KRW等;气流床气化
是气化过程中,气化剂将煤粉带入气化炉,两者均
匀混合,再通过喷嘴进入反应室,瞬间着火,发生
火焰反应,温度达
1600℃以上,煤中碳在高温下几
乎全部转化,所有干馏产物迅速分解、转变为水煤
气的组分,加压气流床气化炉主要有
Texaco( 德士
古) 、GSP等。
目前国内感兴趣的气化炉工艺是
Shell 、Texaco
和
Lurgi 。Shell 工艺在碳转化率、有效气体成分、
单炉产能、运行周期和变负荷能力等方面具有明显
优点,有环保和资源综合利用方面优势,具有技术
发展前景,但设备投资较大,目前国内还没有比较
成熟的技术应用经验; Texaco、Lurgi 工艺技术成熟,
运行可靠,国产化率高,但
Lur
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