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煤制甲醇工艺分析.pdf

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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 Lurgi工艺存在一些缺 陷，其合成工艺流程复杂，废水处理困难，环境污 染严重，相比之下，Texaco工艺具有明显的优势， 其水冷激流程特别适用于合成氨、甲醇生产，是目 前合成氨、甲醇生产优选工艺。 2.2净化工艺及设备 气化装置产生的粗煤气中除含 H2、CO、CO2 外，还有少量 COS、H2S、CH4、HCNN2、及微量 的 Cl、NH3等。硫化物、氯和重金属镍等会引起 甲醇合成催化剂中毒。净化工艺的主要任务是脱 除、变换气中的 H2S、COS、CO2等酸性气体。 煤气净化工艺主要有低温甲醇洗技术 (rectisol) 和聚乙二醇二甲醚法 NHD(selexol)。低温甲醇洗工 艺是使用物理吸收法的酸性气体净化技术，使用冷 甲醇作为酸性气体吸收液，利用甲醇在-60℃左右的 低温下对酸性气体溶解度极大