煤制甲醇工艺论析

煤制甲醇工艺论析

石油、煤炭两大产业属于经济运行的主要血脉，由这两者转化成的一些化工产品在目前的社会生活中有着重要的意义。由于目前我国的石油资源出现短缺的现状，主要是依靠大量的进口，而煤炭储蓄量相对丰富，使得煤化工发展有了原料保障。因此，甲醇既是一种重要的有机化工原料，也是一种重要的有机溶剂。由甲醇生产的化工产品达数百种，广泛用于塑料、合成纤维、合成橡胶和农药等行业，在发达国家其产量仅次于乙烯、丙烯和苯。如今，基于国际形势以及石油资源的紧缺，由煤炭为原料生产甲醇，得到了大力的发展。

标签：煤制甲醇;工艺;措施

在工业和交通运输业的发展过程中，燃料能源是其发展的重要支撑。煤炭作为燃料能源的主要来源，在燃烧提供能量的同时，其燃烧也产生了大量的有毒有害物质，如碳氧化物、硫化物、粉尘等，这些有害物质对人类生存的环境产生了严重的污染和危害。因此，在社会经济不断发展和人们生活水平日益提高的同时，煤炭作为我国主要的燃料能源，其造成的环境污染问题也越来越严重，使得环境污染及其防治成为环境保护中非常必要的探讨课题。甲醇作为煤炭的清洁替代能源，其煤制甲醇工艺的研究和开发受到了人们越来越多的关注。因此，煤制甲醇工艺的研究和开发对能源的发展具有非常重要的价值和意义。

一、煤制甲醇工艺发展的必要性

随着社会经济的快速发展，能源作为经济发展的重要支撑之一，其在经济发展中占据十分重要的地位。煤炭作为我国燃料能源的主要来源，其在燃烧的过程中会产生大量的有毒有害物质，如碳氧化物、硫化物、粉尘等等，这些物质的产生给环境带来了极大的污染和危害。与此同时，煤炭资源作为化石燃料是不可再生的一次能源，在直接的燃烧使用过程中不仅造成了环境的严重污染和危害，同时也使得燃烧不完全的煤炭资源造成大量的浪费。因此，需求煤炭的清洁替代产品和工艺技术的开发研究对煤炭资源的有效利用和环境的保护都是非常重要的。煤制甲醇工艺主要是将煤炭转化为清洁的甲醇，甲醇作为能源燃料既可以在燃烧时提供充足的能量资源，又能在燃烧的过程中减少有毒有害物质的生成和排放。此外，甲醇除了作为清洁的替代燃料能源，还是化工生产中重要的有机原料，其在多个领域应用广泛。目前，随着甲醇社会需求量的不断增加和甲醇下属产品的开发应用，使其在社会经济发展中的地位越来越重要。其中，煤制甲醇的工艺过程几乎是无污染的工艺过程，在得到清洁替代能源的同时对环境也不会造成污染和危害。同时，煤制甲醇在提高煤炭资源的综合利用率的同时，甲醇还可以替代部分的石油，从而在一定程度上缓解了我国石油资源供不应求的矛盾，进而实现了我国能源供应结构的改善。

二、煤制甲醇工艺

煤制甲醇的主要原理是依据煤炭中的碳元素与水蒸汽在催化剂如Fe3O4 及

高温高压的条件下反应氧化还原反应，其主要产物是一氧化碳和氢气，然后对生成的一氧化碳和氢气进行净化提纯，利用净化后的氢气和一氧化碳在比例约为2：1 且温度维持在350℃左右，压力维持在约为20MPa 的条件下进行甲醇的合成反应，最后进行甲醇的精馏制取，从而实现甲醇制取的标准化纯度。

1、气化工艺。在整个气化反应的过程中，原料、水以及氧气会共同作用，从而引发气化反应，该反应生产的合成气的成分较为复杂，主要包括有一氧化碳、氢气、二氧化碳以及水等，同时还包括含量较少的甲烷等气体。在该反应的发生过程中，基本方程式为：

该反应的整个过程速度很快，可以在很短的时间内完成，离开气化炉后经过冷却、洗涤等环境后进入到变换的工段进行继续处理。

2、变换工艺。变换工段的主要处理任务是让CO 与水发生反应，在该过程中会生产出大量的氢气，其反应的方程式为：

在完成变换工段的生产任务后，转入到低温甲醇洗工艺流程环节。

3、低温甲醇洗工艺。低温甲醇洗工艺过程的主要任务是通过低温清洗的方式去除掉气相的硫化物以及二氧化碳等物质，以此来保持产品的纯度与洁净度。

4、甲醇合成与精制工艺。经过净化处理后，合成气再次经过压缩机的压缩处理，随后进入到甲醇的反应器当中，经过一定的压力与催化剂相互作用，可以生产出粗甲醇产品，这些产品从分离器中分离出来后，可以经过甲醇精馏塔精制处理，随后生产出精制的甲醇产品。

5、空分装置。在煤气化过程中需要借助于空分装置来获取充分的氧气。一般来说，空分装置的结构包括有分子筛、空气增压以及氧气与氮气内外压缩机等设备构成。其中，原料空气自空分装置中获取空气，随后经过过滤器除去杂质并进入到离心式空压机当中，随后经过压缩机压缩达到一定的压强并进入空气冷却塔中冷却。再经过空冷塔处理后使用分子筛进行纯化处理，随后二氧化碳、碳氢化合物等物质都吸附干净，净化后的空气抽出小部分作为仪表以及其他设备的使用空气，其余大部分都作为空气增压机以及膨胀机设备的专用气体，在精馏塔中液化后获取液氧、液氮，并结合工艺需要送入实际需求的场合。

三、煤制甲醇检验方法与合成塔设计

1、煤制甲醇中的杂醇油水分。煤制甲醇工艺技术中常用容量法、库伦法来进行杂醇油中水分的分析检测，这两种方法都属于卡尔- 费休法的分支技术，具有良好的测量精度与操作稳定性。其中，容量法在测定时不会受到外部反应的影响和干扰，其测定的样品质量分数为0.1%-100%，而库伦法则主要针对0.001%-0.1% 精度的检测，这个过程中无隔膜的仪器本身不能够分析醛类物质以及酮类物质，有隔膜的仪器则可以分析电导率较大或者含水量较大的样品物质。由于雜醇油本身具有物质成分复杂的特征，其本身包括有大量的甲醇、水、二甲

醚以及各种醛类物质、酯类物质，同时还有不饱和烃等物质，所以利用容量法进行测定效果更好，适应的范围也更加广泛。如果采用库伦法进行测试，可能会受到多种因素的干扰与影响，还需要考虑到杂质的成分特征，所以综合起来利用难度较高且适应性较差。

2、煤制甲醇合成塔工艺设计与优化。结合甲醇合成工艺的技术特征与公开要求，选择合成塔时最好利用立式固定床气固结合的反应器模式，该模式作为一种管壳外冷绝热的复合型反应器，其内部填充了铜系催化剂，在合成气的合成过程中，塔顶部分会进入到催化剂的床层当中，在压力条件适合的情况下，温度保持在一定的稳定条件下，能够实现一氧化碳、二氧化碳以及氢气的反应，其产物主要包括有甲醇、水以及一些微量的有机副产物。在甲醇的合成过程当中，不同的反应可以同时进行，其能量整体来说属于放热反应，具体的反应方程式如下所示：结合反应方程式的数据情况来看，反应热的量较大，需要借助于管式反应器将沸腾的水移送到冷却环节进行处理。

（1）参数确定。在甲醇的整个合成环节当中，大量的反应热必须想办法转移出去，所以需要对蒸汽的压力进行控制，只有完成了压力的控制，才能够实现温度的控制。在大多数情况下，压力控制在4.0MPa 以内即可，而温度则需要保持在230～260℃。从物理性质参数的角度上来看，水的汽化热相对恒定，所以热导率、表面张力以及比热容都可以相应的计算出来，液相的密度也就可以确定。在合成气当中，大多数成分为一氧化碳以及氢气，所以平均密度、比热容以及相应的热导率都可以根据这个方式计算出来。

（2）合成气流量。选择合适的生产规模与相适应的工艺技术流程后，需要对合成气的气体流量进行分析。结合目前国内技术进程来看，选择低压合成法的经济效益良好，可以适应于10-20 万t/a 的生产需求。选择平行运行生产的方式来进行生产活动，开工时间设计为330d，那么连续生产的过程中甲醇的质量回流数可以计算出，其结果为630kmol/h。除了对合成气流量进行控制，还需要完善水流量与壳体内折流板、接管确定工作，确保技术适应性。

四、煤制甲醇工艺设备存在的问题

1、煤制甲醇工艺所需的设备。根据煤制甲醇的工艺流程，首先是煤炭的气化过程，气化工艺主要用到的设备是气化炉，利用气化炉通过加压的方式将煤炭和水制成浆液，然后在高温的条件下实现煤炭浆液的气化，从而实现氧化还原反应的发生来制得一氧化碳和氢气。其中，在甲醇的精制工艺中要用到蒸馏塔来对新生成的甲醇进行循环蒸馏来达到甲醇提纯和净化的目的。此外，由于煤炭的气化和液化需要进行分离的过程，那么在煤制甲醇的过程中就要用到气液分离设备。

2、煤制甲醇工艺中存在的问题。虽然煤制甲醇工艺的发展对煤炭资源的综合利用和改善我国的能源结构都有很大的实际意义和价值。但是，在煤制甲醇的工艺过程中还存在很多的问题：首先，煤制甲醇的工艺的开发和发展还不是很成熟，使得煤炭制备甲醇的工艺过程的成本非常高，比直接使用煤炭的成本投入高

很多，这就使得煤制甲醇的工艺很难得到广泛的应用。同时，人们只考虑到煤制甲醇的成本而严重忽略了煤制甲醇的环境保护作用。第二，由于煤制甲醇是一项新型的煤炭转化技术，其工艺流程和设备的使用都有待进一步的完善，使得煤制甲醇的工艺效率低下，煤制甲醇的发展力不足。

五、煤制甲醇工艺措施

1、煤制甲醇工艺的智能化发展。在电子信息科技高速发展的今天，煤制甲醇的工艺过程如果可以利用电子信息科技来达到煤制甲醇工艺过程的智能化和自动化，将会为煤制甲醇的工艺发展带来极大的突破。尤其在煤制甲醇的工艺流程第三步中一氧化碳和氢气要达到1：2的比例才能使其充分反应来有效合成甲醇，如果实现了煤制甲醇工艺的智能化发展，将会更有效的进行甲醇的合成过程，将大大提高煤制甲醇的工艺效率。与此同时，煤制甲醇工艺的智能化发展也有利于煤制甲醇工艺过程的实时监控，使得制备的各个流程都在监控下完成，更有利于对整个制备过程进行量化监督，从而实现煤制甲醇工艺的完善。

2、煤制甲醇工艺的节能型设计。在煤制甲醇工艺实现智能化发展的同时，进行煤制甲醇工艺的节能型设计，适应现代“环保、清洁、节能”的经济发展理念。首先，要在煤炭的使用上进行有效的节约设计，在考虑制取甲醇达标的情况下，通过改进工艺来实现煤炭资源的高效利用，从而达到煤制甲醇产投比的最大化。其次，在煤制甲醇的工艺过程中由于需要用到气化炉、蒸馏塔、气液分离设备等需要消耗大量的电力能源，通过煤制甲醇工艺的智能化发展和工艺革新来实现电力能源的节约。最后，在煤制甲醇的工艺发展过程中要具备节约的意识，要不断改进煤制甲醇的工艺以达到整个生产过程的能源节约。因此，通过煤制甲醇工艺的节能型设计和智能化发展，使得煤制甲醇工艺得到更加完善的发展。

3、煤制甲醇工艺发展。作为很早就开始使用煤炭作为甲醇生产原材料的国家之一，我国的煤制甲醇工艺技术经过多年的发展，也达到了一定的技术高度。但是，真正实现煤制甲醇工艺技术的突破以及规模化生产则是进入到21 世纪之后。随着工农业生产规模的不断扩大，甲醇的需求量猛增，传统的甲醇生产工艺技术获得的产品难以满足客观生产实际需求，所以我国各地都开始采用煤制甲醇工艺技术来进行甲醇生产。根据相关统计结果显示，我国的甲醇生产总量增长，这也预示着我国成为全球甲醇生产量最高的国家。目前天然气制甲醇工艺技术不断成熟，其应用的领域也得到了扩充，无论是成本还是工艺设备以及投资都比较低。但是，结合目前我国的整体资源结构情况与特征来看，煤制甲醇工艺技术依然是技术发展的重要方向，通过市场化竞争，将大部分生产规模小、技术不成熟的企业淘汰掉，同时实现规模化、集约化发展，这样就可以有效提升工艺技术的应用水平，从而确保商业价值与行业发展的稳定性。