基于焦爐煤氣制甲醇的工藝技術分析

薛利軍

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

基于焦爐煤氣制甲醇的工藝技術分析

薛利軍

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

介紹了利用焦爐煤氣制甲醇的工藝技術，對甲醇的合成以及精餾過程進行了深入的分析，在焦爐煤氣制甲醇的工藝過程中，二氧化碳起著非常重要的作用，二氧化碳比例必須保持在3%～6%，甲醇的質量和產量才能達到最優(yōu)。

焦爐煤氣制甲醇；合成；精餾

1 焦爐煤氣制甲醇工藝流程

1)甲醇的性質

甲醇是一種透明、無色、易燃、有毒的液體，它的熔點在97.8 ℃。

2)原料

直接原料：一氧化碳，二氧化碳，氫氣。

間接原料：焦爐煤氣，氧氣，水蒸氣等。

3)焦爐煤氣的主要成分

焦爐煤氣的主要成分是氫氣和甲烷。

4)焦爐煤氣制甲醇工藝流程

第一步：先把來自焦化廠的焦爐煤氣進行接收；

第二步：對焦爐煤氣進行簡單的預處理，然后送進儲氣罐進行穩(wěn)壓；

第三步：對原料氣進行壓縮與凈化；

第四步：進行粗脫硫和精脫硫；

第五步：脫硫結束后，利用催化劑等對甲烷等向氫氣以及一氧化碳進行轉化，這一步需進行一個空分工段；

第六步：取出煤炭，對煤炭進行制氣、壓縮、脫硫、脫碳，最后合成氣壓縮；

第七步：甲醇的合成及甲醇的精餾；

第八步：商品甲醇的形成。

焦爐煤氣制甲醇的工藝如圖1所示。

圖1 焦爐煤氣制甲醇

2 甲醇的合成與精餾技術分析

甲醇的合成原理：經過壓縮后的轉化氣，在一定的壓力、濕度下，其中的一氧化碳、二氧化碳分別與氫氣在銅基催化劑作用下生成甲醇。

主反應為式(1)、式(2)：

CO+2H2=CH3OH+Q

(1)

CO2+3H2=CH3OH+H2O+Q

(2)

甲醇合成反應是放熱的、體積縮小的反應，所以降低溫度、提高壓力有利于正反應的進行[1-4]。

甲醇的合成一般情況下分為高壓法、中壓法和低壓法。其中，因為高壓法與中壓法的消耗能源過大不利于甲醇的合成，目前已經淘汰，而現(xiàn)在主要采用的是低壓法來完成甲醇的合成，主要是因為低壓法不僅能夠降低能源消耗，還可以保護環(huán)境。

甲醇精餾過程的原理：在同一溫度、同一壓力、同一濕度、同一混合物中，組分的不同，揮發(fā)度也不同，經過氣化和冷凝，得到純度比較高的組分，從而實現(xiàn)了混合物的分離，完成了甲醇精餾的化學過程。這種方法也可以用于除去甲醇中的水分和有機質，得到不同純度的精甲醇。目前，利用焦爐煤氣制甲醇的方法有2種，分別是三塔精餾法和雙塔精餾法，雙塔精餾法比三塔精餾法少了一個主精餾塔，所以雙塔精餾的能源消耗要比三塔精餾的能源消耗高。因為三塔精餾有2個主精餾塔和1個常壓塔，2個主精餾塔分別進行常壓操作和加壓操作，從而能源消耗低，達到了保護環(huán)境的效果。這也是現(xiàn)在我們在精餾過程中主要使用三塔精餾的原因。

2.1 合成氣體中碳酸比例的調整

在研究的過程中我們知道，合成氣體的碳氫比值無論是過大還是過小，對于生產過程都會產生不良影響，因為，比值過大會降低催化劑的活性，造成了一系列的副反應，而比值過小，催化劑的活性大，造成能源消耗增加，浪費能源[5]。因此，我們必須找到合適的方法來調整碳酸比例，而向合成塔中注入較多的氫氣就可以增加合成氣體中氫氣的含量，使得副作用大大降低，同時，還能避免發(fā)生催化劑中毒的不良后果，提高甲醇的質量，保證甲醇的安全性和高效性。

資料顯示，最優(yōu)氫碳比為2.98%，但是在研究的過程中發(fā)現(xiàn)，氫碳比要比最優(yōu)氫化比高出很多，這也就說明，合成氣中含有較多的氫和碳，過多的氫就會使得甲醇合成回路中產生的循環(huán)氣體增加，從而增加了壓縮機的工作負擔以及廢氣的排放量，這樣，不僅增加了能源的消耗，造成了資源不必要的浪費，同時造成了環(huán)境的污染，對發(fā)展兩型社會是不利的。所以，調整碳酸比例成為了重中之重。在研究中得到，通過向合成塔中注入二氧化碳實現(xiàn)多種氣體的最優(yōu)比，就可以提高甲醇的質量和產量。在合成塔中，加入適量的二氧化碳，保持最優(yōu)比在2.07～2.19，就可實現(xiàn)對碳酸比的調整。這在焦爐煤氣制甲醇的工藝中是至關重要的，對于繼續(xù)研究以后的實驗也有著承上啟下的作用[6]。

2.2 合成氣中二氧化碳含量的測定

甲醇由一氧化碳、二氧化碳與氫反應生成，反應式如式(3)、式(4)：

(3)

(4)

從反應式可以看出，氫與一氧化碳合成甲醇的物質的量比為2，與二氧化碳合成甲醇的物質的量比為3，所以，二氧化碳具有舉足輕重的作用。1) 二氧化碳降低反應溫度。在反應過程中，產生了很高的溫度，不利于研究數(shù)據(jù)的準確性，但是二氧化碳卻可以降低反應溫度；2) 保持催化劑的活性，催化劑在反應過程中，會由于某些原因，造成催化劑失活或者碳化，有了二氧化碳就不需要擔心這個問題；3) 抑制某些副反應的發(fā)生，在研究中，由于一些不可避免的原因，造成某些副反應的發(fā)生，二氧化碳就可以抑制它們的反應。綜上所述，二氧化碳在焦爐煤氣制甲醇的工藝中有著非常重要的作用，可以說，如果沒有二氧化碳，焦爐煤氣制甲醇的工藝是實現(xiàn)不了的，更加談不上降低消耗，愛護環(huán)境的最終結果。在研究中，我們經過多次理論計算得到，要想獲得甲醇的最優(yōu)質量和產量，合成氣體中二氧化碳的比例必須保持在3%～6%。

3 結束語

眾所周知的，焦爐煤氣是氣體燃料和化工原料，凈化后的焦爐煤氣不僅可以用作城市燃氣，還可以用于制造甲醇，而且制造甲醇的附加值最高，經濟效益最好，同時還可以保護環(huán)境。但是研究過程中發(fā)現(xiàn)，焦爐煤氣制甲醇工藝步驟多，且每個步驟之間銜接緊密，尤其是甲醇合成和甲醇精餾這2個步驟，因為這兩個環(huán)節(jié)對于焦爐煤氣制甲醇的最終的結果都會帶來直接的影響。

[1] 陶鵬萬.焦爐煤氣制甲醇轉化工藝探討[J].天然氣化工(C1化學與化工),2007,32(5):43-46.

[2] 鄭明東.焦爐煤氣制甲醇技術的發(fā)展[J].燃料與化工,2008,39(3):5-8.

[3] 趙靜.焦爐煤氣制甲醇工藝的概述[J].黑龍江冶金,2006，12(4):5-6.

[4] 裴學國,王磊,侯昌興.焦爐氣制甲醇工藝中焦爐氣的精制[J].煤化工,2006,34(6):51-54.

[5] 吳波.焦爐煤氣制甲醇裝置運行探討[J].煤化工,2012,40(1):40-42.

[6] 楊柱榮,蹇守華,武振林,等.焦爐氣制甲醇原料氣凈化工藝淺析[J].天然氣化工(C1化學與化工),2011,36(2):42-45.

Process analysis of methanol production from coke oven gas

XUE Lijun

(Datong Guangfa Chemical Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037000, China)

The process technology of methanol production from coke oven gas is introduced. The synthesis of methanol and distillation process are analyzed in depth. Carbon dioxide plays a very important role in the process of methanol production from coke oven gas. The ratio of carbon dioxide must be kept at 3%～6% so that the quality and yield of methanol can be optimized.

methanol production from coke oven gas; synthesis; distillation

2017-03-07

薛利軍，男，1987年出生，2013年畢業(yè)于中國地質大學(武漢)，本科，助理工程師，從事煤制甲醇研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.28

TQ546

A

1004-7050(2017)04-0083-02

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