試論碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項(xiàng)目煤氣精制與制冷工藝路線的選擇

王利平

摘 要：甲醇是一種與水完全相溶的無色液體，是結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，同時(shí)也是基本的有機(jī)原料之一，被廣泛應(yīng)用于甲醛和農(nóng)藥的制作以及有機(jī)物的萃取和酒精的變性。其成品通常是由一氧化碳與氫氣反應(yīng)合成。為了更好地生產(chǎn)甲醇，相關(guān)企業(yè)必須科學(xué)確定煤氣精制與制冷工藝。文章就簡單分析了兩種氣體分離工藝的流程和特點(diǎn)，并探討了三種不同的制冷工藝，希望能對(duì)相關(guān)企業(yè)的甲醇項(xiàng)目煤氣精制與制冷工藝路線選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：碎煤熔渣氣化;甲醇項(xiàng)目;煤氣精制;制冷工藝

1 碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項(xiàng)目煤氣精制工藝路線分析

碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇，有效氣（H2+CO）的產(chǎn)氣率較高，如果原料質(zhì)優(yōu)，有效氣體積分?jǐn)?shù)會(huì)達(dá)到80%～90%，采用褐煤進(jìn)行生產(chǎn)，有效氣體積分?jǐn)?shù)也能超過72%，同時(shí)還有6%～8%體積分?jǐn)?shù)的甲烷氣合成，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但甲烷氣的存在，會(huì)極大增加后續(xù)工藝的能耗，因此，在煤氣精制過程中，必須分離甲烷成分，以保證有效氣（H2+CO）的純度，增強(qiáng)甲醇的合成，同時(shí)，這樣還能回收甲烷得到其液化產(chǎn)品LNG。在實(shí)際生產(chǎn)中，很多企業(yè)在氣體分離環(huán)節(jié)采用的工藝大都是變壓吸附法與深冷分離法這兩種。

1.1 變壓吸附法

變壓吸附法是利用不同吸附劑對(duì)不同沸點(diǎn)的氣體能有選擇地進(jìn)行吸附，且其吸附量隨著壓力不同而出現(xiàn)顯著變化的原理，利用不同的吸附劑對(duì)煤氣精制中的有效氣（H2和CO）與甲烷氣進(jìn)行有效分離（其工藝流程見圖1）。目前，變壓吸附分離法是我國應(yīng)用較廣的一種氣體混合物分離法，但大都應(yīng)用在中小型裝置中。

變壓吸附分離法操作簡單，且操作的彈性較大，能在40%～100%之間隨意調(diào)節(jié)負(fù)荷，且能適應(yīng)多種組分原料氣的分離，可有效分理出CO、CH4、N2等氣體，而且，分離的氣體純度較高，如CO的純度就能達(dá)到99%。

1.2 深冷分離法

深冷分離法也是當(dāng)前我國比較常用的混合原料氣分離方法，這種混合原料氣分離工藝是將經(jīng)過凈化處理后的原料氣進(jìn)行冷凝和精餾，將混合原料氣中的氫氣組分、富一氧化碳組分以及甲烷組分有效分離，然后再將甲醇合成有效氣（H2和CO）送到下一環(huán)節(jié)進(jìn)行甲醇的合成，而甲烷組分則送到甲烷液化裝置使之生成LNG產(chǎn)品。其工藝流程見圖2。

相對(duì)而言，深冷分離法用到的設(shè)備較少，流程也比較簡單，但能處理氣量規(guī)模較大的混合原料氣，且生產(chǎn)的過程控制比較穩(wěn)定，有效組分的損失較小，能耗較低。在實(shí)際應(yīng)用中，甲醇生產(chǎn)企業(yè)在運(yùn)用碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項(xiàng)目煤氣精制過程中，可根據(jù)自身的實(shí)際情況，合理選擇變壓吸附法或者是深冷分離法，能有效控制成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項(xiàng)目制冷工藝路線分析

在碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇的過程中，將甲烷分離出來后需要經(jīng)過制冷處理才能形成液化LNG產(chǎn)品，因此，相關(guān)生產(chǎn)廠家還必須精心選擇制冷工藝。當(dāng)前，我國常用的制冷工藝主要分為三種，分別是階式制冷液化工藝、混合制冷液化工藝和節(jié)流膨脹制冷液化工藝。

2.1 階式制冷液化工藝

階式制冷液化工藝是運(yùn)用不同的制冷劑提供不同的冷度，逐級(jí)進(jìn)行甲烷的制冷液化。一般來說，該制冷液化工藝的制冷劑通常是由丙烷、乙烯和甲烷三種組成三個(gè)制冷循環(huán)階段，為甲烷液化提供冷量。在實(shí)際運(yùn)用中，這三種制冷劑提供的制冷溫度分別是-30℃、-90℃和-150℃。甲烷原料氣組分在這三個(gè)不同制冷循環(huán)階段的冷卻器中逐級(jí)冷卻、冷凝，最后液化成為LNG產(chǎn)品。相對(duì)而言，這種階式制冷液化工藝制冷系統(tǒng)與液化系統(tǒng)相互獨(dú)立，且不同階段制冷劑的成分單一，不會(huì)發(fā)生相互影響，操作較為簡單，但需要的制冷機(jī)組較多，工藝流程相對(duì)較長，且對(duì)制冷劑的純度要求較高，應(yīng)用范圍逐漸縮小。

2.2 混合制冷液化工藝

混合制冷液化工藝是在階式制冷液化工藝的基礎(chǔ)上演變而來的，這種制冷液化工藝在制冷的選擇方面大都采用烴類混合物，如N2、C1、C2、C3、C5等來代替?zhèn)鹘y(tǒng)階式制冷液化工藝中單一的純組分制冷劑，并根據(jù)原料氣的組成和壓力合理設(shè)計(jì)，利用不同組分混合物中較重的組分先冷凝、較輕組分后冷凝的顯著特點(diǎn)，對(duì)混合原料氣依次進(jìn)行冷凝并分離，然后在采用節(jié)流和蒸發(fā)的手段，得到不同溫度級(jí)別的冷量?；旌现评湟夯に囅噍^于傳統(tǒng)的階式制冷液化工藝，其工藝流程較短，機(jī)組較少，因此投資較低。但這種制冷液化工藝較階式制冷液化工藝的能耗要高，而且，對(duì)混合制冷劑各組分的配合比要求也極為嚴(yán)格，在設(shè)計(jì)方面需要經(jīng)過嚴(yán)密的計(jì)算。

2.3 節(jié)流膨脹制冷液化工藝

節(jié)流膨脹制冷液化工藝也是LNG產(chǎn)品液化過程中常用的一種制冷工藝，這種制冷液化工藝是運(yùn)用氮?dú)庋h(huán)節(jié)流進(jìn)行等焓膨脹，使其溫度發(fā)生變化獲得冷量，從而達(dá)到降溫的目的。此外，還可以運(yùn)用透平膨脹機(jī)的制冷循環(huán)進(jìn)行等熵膨脹達(dá)到降溫的目的。這種制冷液化工藝流程簡單，便于操作人員的調(diào)節(jié)，且即已啟動(dòng)，而且換熱的面積較前兩種更大，復(fù)雜程度耕地，但能耗更高，效率也相對(duì)較低，且適應(yīng)性較差。

由上述分析可知，這三種制冷液化工藝各有自身的優(yōu)勢，也各有自身的不足（見表1），如階式制冷液化工藝的能耗在三中制冷液化工藝中最低，但機(jī)組較多，需要的投資較多，而且建設(shè)的周期也相對(duì)較長，目前應(yīng)用較少;而節(jié)流膨脹制冷液化工藝雖然流程簡單、調(diào)節(jié)靈活且易于啟動(dòng)，對(duì)于液化能力較小的調(diào)峰型液化裝置比較適用，但如果企業(yè)產(chǎn)能增加時(shí)，需要配備一定量的壓縮機(jī)或膨脹機(jī)用于溫度調(diào)節(jié)，這樣也會(huì)導(dǎo)致能耗較高，投資變高。因此，我國的煤制甲醇生產(chǎn)企業(yè)在運(yùn)用碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項(xiàng)目時(shí)，必須根據(jù)自身的實(shí)際情況，科學(xué)選擇制冷工藝路線，以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高自身的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

綜上所述，碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項(xiàng)目是甲醇生產(chǎn)的重要方式，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)在運(yùn)用這種生產(chǎn)工藝時(shí)，必須根據(jù)自身的實(shí)際情況，科學(xué)選擇煤氣精制與制冷工藝路線，以有效控制甲醇的生產(chǎn)成本，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，從而提高自身的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)自身的健康、可持續(xù)發(fā)展。

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