煤制甲醇合成工藝設(shè)備的選型研究

武錦波

摘 要：甲醇在很多領(lǐng)域均能代替石油的功能，近些年來，甲醇日益受到人們的青睞，本文就如何選擇煤制甲醇設(shè)備展開論述，首先介紹了煤制甲醇的工藝流程及其重要性，然后指出了現(xiàn)階段設(shè)備選擇方面存在的弊端，最后給出了如何正確選擇煤制甲醇的工藝設(shè)備。旨在為煤制甲醇的設(shè)備選擇提供一定的參考意見，保障人們對(duì)甲醇的使用需求量。

關(guān)鍵詞：煤制甲醇;工藝設(shè)備;選型

在現(xiàn)階段，我國(guó)獲取甲醇的主要途徑就是煤制甲醇，然而甲醇的合成與使用均存在一定的危險(xiǎn)性，因此，在煤制甲醇工藝設(shè)備的選取上我們應(yīng)該慎重。就我國(guó)現(xiàn)狀而言，煤制甲醇設(shè)備選擇上主要存在以下兩種弊端：一是選擇的盲目性，這會(huì)對(duì)以后的生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，二是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的考慮存在缺失。本文立足于次，將會(huì)詳細(xì)介紹如何正確選擇煤制甲醇的設(shè)備。

1 煤制甲醇的生產(chǎn)流程

1.1 煤的氣化

所謂煤氣化，實(shí)際上就是指煤在一定的溫度與壓力條件下，通過氣化綜合作用而出現(xiàn)多種氣體的技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)⒓訜岬乃魵馀c煤層進(jìn)行綜合反映，進(jìn)而得到氫氣與一氧化碳的復(fù)合氣體，該反映整體屬于吸熱反映，所以對(duì)于溫度的敏感度主要以高推動(dòng)反應(yīng)的方向進(jìn)行。在整個(gè)制備過程中，需要設(shè)置一定的科學(xué)比例，氫氣、一氧化碳的比例為2.2左右，可以采取水吸收技術(shù)對(duì)多余的二氧化碳進(jìn)行吸收。

1.2 甲醇的合成

甲醇合成技術(shù)同樣屬于可逆反正，其在反應(yīng)過程中具有多種副反應(yīng)類型，為了獲得更多的產(chǎn)品，需要對(duì)副反應(yīng)的類型進(jìn)行科學(xué)抑制，最佳的途徑是通過溫度控制的方式來促進(jìn)正反應(yīng)的發(fā)生。采取催化劑可以有效降低反應(yīng)產(chǎn)生的活化能，在側(cè)面提升反應(yīng)的整體效率。值得注意的是，在甲醇合成過程中存在積碳的可能性，所以需要避免氫氣過量的問題，最好可以將比例控制在3.0以內(nèi)。

2 煤氣化技術(shù)分析對(duì)比

2.1 固定床氣化技術(shù)

固定床氣化技術(shù)作為工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最早的煤氣化技術(shù)，其最早是德國(guó)的魯奇公司發(fā)明并推廣使用的，固定床氣化生產(chǎn)技術(shù)在構(gòu)成氣的環(huán)節(jié)存在組分復(fù)雜度較高的問題，同時(shí)其生產(chǎn)穩(wěn)定性較差，所以隨著行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，該技術(shù)逐步被淘汰，目前使用的企業(yè)越來越少。

2.2 流化床氣化技術(shù)

流化床氣化技術(shù)又被稱之為沸騰床氣化技術(shù)，該技術(shù)的主要特征在于小顆粒碎煤的應(yīng)用，由于能夠利用褐煤來達(dá)到劣質(zhì)煤的處理，能夠?qū)饣瘎┲苯铀腿氲綘t內(nèi)，所以可以保持沸騰氣化狀態(tài)。目前，我國(guó)的流化床氣化技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，通過技術(shù)升級(jí)與引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)技術(shù)的突破與發(fā)展。

2.3 氣流床氣化技術(shù)

氣流床氣化技術(shù)是一種通過氣化劑實(shí)現(xiàn)煤粉、煤漿科學(xué)應(yīng)用的技術(shù)，該技術(shù)能夠借助于噴嘴來達(dá)到氣化爐內(nèi)部處理的效果，可以產(chǎn)生大量的一氧化碳與氫氣合成氣體。由于氣流床本身具有溫度穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，所以相比于流化床具有更強(qiáng)的生產(chǎn)適應(yīng)性，同時(shí)采取了氣流床氣化技術(shù)后，產(chǎn)品質(zhì)量更為穩(wěn)定，所以該技術(shù)在生產(chǎn)中具有很好的應(yīng)用前景。對(duì)比上述三種氣化技術(shù)，其各自存在不同的優(yōu)勢(shì)。其中，固定床氣化技術(shù)在設(shè)備的投資方面優(yōu)勢(shì)明顯，能耗低、投資少，但是由于處理量較小，所以只能夠適應(yīng)小規(guī)模的生產(chǎn)需求。相比于該技術(shù)，流化床在應(yīng)用規(guī)模上更適應(yīng)于大規(guī)模的生產(chǎn)，盡管投資成本較高，但是回報(bào)也會(huì)相應(yīng)的增加。最后的氣流床技術(shù)能夠滿足常規(guī)生產(chǎn)的同時(shí)，解決碳轉(zhuǎn)化率不高的問題，所以作為現(xiàn)代化煤氣化生產(chǎn)中的主要技術(shù)趨勢(shì)，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)最大。

3 氣流床煤氣化的選擇

3.1 干粉氣流床

干粉氣流化床技術(shù)中最具有代表性的就是德國(guó)的GSP技術(shù)以及Shell技術(shù)。Shell煤氣化采取了加壓氣流處理的技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)⒃毫６冗M(jìn)行粉碎處理，經(jīng)過干燥后進(jìn)入到煤倉(cāng)的內(nèi)部，可以通過噴嘴對(duì)稱分布的方式來輕易達(dá)到反應(yīng)溫度的控制要求。GSP技術(shù)作為德國(guó)最先開發(fā)的技術(shù)，其能夠采用局部激冷處理的方式來達(dá)到熱回收的效果，所以能源穩(wěn)定性更高，下圖1為干粉氣流床工藝流程圖。

3.2 水煤漿氣流床

水煤漿氣流床技術(shù)中，LGTI氣化技術(shù)是應(yīng)用較為普遍的技術(shù)。該技術(shù)由美國(guó)最早完成開發(fā)，煤塊經(jīng)過磨制后，可將氧氣與氣化爐的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行分離，這樣就可以達(dá)到激冷處理的效果。

3.3 氣流床煤氣化選擇

氣流床的煤氣化主要包括上述提到的三種技術(shù)，對(duì)比后進(jìn)行選擇需要考慮到多個(gè)方面的因素與問題。德士古煤氣化處理技術(shù)對(duì)于設(shè)備的要求不高，所以無(wú)論是大規(guī)模生產(chǎn)還是中小型生產(chǎn)都可以應(yīng)用。Shell氣化轉(zhuǎn)化率較高，碳轉(zhuǎn)化率高，同時(shí)能源的適應(yīng)性不錯(cuò)，對(duì)于一些新投建的企業(yè)具有很強(qiáng)的吸引力。GSP在氣化爐的壽命上具有不小的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)前期投資成本不算高，還能夠兼顧生產(chǎn)與效益的穩(wěn)定性關(guān)系，所以在國(guó)內(nèi)推廣成果良好。

4 甲醇合成塔的選擇

4.1 水管式

為了提升換熱效果，采取傳熱管內(nèi)部走水的方式可以有效解決剩余熱量浪費(fèi)的問題。除此之外，水管式合成塔能夠副產(chǎn)大量的蒸汽，所以在實(shí)際生產(chǎn)中屬于穩(wěn)定性兼顧生產(chǎn)效益的合成塔類型。目前，水管式甲醇合成塔在國(guó)內(nèi)應(yīng)用十分普遍，通過水管徑向合成的方式可以很好的滿足日常生產(chǎn)的要求。

4.2 固定管板式

固定管板合成塔是一種內(nèi)部填充催化劑的合成塔，該合成塔換熱總量較高，同時(shí)采取了逆流換熱的技術(shù)，所以能夠同時(shí)解決熱水、冷氣產(chǎn)生的問題，不但轉(zhuǎn)化率較高，同時(shí)能耗也可以得到合理的控制。不過，在實(shí)際應(yīng)用過程中該類型的換熱設(shè)備也存在明顯的缺陷，主要表現(xiàn)在造價(jià)較高、生產(chǎn)能力有限。另外，本身結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，所以實(shí)際使用起來一旦出現(xiàn)故障與損壞，維修的難度較高，后期維護(hù)的成本也較高，裝卸難度較大等等，這些因素限制了該類型合成塔的應(yīng)用規(guī)模。

4.3 多床內(nèi)換熱式

多床內(nèi)換熱式合成塔是基于氨合成塔升級(jí)改造而來的合成塔技術(shù)，該塔在內(nèi)部設(shè)置了專門的催化換熱結(jié)構(gòu)，通過中央軸向設(shè)置換熱裝置的方式來達(dá)到合理軸向排布的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)多種催化床的相互隔離。在換熱器的使用過程中，各個(gè)催化創(chuàng)與換熱裝置都可以經(jīng)過導(dǎo)流結(jié)構(gòu)來確保氣流的通暢度。相比于其他類型的合成塔，該類型的合成塔能夠提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以轉(zhuǎn)化率達(dá)標(biāo)的情況下能夠節(jié)約大量的成本，能夠很好的適應(yīng)于各種生產(chǎn)環(huán)境與需求。不過，由于反應(yīng)熱的結(jié)構(gòu)環(huán)境問題，不能夠直接作為副產(chǎn)中壓蒸汽的供應(yīng)源。

根據(jù)上述分析對(duì)比來看，冷管合成塔在產(chǎn)品產(chǎn)出率方面較低，生產(chǎn)能力限制了該技術(shù)的應(yīng)用，所以只能夠適應(yīng)小規(guī)模的生產(chǎn)。列管式合成塔本身造價(jià)比較昂貴，所以國(guó)內(nèi)投資使用的企業(yè)也比較少，相比之下，水管式合成塔、固定管板合成塔技術(shù)成熟度較高，應(yīng)用的效果較好，所以受到國(guó)內(nèi)廠家的青睞與認(rèn)可。

5 總結(jié)

綜上所述，為了能夠更好地選擇煤制甲醇合成工藝的設(shè)備，我們應(yīng)該避免盲目的選擇，同時(shí)要考慮到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，根據(jù)實(shí)際情況選擇正確的合成塔，主要有三種，一是水管式合成塔，二是多床內(nèi)熱式合成塔，三是固定管板列管合成塔，除此之外，我們還要加強(qiáng)相關(guān)政策的引導(dǎo)力度，加強(qiáng)煤制甲醇各種裝置的研究與開發(fā)，促進(jìn)煤制甲醇合成工藝設(shè)備的日益完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉晨.煤制甲醇系統(tǒng)中間換熱器設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J].中國(guó)設(shè)備工程，2020（04）：98-100.