朱建力
(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037003)
煤制甲醇合成工艺设备的选型分析
朱建力
(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037003)
介绍了煤制甲醇合成工艺流程及其主要特点，对煤制甲醇过程中的煤气化技术进行比较分析，探讨了气流床煤气化技术以及甲醇合成塔的选择。
煤;甲醇;煤制甲醇;合成工艺;设备选型
引言甲醇是一种无色、透明、易燃、有毒的液体，为现阶段我国一种重要的有机化工原料和燃料，可以被应用于制造甲醛、硫酸二甲酯等多种有机产品，同时也是农药、医药等行业的重要原料之一，具有十分重要的作用。随着科学技术的发展，利用石油、天然气、煤炭等都可以用来制作甲醇。其中，煤制甲醇由于自身所存在的一系列优点，受到了研究人员的重视。本文主要针对煤制甲醇合成工艺设备的选型进行研究分析。
1 煤制甲醇合成工艺流程煤是制造甲醇的主要固体原料，其制作工艺路线主要包括燃料的气化，气体的脱硫、转变、脱碳以及甲醇的合成与精制等。其工艺流程如图1所示。
图1 煤制甲醇工艺流程图
煤制甲醇合成工艺主要包括以下2个关键的环节［1］:
1)煤的气化。煤的气化是指在进行煤制甲醇的过程中，将煤置于一定的温度与压力下，使之与气化剂发生作用，产生气体。
相关反应如式(1)～(3)。
3个反应全部属于吸热反应。因此，当升高温度时，3个反应均向正方向移动。在实际操作中，一般采取向气化炉中通空气的方法，促使该反应顺利高效地进行。
2)甲醇的合成。CO与H2合成甲醇的反应总体来说是可逆的，如反应式(4)和(5)。
但是，在进行甲醇合成的过程中，会发生一系列副反应，产生一些杂质。因此，在实际操作中，为了获取更多的甲醇，可以使用合适的催化剂来促进其反应的进行。同时，通过将温度控制在300℃ ～400℃等方法来提高该反应的反应速率。
2 煤气化技术比较煤制甲醇中的煤气化按照气化炉的形式可分为:1)固定床气化。固定床气化由德国研发。随着科学技术的不断发展进步，其自身所存在的生产能力低、合成气组成复杂等一系列缺点，已不能满足现阶段煤制甲醇工艺的相关需求，并逐渐走向淘汰［2］。2)流化床气化。直接运用小颗粒的碎煤作为主要原料，通过与气化剂结合，进行气化反应。3)气流床气化。主要是将携带有煤粉或者煤浆的气化剂送入到气化炉之中，使之在高温条件下产生CO和H2气体。气流床能够有效弥补流化床所存在的种种不足，具有气化温度高、强度大等一系列优点，受到了现阶段我国相关企业的欢迎。
3种煤气化工艺各有优点与不足，固定床气化虽然具有设备简单、费用较低、能耗较小等一系列优点，但同时具有处理量小、影响周围环境等缺点。因此，不适合大型的煤制甲醇;流化床气化对煤种提出了极高的要求，同时还存在着气化温度低、处理量小、碳转化率低等缺点［3］;气流床气化可以提高操作温度，提升反应效率，使碳的转化率达到99%，但其能耗与投资较大。通过比对发现，气流床气化技术是进行煤气化的首选技术。
3 气流床煤气化选择现阶段，我国气流床煤气化中的干粉气流床主要包括:1)Shell煤气化工艺。该工艺是一种加压气流床粉煤气化工艺，通过将粉碎的原煤送入干燥的煤仓，使之与汽化气在1 400℃以上的温度中进行反应，属于废热锅炉流程。2)GSP煤气化工艺。主要采用局部激冷或者完全激冷的方式，将煤气与熔渣从气化炉的底部导入到激冷室中，对其进行冷却。同时，将液渣以固体颗粒的形式排出，属于激冷式热回收流程。3)Prenflo煤气化技术。其与Shell气化技术具有一定的相似之处，要求粉煤的粒度为0.075 mm，操作压力处于3.6 MPa～4.2 MPa，以N2作为主要载体，可以降低煤气的含尘量，并减少能量的消耗。
在大型甲醇煤气化工艺中，GSP煤气化工艺由于其自身所存在的一系列优点而被广泛运用于煤制甲醇工艺中。
4 甲醇合成塔选择现阶段，甲醇合成塔主要包括:1)水管式合成塔。此种塔型在国内外使用较为普遍，不仅能够将反应过程中产生的过剩能量移走，而且能产生中压蒸汽，是一种比较理想的塔型。2)固定管板列管合成塔。此种塔型不同于水管式合成塔，主要采用逆流换热技术，同时加入热水及冷气，在提高反应效率的基础上降低能源的损耗。但是，受自身设备直径与管长的限制，单个合成塔的生产能力有限，需要多个合成塔共同作用。3)多床式合成塔。此种合成塔是通过对氨合成塔进行技术改进而得到的，可进行催化剂的装填。同时，多床式合成塔设置有换热结构，具有结构简单、造价低廉、转化效率高等一系列优点。
对比分析可以发现，水管式合成塔、固定管板列管合成塔以及多床式合成塔各有优势与不足，相关企业在进行煤制甲醇的过程中应根据自身实际情况，选择最适合的甲醇合成塔。
5 结语煤制甲醇技术所拥有的一系列优点，使之成为国内最为经济的甲醇获取途径，受到了人们的关注。通过对煤气化的固定床气化工艺、流化床气化工艺以及气流床气化工艺对比分析发现，气流床气化工艺最适合大型的煤制甲醇;对气流床煤气化中的干粉煤气化进行研究分析发现，GSP煤气化工艺最适合运用于煤制甲醇中;对水管式合成塔、多床内换热式合成塔以及固定管板列管合成塔3种甲醇合成塔进行研究分析发现，各具特点，需要根据自身情况对其进行选择，才能保证煤制甲醇工艺的顺利、高效进行。
［1］吴军.关于煤制甲醇工艺设备及能耗的几点分析［J］.煤炭技术，2013，32(10):213－215.
［2］ 迟伟.煤制甲醇工艺论析［J］.煤炭加工与综合利用，2014(4):33－35.
［3］王乐乐，魏国强.煤制甲醇工艺设备及能耗分析［J］.化工管理，2016(5):158.
Analysis of the selection of equipment for the synthesis of methanol from coal
ZHU Jianli
(Datong Guangfa Chemical Industry Co.，Ltd.，Datong Shanxi 037003，China)
This paper introduces the process flow and main characteristics of coal－to－methanol synthesis，compares and analyses the technology of coal gasification in the process of coal gasification，and discusses the technology of entrained－flow coal gasification and the selection of methanol synthesis tower.
coal;methanol;coal－to－methanol;synthesis process;equipment selection
TQ54;TQ223.1;TQ05
A
1004－7050(2016)06－0093－02
10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.29
2016－09－14
朱建力，男，1987年出生，2011年毕业于东北石油大学，学士学位，助理工程师。研究方向:化工机械。
