关于煤制甲醇生产工艺的研究

关于煤制甲醇生产工艺的研究

朱耀儒

身份证号码： 6222011992****871X

摘要：煤和焦炭是甲醇生产过程中必不可少的燃料之一。煤和焦炭制甲醇工艺路线的主要内容是:首先煤和焦炭气化，然后脱硫、转化、脱碳，最后合成甲醇产品并提纯。

关键词：煤制甲醇；生产工艺；三废

1煤制甲醇工艺

1.1煤制甲醇的工艺原理

煤制甲醇的原理如下：煤炭所提供的碳元素和水蒸气提供的化合物水在催化剂Fe3O4在高温高压的反应条件下发生了氧化还原反应，反应产物主要是一氧化碳和氢气，通过对产物进行进一步的提纯。提纯后的氢气和一氧化碳在350℃、20MPa的温度和压力下合成甲醇，其中氢气和一氧化碳的比例控制在2∶1左右为最好，最后对产物甲醇进行精馏提纯，确保其纯度达到标准要求。反应原理如下：

1.2煤制甲醇的工艺流程

根据以上煤制甲醇的反应原理可知，煤制甲醇的工艺过程主要包括煤炭的气化工艺、对初级产物一氧化碳和氢气的提纯、甲醇的合成及提纯。

第一，煤炭的气化工艺在高温、高压的条件下将煤炭和水制成浆料，随着温度的升高而逐渐气化，进而发生第一步氧化还原反应生成了初级产物。

第二，初级产物经过多次的提纯与净化处理，直到其纯度达到生产要求。

第三，提纯后的一氧化碳和氢气在一定的温度和压力下发生化合反应生成甲醇，在此阶段需要注意控制反应物的添加比例，尽可能地将其全部转化成甲醇。第四，将生成的甲醇在精馏塔中通过高压、蒸馏处理，控制甲醇的纯度达到相关要求。

1.3煤制甲醇的工艺特点

煤和焦炭是原料气的生产原料，其组分中含有的碳、氢比较低，因此气体经过脱硫后还要经过多次反应，最终生成二氧化碳与氢气，在经过脱碳反应去除部分过量的二氧化碳，在经过压缩、合成和提纯后即制的甲醇。甲醇是一种非常重要的中间产物，其用途较广，甲醇经过氧化反应能够生成甲醛、氨化处理后制的甲胺、羧基化后能够制的醋酸、二甲醚、甲酸甲酯等，此外还可以直接作为燃料使用，因此，各行业对于甲醇的需求量在逐年提升；于此同时，由于我国生产燃煤，为煤制甲醇提供了良好的机会，极大的促进了煤制甲醇的发展。但是，受多种因素的限制，目前我国煤制甲醇工艺还存在一些有待完善的地方，不仅影响到煤制甲醇的正常生产工艺，还对环境等领域造成了不利影响。

2煤气化技术与应用

2.1固定床气化工艺

当以碎煤作为煤气化的原料时，煤与氧化剂之间处于逆流接触的状态。固定床气化工艺中鲁奇移动床加压气化最为先进，该工艺具有以下优势：对于碎煤的质量要求不高、加压气化的生产效率高、氧气消耗少、反应温度低、碳利用率高、气化效率高等。当然，该工艺在某些方面也有待提高，如气化的强度低，气-固的逆流换热中产生的粗煤气含有较多的杂质，如酚类、焦油等成分，延长了净化的过程，同时也在一定程度上增加了经济成本，限制了该工艺的广泛应用。

2.2流化床气化工艺

流化床气化工艺的代表是WINKLER（温克勒）炉，该工艺的原料一般选择细粒煤，在反应炉内部气化剂的作用下，将煤粒进入流化的状态，其气体组分和流动情况都处于动态平衡的状态形成了均匀、稳定的水煤气，带有细粒煤的粗煤气可以通过气化炉进行排出，经过旋风分离器时会将粗煤气中的较大的煤粒分离出并送回气化炉内重新参与反应，分离处理后的煤气经过废热回收系统后流入水洗塔进行冷却和除尘处理，该工艺生产的煤气虽然不含焦油，但是却含有较多的飞灰杂质，并且很难去除干净。

2.3气流床气化工艺

著名的德士古炉、K-T炉、壳牌炉、GSP工艺都属于流化床气化工艺，该工艺是以粉质煤作为工艺原料，粉煤在气化剂的携带下进入反应炉内并流气化，该工艺的反应区位于高温火焰处进行。气流床气化工艺在煤种选择范围广、工艺可操作性强、合成气的质量高、合成气的用途广范、环境污染小等突出优势；但是，该工艺同时也存在以下几点缺点：高温气化造成灰渣很容易排出；选择的煤灰熔点要控制在1300℃以下；含灰量要控制在10%~15%之间，不然的话要添加CaO或Fe2O3作为助熔剂，增加了额外的成本。除此之外，由于高温气化炉经常处于高温状态下，其耐火材料和喷嘴的寿命一般都比较短且价格较高，再加上高温含氧量也增加，进一步增加了煤气的生产成本。虽然，该工艺生产的煤气中焦油、酚类含量较低，非常符合可持续发展的需求，但是，其较高的生产成本制约了其广泛应用。

3煤制甲醇三废处理优化措施

3.1处理制造期间产生的污染问题

第一应该要从对“污染源”进行管控开始，主要包括各种污染的产生来源，要对污染进行防控就应该从源头的控制入手。而对煤制甲醇工艺而言，占比最多的“污染源”指的就是原料煤，所以有关单位需要增加对环保技术的投入，从煤的生产过程入手，把低碳环保的元素加入到其中，减少煤发生化学反应时产生的不可再利用垃圾污染；加强对环保工艺的研究，优化煤制甲醇时对煤炭的处理方式以及严格控制煤制甲醇时污染物的排放。这样才能从根本上减少煤制甲醇过程之中产生的污染，才能最大可能性的推进生态保护工程的建设与完善，促进煤制甲醇工艺的进一步发展和推广。

3.2减少生产成本

有关政府部门需要进一步重视煤制甲醇工艺的发展，同时科学的调配与规划以煤制甲醇工艺为发展要点的企业相关资金投入情况，进而加大对资金的合理利用与控制人员的培训成本；招聘大量的专业人才，创建恰当的资金管理机制，对煤制甲醇工艺成本进行管控；在社会生活期间增加资金有关的专业知识推广，深入了解社会的各个层面。其次，煤制甲醇企业还应该跟随时代的脚步，采取资金管理措施，积极配合政府制度，以创造出与该企业更相符的发展条件。同时，技术人员需要尽量找到能够替代煤原料的产品，研究出可以最大化提纯甲醇的材料，彻底的减少制甲醇的工艺成本；还能在环境保护方面，重视实验变量，找出多种反应模式，采用利益最大化，最易实现的一种进行推广，进一步减少煤制甲醇成本，优化资金问题。

3.3强化废水的循环利用

煤制甲醇工艺通常都会存在形式各样的差异，所以形成的污染物类别与数量也大相径庭。大多数煤制甲醇企业都应该强化对废水的循环利用，并且还应该降低污水处理期间的处理荷载量，从而达到反复使用水资源的目的。在部分工艺中设置了预处理等功能系统，首先实施内部消化，再进行外部处理。由于在煤浆气化期间安装了灰水处理装置，对大部分的灰水进行过滤处理后回收，仅有少数的污水在处理后形成黑水。再对该气体的冷凝系统实施更改，并当作气体洗涤水，通过低温甲醇对废液与废水进行洗涤，再将其从精馏塔发送至水制浆中为碳源的浆料做准备。要达到相应的国家排放与环保标准，通常会在大规模的煤制甲醇厂中设置电厂，还会制造设备以处理蒸汽锅中的燃煤烟气。存在于烟气当中的废气污染杂质通常包含二氧化硫、氮氧化物与烟尘等，要降低烟气的排放量，通常需要运用脱硫效率≥90%的石灰石—石膏法烟气脱硫法。可以运用静电除尘装置与高袋式除尘装置去除灰质，以实现对空气中烟量进行降低的效果，并且要想降低氮气的排放量，还能运用低氮燃烧的相关技术。

结束语

目前，煤制甲醇生产工艺虽然已经相对发展成熟，但仍存在投资大、环境污染等问题，为了提高煤制甲醇合成工艺的收率，改善我国的能源供应结构，可以结合智能完善煤甲醇合成技术，从而提高煤甲醇合成工艺的经济效益和环境效益。

参考文献

[1]李晋睿.煤制甲醇工艺问题的分析与研究[J].科学与信息化，2020(05):99.

[2]吴宏伟.煤制甲醇生产工艺技术研究[J].化学工程与装备，2017(09):50-52.