煤制甲醇工藝論析

煤制甲醇工藝論析遲偉1高玉安2陜西東鑫垣化工有限公司陜 西省榆林市719000摘要:石油、煤炭?jì)纱螽a(chǎn)業(yè)屬于經(jīng)濟運行的主要血脈，由這兩者轉化成的一些化工產(chǎn)品在目前的社會(huì )生活中有著(zhù)重要的意義。由于目前我國的石油資源出現短缺的現狀，主要是依靠大量的進(jìn)口，而煤炭?jì)π盍肯鄬ωS富，使得煤化工發(fā)展有了.原料保障。因此，大量開(kāi)展煤化工工藝技術(shù)是非常必要的，同時(shí)，也是-一個(gè)值得研究的話(huà)題。本文就煤制甲醇工藝以及合成塔等關(guān)鍵設備的選型進(jìn)行闡述，以供參考。關(guān)鍵詞:煤制甲醇;相對密度法;合成塔中圖分類(lèi)號: Q946文獻標識碼: A引言甲醇既是一種重要的有機化工原料，也是一種重要的有機溶劑。由甲醇生產(chǎn)的化工產(chǎn)品達數百種，廣泛用于塑料、合成纖維、合成橡膠、染料、涂料、香料、醫藥和農藥等行業(yè)，在發(fā)達國家其產(chǎn)量?jì)H次于乙烯、丙烯和苯,居第四位。如今,基于國際形勢以及石油資源的緊缺，由煤炭為原料生產(chǎn)甲醇,得到了大力的發(fā)展。一、我國煤化工產(chǎn)品的發(fā)展現狀煤化工主要是以煤作為主要的原料，經(jīng)過(guò)-定的化學(xué)過(guò)程進(jìn)行轉化為- -定的液體(煤制油)、氣體(煤制合成天然氣)以及化學(xué)品(煤制甲醇、二甲醚、烯烴等)，目前作為石油能源的一些替代產(chǎn)品比如:煤制油、煤制烯烴、煤制二甲醚等產(chǎn)品已經(jīng)成為煤化工主要的產(chǎn)品,針對發(fā)展有著(zhù)很大的幫助，對于煤制油而言，對于資金和技術(shù)有著(zhù)較高的要求，還存在著(zhù)嚴重的資源浪費的現象，因此, .國家相對于煤制油這一項目有著(zhù)嚴格的要求。相對于煤制烯烴而言，存在著(zhù)生產(chǎn)流程長(cháng)、流程工藝繁雜等現象，所以存在發(fā)展緩慢的現象。以甲醇為合成原料的代表主要是煤制二甲醚和煤制天然氣，由于煤制二甲醚的所需資金少,見(jiàn)效的時(shí)間較快，因此得到了很好的發(fā)展。但是，目前，我國出現液化天然氣價(jià)格不斷上漲的現象，隨之有關(guān)的一-些煤制合成天然氣項目也在不斷的增多，由于煤制天然氣主要是由甲烷轉換而成的，我國目前還沒(méi)有出現完整的自制甲烷化技術(shù)，--些關(guān)鍵的技術(shù)目前還需從國外大量的引進(jìn)，因此，在-定的程度上嚴重制約著(zhù)煤制合成天然氣的發(fā)展。二、煤制甲醇工藝流程甲醇是最簡(jiǎn)單的飽和醇，其工藝流程大致如下:(一)、氣化將原料煤加水連同空分送來(lái)的高壓氧，在氣化爐中發(fā)生反應生成CO、H、CO2、H0和少量CH、HS等氣體。本工藝流程一般配置空分裝置; 在煤氣化過(guò)程中，有時(shí)要用高壓C0,載體輸送煤粉進(jìn)氣化爐。在氣化爐中煤漿與氧發(fā)生如下主要化學(xué)反應:CmHnSr+m/202-→mC0+ (n/2-r) H2 + rH2SC0+H20→H2+CO2氣化反應在氣化爐反應段瞬間完成，生成CO、H2、 CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。離開(kāi)氣化爐反應段的熱氣體和熔渣進(jìn)入激冷室水浴，被水淬冷后溫度降低并被水蒸氣飽和后出氣化爐;氣體經(jīng)文丘里洗滌器、碳洗塔洗滌除塵冷卻后送至變換工段。(二)、變換由于氣化工段H2含量不足，所以在本工段將氣體中的CO部分變換成H2。主要化學(xué)反應為:CO+H2O-→H2+ CO2(三)、低溫甲醇洗本工段采用低溫甲醇洗工藝脫除變換氣中CO2、全部硫化物、其他雜質(zhì)和H2O。主要包括吸收系統、溶液再生系統和壓縮制冷系統。(四)、甲醇合成及精餾經(jīng)甲醇洗脫硫脫碳凈化后的合成氣,經(jīng)過(guò)甲醇合成氣壓縮機壓縮后進(jìn)入反應器進(jìn)行甲醇合成，CO和H2在Cu系催化劑作用下，合成粗甲醇，粗甲醇從甲醇分離器底部排出，經(jīng)甲醇膨脹槽減壓釋放出溶解氣后送往甲醇精餾工段制得精甲醇。(五)、空分裝置煤氣化需要空分裝置的氧氣，空分裝置主要包括分子篩凈化空氣、空氣增壓、氧氣和氮氣內1外壓縮流程等。原料空氣自吸入口吸入，經(jīng)空氣過(guò)濾器除去灰塵及其他機械雜質(zhì)。過(guò)濾后的空氣進(jìn)入離心式空壓機經(jīng)壓縮機壓縮到約0.57MPa(A)，然后進(jìn)入空氣冷卻塔冷卻。經(jīng)空冷塔冷卻后的空氣進(jìn)入切換使用的分子篩純化器，空氣中的二氧化碳、碳氫化合物和水分被吸附。凈化后的空氣抽出一小部分，作為儀表空氣和工廠(chǎng)空氣。其余空氣借助空氣增壓機及膨脹機等設備，在換熱器和精餾塔內冷卻液化餾分，制得液氧、液氮，然后根據具體工藝需要送至各種場(chǎng)合。三、煤制甲醇中常見(jiàn)檢驗方法以及合成塔設計工藝(一)、煤制甲醇生產(chǎn)過(guò)程中雜醇油中水分含量分析根據對各分析方法的比較和雜醇油的特點(diǎn)、含水量的情況看，卡爾費休方法是次討論的首選方法，該法從各角度看能夠達到快速準確分析雜醇油中的水分。雖然選用了卡爾費休法，但該法還分為兩種，-種是容量法，一種 是庫倫法,選用哪種合適，將在下面進(jìn)行對照比較:(1)卡爾費休容量法:本法所測樣品水分含量在0.1-100%之間，并且測定過(guò)程中外界對反應不存在干擾。(2)卡爾費休庫倫法:本法所測樣品水分含量在0.001-0.1%之間，無(wú)隔膜電極的儀器不能分析含有醛、酮類(lèi)成分的樣品，有隔膜電極的儀器可以分析含有醛、酮成分的樣品，但不能分析電導比較大、含水量大的樣品。.由于雜醇油中的成分較復雜，主要由甲醇、水組成，其中還含有大量的二甲醚、乙醇等高級醇、酯、醛、酮、不飽和烴、酸等組分，據此情況判斷，只有卡爾費休容量法最適合，該法測定的測定范圍滿(mǎn)足雜醇油的情況，也不怕雜醇油中的部分成分的干擾。(二)、甲醇合成塔工藝設計根據甲醇合成的工況要求，合成塔選用立式固定床氣-固相催化反應器。屬于“管殼外冷-絕熱復合型”型列管式反應器。列管內填充N(xiāo)C306型銅系催化劑，當合成氣從合成塔頂部通過(guò)列管進(jìn)入催化劑床層后，在壓力為5.0~8.2MPa.溫度為220~265C下的工藝條件下，CO、CO2與H2參與合成反應，反應的產(chǎn)物主要是甲醇和水，此外還含有微量副產(chǎn)物等有機雜質(zhì)。甲醇合成過(guò)程中主要有三個(gè)反應同時(shí)進(jìn)行，總體來(lái)講屬于放熱的化學(xué)反應，化學(xué)反應如下CO+2H2.CH3OH△H298= - 90.8KJmolCO2+3H2→CH3OH+H2O△H298= - 49.8 KJmolCO2+H2.CO+H2O△H298= + 41.5 KJmol為保證反應的平穩進(jìn)行，反應熱主要經(jīng)過(guò)列管式反應器的殼程內的沸騰水移走。1、甲醇合成塔物性參數的確定根據煤制甲醇生產(chǎn)工藝條件，甲醇合成塔為列管式反應器，由于甲醇合成過(guò)程屬于放熱過(guò)程，反應過(guò)程需將熱量移出，用殼層水吸熱，產(chǎn)生蒸汽，控制蒸汽壓力從而控制合成塔溫度，一般壓力控制在2.3~4.0Mpa 溫度相應為230~260°C，其物性參數如下:水的汽化熱γ 0為28855J/mol;粘度η 0為0.010Pa;熱導率λ 0為0.590W/(m●k);表面張力σ 0為25.355kg/m3,比熱容Cp0為5. 126kJ/(kg●k),液相密度ρ 0為768kg/m3。合成氣主要成分為一-氧化碳和氫氣， 合成氣體的平均密度ρ為6.734kg/m3，比熱容Cpi 為4.585kJ/(kg.k);熱導率λ i為0.3576W/(m●k);粘度ηi為0.074635Pa●S。2、甲醇合成氣體積流量設計任務(wù)為30萬(wàn)噸/年甲醇合成工藝設計，因目前國內外焦爐煤氣制甲醇合成技術(shù)全部采用低壓合成法，其設計規模多為10~ 20萬(wàn)ta,所以采用兩套設備平行運行生產(chǎn)，每套設備生產(chǎn)任務(wù)為15萬(wàn)噸/年，開(kāi)工時(shí)間定為330天，采用連續生產(chǎn)操作。甲醇的質(zhì)量流量qm(CH3OH)(按甲醇回收率為97%計算):qm(CH3OH)=14X 104 X 103/97% : (330X 24)=19525.15kg/h則甲醇的摩爾流量為q(CH3OH)=630kmol/h。3、鍋爐水流量計算取殼程流體的出口氣化率Xe=0.024，則可計算出除氧水的流量qm為:P62148429 x 103q =、= 89742432.00 mol/hYo .X。28855 x 0. 0249m =89742432. 00 x 18 x 103= 448.71 kg/s36004、殼體內折流板和接管的確定為提高傳熱效率，殼程設置折流板，型式采用弓形折流板，為防止形成換熱死區，折流板圓缺高度取殼體直徑的25%，那么去除的高度h為:h=0.25X3000=750mm;折流板間距B確定為:B=0.3D=0.3 X 3000=900mm,折流板數NB為:NB=4000/900- 1=3.4，取NB=5，其間距調整為800mm。合成塔殼程流體進(jìn)出口接管規格的確定,設定管內水的流速為u1=2.5m/s(用4個(gè)進(jìn)管將鍋爐沸騰水導入合成塔)，那么接管內徑尺寸D1就可以計算如下:/4;448.71六44V768D、=== 0.273 mV πU]3.14 x2.5結束語(yǔ)總而言之，煤化工工藝的發(fā)展是多層次的，而且，不同層次之間的表現方法也是存在著(zhù)差別的，進(jìn)行煤化工工藝的發(fā)展--定要進(jìn)行不同層次之間的深度了解以及煤氣化方法的具體運用，只有這樣，才能更好地開(kāi)展煤化工工藝這一技術(shù)。參考文獻[1]祁新萍，煤化工生產(chǎn)技術(shù)[M] .北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012.[2]于春海，徐艷宏.煤制甲醇工藝及項目的可行性分析[J].科技創(chuàng )業(yè)家，2012(13) .