甲醇不仅是重要的化工原料,也是洁净燃料。发展大型煤制甲醇,并加工为烯烃和替代燃料,以煤代替石油,是国家能源安全的需要,也是化学工业高速发展的需要。随着煤气化技术,甲醇合成技术和设备、机械加工技术的进步,甲醇的装置规模均在2000~3000t/d,最大已达7000t/d。
大型化甲醇与国内的联醇、中小型甲醇有很大的差别,在工艺选择时,必需考虑如下问题:(1)低能耗,低三废排放;(2)有高的可靠性,安全性,能长周期运行;(3)具有高的自动化水平;(4)要考虑有合理、高效的蒸汽动力系统,最好能考虑循环经济。
1 煤制大型甲醇的典型流程
由煤经煤气化制取合成气,再由合成气在铜基催化剂条件下合成甲醇的典型流程见图1。
煤与空分的氧气在煤气化炉内制得高CO含量的粗煤气,经高温变换将CO变换为H2来实现甲醇合成时所需的氢碳比,再经净化工序将多余的CO2和硫化物脱除后即是甲醇合成气。由于煤制甲醇碳多氢少,必需从合成弛放气中回收氢来降低煤耗和能耗。回收的氢气与净化后的甲醇合成气配得甲醇所需的合成气,即(H2-CO2)/(CO+CO2)=2.00~2.05。甲醇合成的含水粗甲醇最后精制得产品甲醇。上述八个工序中的气化和合成是二个决定性的工序工艺。而空分、压缩和氢回收属于成熟的成套工艺包,直接选用即可。其余的如变换净化及精馏均为常规设计。
2 煤气化技术路线的选择
2.1 煤气化的分类
煤气化通常是按气化炉的形式来划分(图2),主要有三大类(也有资料将熔融床计入分四类)。
2.2 大型装置推荐选用气流床煤气化
2.2.1 固定床气化
对于大型煤制甲醇装置,虽然常压固定床投资低,但其必须使用块煤,碳转化率低、能耗高、气化强度低、污水含焦油和酚,处理复杂;而加压鲁奇炉甲烷含量太高,一般不宜选用。
2.2.2 流化床气化
较好的流化床气化炉,都使炉膛内的物料和飞灰返回炉膛再燃烧。具有对煤种适应性较强,燃烧效率较高,对环保压力较小的优点。自20世纪70年代以来有较大的发展,我国也引进了美国能源部开发的U-Gas炉。在此基础上还开发了常压的灰熔....