提高甲醇合成氣中有效氣體利用率的探討

顧炳波（甘肅華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司聚丙烯項(xiàng)目籌建處 甘肅 華亭 744100）

一、引言

甲醇是一種非常重要的、用途十分廣泛的有機(jī)化工產(chǎn)品和原料，甲醇作為碳一化工的支柱，可制取各種化工產(chǎn)品[1]。甲醇又是一種很有發(fā)展前途的新型能源燃料，在化工、輕工和清潔能源領(lǐng)域具有廣泛的用途。近幾十年來，國內(nèi)外甲醇下游產(chǎn)品生產(chǎn)工藝和技術(shù)均有新的發(fā)展，其化工綜合利用的發(fā)展勢頭迅猛，現(xiàn)有裝置的生產(chǎn)能力不斷上升，新建和擬建裝置也在不斷增加，因此，合成甲醇的研究和開發(fā)在國內(nèi)外一直受到重視[2-3]。

二、氣化爐的反應(yīng)機(jī)理

1.碳氧間反應(yīng)（也稱為碳的氧化反應(yīng)[5]）

2.碳與水蒸氣反應(yīng)（在一定溫度下）

三、德士古水煤漿氣化爐合成60萬噸甲醇所需的工藝氣量的計(jì)算

以年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬噸(t)甲醇的裝置為例，每年按8000h生產(chǎn)計(jì)，每小時(shí)生產(chǎn)的CH3OH(l)的量為：

600000/8000=75t/h

合成甲醇的主要反應(yīng)在催化劑條件下：

CO(g)+2H2(g)=CH3OH

則生成32g的CH3OH需要的有效氣體量為（合成甲醇所需的氫碳比為2.05-2.15，此處取2.05）

(1+2.05)×22.4=68.32L(CO+H2)

則設(shè)生成75t的甲醇所需的有效氣體量為xm3/h

75000000/32=x/68.32 x=160125m3/h

依據(jù)甲醇合成轉(zhuǎn)化率等條件的影響，實(shí)際進(jìn)甲醇合成塔的有效氣量大約為18萬m3/h，則合成氣體的轉(zhuǎn)化率為89.5%，以18萬m3/h的有效氣體量為準(zhǔn)：

則需CO的量為:180000/3.05=5.9萬m3/h

則需H2的量為：180000×2.05/3.05=12.098萬m3/h

德士古水煤漿氣化爐的工藝氣成分為：CO：41%，CO2：22%，H2：35.5%,CH4等其它為1.5%，合成甲醇的有效氣體成分(CO+H2)占76.5%。設(shè)除水蒸氣外，德士古氣化爐需生成工藝氣的量為ym3/h。

18/76.5%=y/100% y=23.5294萬m3/h

按 CO：41%，CO2：22%，H2：35.5%，其它1.5%計(jì)算，依次對應(yīng)的氣體的量為 CO：9.676萬m3/h，CO2：5.176萬 m3/h，H2：8.378萬m3/h，其它：0.354萬m3/h。

根據(jù)實(shí)際情況，德士古氣化爐中水煤氣中水蒸氣的量占總量的47%，設(shè)水煤氣的總量為zm3/h。

23.6/(100-47)%=z/100% z=44.528萬m3/h

則水蒸氣的量為：44.528-23.6=20.93萬m3/h

實(shí)際所需的H2量為12.098萬m3/h，而氣化爐工藝氣中所含H2量為8.378萬m3/h，缺少的這部分氫氣需通過變換裝置在催化劑條件下制氫來獲取，反應(yīng)方程式為：

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)

通過變換裝置的制氫量為：12.098-8.378=3.72萬m3/h，同時(shí)消耗的CO氣體量為3.72萬m3/h，生產(chǎn)CO2的氣體量為3.72萬m3/h。

四、提高甲醇合成氣中有效氣體利用率的幾種方法：

1.通過保護(hù)合成塔中甲醇合成催化劑的高活性和高選擇性，來提高甲醇合成氣中有效氣體的利用率。

目前工業(yè)合成甲醇廣泛采用Cu-Zn-Al系催化劑，該系催化劑活性高，選擇性好，但對于毒物極為敏感，容易中毒失活，造成合成氣中有效氣體利用率的降低。為保持高活性和高選擇性，合成氣原料應(yīng)該得到充分的凈化。因此在甲醇合成過程中催化劑的性能決定著甲醇的產(chǎn)量[6]。

2.適宜的氫碳比能提高合成氣中有效氣體的利用率。

一般而言，氫碳比控制過低，容易造成合成副反應(yīng)的增多，加速催化劑活性的衰退，還引起了積碳反應(yīng)的發(fā)生；氫碳比控制過高，造成入塔氣的氫碳比偏高，則造成氫氣的積累，惰性氣體的含量增加，使馳放氣量增加，導(dǎo)致合成氣體利用率降低[4]。

[1]劉昌俊.一碳化工產(chǎn)品及其發(fā)展方向[J].化工學(xué)報(bào).2003,54(4):522-528.

[2]門長貴.制取甲醇合成原料氣的煤氣化工藝選擇[J].煤化工.2004.8(4):5～8.

[3]張明輝.大型甲醇技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀評述[J].化學(xué)工業(yè)。2007,25(10):8～12.

[4]趙紹民.合成氣成分對甲醇合成生產(chǎn)的影響[J].煤化工.2003.4(2):41～44.

[5]賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊[M].第四篇,煤炭氣化.化學(xué)工業(yè)出版社.

[6]張春芳，影響甲醇合成產(chǎn)率的因素分析研究[J]，重慶置業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006.03(15)2:127～128

[7]張?jiān)茲?天然氣制氫工藝現(xiàn)狀及發(fā)展[J].廣州化工.2012,40(13):41～42.

[8]戴樂亭.Shell氣化爐以CO2代替N2作為粉煤輸送氣的研究.煤化工.2011.2(1):35～37.