試論碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項目煤氣精制與制冷工藝路線的選擇

王利平

摘 要：甲醇是一種與水完全相溶的無色液體，是結構最為簡單的飽和一元醇，同時也是基本的有機原料之一，被廣泛應用于甲醛和農藥的制作以及有機物的萃取和酒精的變性。其成品通常是由一氧化碳與氫氣反應合成。為了更好地生產甲醇，相關企業必須科學確定煤氣精制與制冷工藝。文章就簡單分析了兩種氣體分離工藝的流程和特點，并探討了三種不同的制冷工藝，希望能對相關企業的甲醇項目煤氣精制與制冷工藝路線選擇提供參考。

關鍵詞：碎煤熔渣氣化;甲醇項目;煤氣精制;制冷工藝

1 碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項目煤氣精制工藝路線分析

碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇，有效氣（H2+CO）的產氣率較高，如果原料質優，有效氣體積分數會達到80%～90%，采用褐煤進行生產，有效氣體積分數也能超過72%，同時還有6%～8%體積分數的甲烷氣合成，具有一定的經濟價值。但甲烷氣的存在，會極大增加后續工藝的能耗，因此，在煤氣精制過程中，必須分離甲烷成分，以保證有效氣（H2+CO）的純度，增強甲醇的合成，同時，這樣還能回收甲烷得到其液化產品LNG。在實際生產中，很多企業在氣體分離環節采用的工藝大都是變壓吸附法與深冷分離法這兩種。

1.1 變壓吸附法

變壓吸附法是利用不同吸附劑對不同沸點的氣體能有選擇地進行吸附，且其吸附量隨著壓力不同而出現顯著變化的原理，利用不同的吸附劑對煤氣精制中的有效氣（H2和CO）與甲烷氣進行有效分離（其工藝流程見圖1）。目前，變壓吸附分離法是我國應用較廣的一種氣體混合物分離法，但大都應用在中小型裝置中。

變壓吸附分離法操作簡單，且操作的彈性較大，能在40%～100%之間隨意調節負荷，且能適應多種組分原料氣的分離，可有效分理出CO、CH4、N2等氣體，而且，分離的氣體純度較高，如CO的純度就能達到99%。

1.2 深冷分離法

深冷分離法也是當前我國比較常用的混合原料氣分離方法，這種混合原料氣分離工藝是將經過凈化處理后的原料氣進行冷凝和精餾，將混合原料氣中的氫氣組分、富一氧化碳組分以及甲烷組分有效分離，然后再將甲醇合成有效氣（H2和CO）送到下一環節進行甲醇的合成，而甲烷組分則送到甲烷液化裝置使之生成LNG產品。其工藝流程見圖2。

相對而言，深冷分離法用到的設備較少，流程也比較簡單，但能處理氣量規模較大的混合原料氣，且生產的過程控制比較穩定，有效組分的損失較小，能耗較低。在實際應用中，甲醇生產企業在運用碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項目煤氣精制過程中，可根據自身的實際情況，合理選擇變壓吸附法或者是深冷分離法，能有效控制成本，提高企業的經濟效益。

2 碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項目制冷工藝路線分析

在碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇的過程中，將甲烷分離出來后需要經過制冷處理才能形成液化LNG產品，因此，相關生產廠家還必須精心選擇制冷工藝。當前，我國常用的制冷工藝主要分為三種，分別是階式制冷液化工藝、混合制冷液化工藝和節流膨脹制冷液化工藝。

2.1 階式制冷液化工藝

階式制冷液化工藝是運用不同的制冷劑提供不同的冷度，逐級進行甲烷的制冷液化。一般來說，該制冷液化工藝的制冷劑通常是由丙烷、乙烯和甲烷三種組成三個制冷循環階段，為甲烷液化提供冷量。在實際運用中，這三種制冷劑提供的制冷溫度分別是-30℃、-90℃和-150℃。甲烷原料氣組分在這三個不同制冷循環階段的冷卻器中逐級冷卻、冷凝，最后液化成為LNG產品。相對而言，這種階式制冷液化工藝制冷系統與液化系統相互獨立，且不同階段制冷劑的成分單一，不會發生相互影響，操作較為簡單，但需要的制冷機組較多，工藝流程相對較長，且對制冷劑的純度要求較高，應用范圍逐漸縮小。

2.2 混合制冷液化工藝

混合制冷液化工藝是在階式制冷液化工藝的基礎上演變而來的，這種制冷液化工藝在制冷的選擇方面大都采用烴類混合物，如N2、C1、C2、C3、C5等來代替傳統階式制冷液化工藝中單一的純組分制冷劑，并根據原料氣的組成和壓力合理設計，利用不同組分混合物中較重的組分先冷凝、較輕組分后冷凝的顯著特點，對混合原料氣依次進行冷凝并分離，然后在采用節流和蒸發的手段，得到不同溫度級別的冷量。混合制冷液化工藝相較于傳統的階式制冷液化工藝，其工藝流程較短，機組較少，因此投資較低。但這種制冷液化工藝較階式制冷液化工藝的能耗要高，而且，對混合制冷劑各組分的配合比要求也極為嚴格，在設計方面需要經過嚴密的計算。

2.3 節流膨脹制冷液化工藝

節流膨脹制冷液化工藝也是LNG產品液化過程中常用的一種制冷工藝，這種制冷液化工藝是運用氮氣循環節流進行等焓膨脹，使其溫度發生變化獲得冷量，從而達到降溫的目的。此外，還可以運用透平膨脹機的制冷循環進行等熵膨脹達到降溫的目的。這種制冷液化工藝流程簡單，便于操作人員的調節，且即已啟動，而且換熱的面積較前兩種更大，復雜程度耕地，但能耗更高，效率也相對較低，且適應性較差。

由上述分析可知，這三種制冷液化工藝各有自身的優勢，也各有自身的不足（見表1），如階式制冷液化工藝的能耗在三中制冷液化工藝中最低，但機組較多，需要的投資較多，而且建設的周期也相對較長，目前應用較少;而節流膨脹制冷液化工藝雖然流程簡單、調節靈活且易于啟動，對于液化能力較小的調峰型液化裝置比較適用，但如果企業產能增加時，需要配備一定量的壓縮機或膨脹機用于溫度調節，這樣也會導致能耗較高，投資變高。因此，我國的煤制甲醇生產企業在運用碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項目時，必須根據自身的實際情況，科學選擇制冷工藝路線，以降低企業的生產成本，提高自身的經濟效益。

3 結束語

綜上所述，碎煤熔渣氣化工藝合成甲醇項目是甲醇生產的重要方式，相關生產企業在運用這種生產工藝時，必須根據自身的實際情況，科學選擇煤氣精制與制冷工藝路線，以有效控制甲醇的生產成本，保證生產的順利進行，從而提高自身的經濟效益，促進自身的健康、可持續發展。

參考文獻：

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