煤制甲醇生产工艺优化与节能减排方法的探讨

煤制甲醇生产工艺优化与节能减排方法的探讨

刘俊清

内蒙古中煤远兴能源化工有限公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017300

摘要：煤制甲醇是一个复杂的化学反应过程，目前的生产工艺与流程存在耗水量大、有害固、气体废物排放多等缺点。在分析某化工企业煤制甲醇生产工艺及特点的基础上，针对存在的工艺及管理问题，提出了相应的优化改进措施。实践表明，煤制甲醇生产工艺优化后，耗水和“三废”排放等问题得到了很大改善，企业的经济效益及环保水平得到很大提高。

关键词：煤制甲醇；生产工艺优化；节能减排

甲醇(CH₃OH)是一种重要的工业原料，是许多重要化工产品如HCHO、CH₃COOH、CH₃NH₂、CH₃Cl和合成橡胶等的合成原料，它有较大的需求量和上下游产业链。此外，甲醇目前被认为是最有可能替代石油的能源产品，这主要是因甲醇具有很高的能量燃烧值，可与汽油按任何比例融合，而且由于它不含硫，因而燃烧产物是碳氢化合物，具有很高的环保价值。煤制甲醇是当前最常用的甲醇工业生产工艺，具有生产量大、效率高等优点。然而，由于设备与工艺技术的原因，许多化工企业在生产煤制甲醇时，往往存在能耗高及“三废”高等问题，严重阻碍了我国煤制甲醇工业的发展。本文详细论述了煤制甲醇生产工艺优化与节能减排。

一、煤制甲醇工艺发展前景

我国石油储量不足，但煤炭储量较丰富，为缓解石油进口压力，探究煤化工技术具有积极的现实意义，这是我国能源安全的客观需要，也是化学工业得以健康发展的需要。在诸多煤化工技术中，煤制甲醇技术已具备相当完备的体系，发展潜力为业内人士看好，另外，在汽化净化技术日趋成熟的推动下，再加上甲醇燃料电池等方面的应用，煤制甲醇已发展成为甲醇制作的一种主流工艺。因而有必要对该工艺展开进一步研究，使其更加低能耗，更加高效益，更加环保。

二、煤制甲醇生产工艺优化路径

1、工艺概况。

煤制甲醇工艺具有多碳少氢的特点，生产过程耗水量大，而且排放的气固废物较多，如C0、H₂S、N₂、固废等。该工艺具有以下特点：①因合成1.9MPa蒸汽，节能效果显著；②可实现循环渗透气H的循环利用，主要源于非渗透气的H回收、PSA从弛放气、膜分离、节约原料和减少C0₂排放得以实现；③为节约用水量，该工艺可实现稳定塔回流预冷、循环汽压缩机冷器等空冷换热的优先利用；④将副产的未凝汽、闪蒸蒸汽、PSA能返回蒸汽加热炉，以节约原料气；⑤透平冷凝水和蒸汽冷凝水的循环利用可有效地实现脱盐水的节约；⑥采用火炬装置控制意外气体排放，可有效减少废气排放量。

2、参数分析。结合具体测算可知，本案例项目甲醇合成1t总能耗为38.501GJ，相当于1.1264t标煤，天然气、传统煤制甲醇和煤一气混合气生产甲醇的吨总能耗分别为32～34GJ、45～50GJ、32.23GJ，但本工程因无需精馏，因而能耗低。进一步分析表明，本案例项目煤制甲醇生产工艺中有合成气能耗占比较大，因而需对其进行优化，以降低合成气原料的用量，对能耗较大的蒸汽，应通过优化压缩机和能量回收循环等进行改造。

三、煤制甲醇生产工艺节能减排方法

1、优化系统布局设计。为实现煤制甲醇生产工艺的节能减排，应以绿色节能为目标，科学规划系统，并根据周围环境制定设计方案，良好的节能和土地利用能顺利实现。因此，煤制甲醇生产系统的设计严格遵循以下原则：①严格执行环保、安监、消防等有关要求；②在总体规划的基础上，保证系统结构合理流畅，满足生产、物流、仓储等环节的需求；③将同一模块集中聚集，并根据实际情况进行分区规划，提高管理的便利性；④从长远规划目标出发，确保空间预留的合理性。

2、节水、防渗、噪声优化。在节水优化方面，本案例工程优先采用空冷换热工艺，如稳定塔回流预冷、循环汽压缩机冷器等，同时循环使用透平冷凝水和蒸汽冷凝水，并选用节水性能优良的相关仪表；在防渗优化方面，根据环保需要，对煤制甲醇系统进行了地面硬化处理，大幅提高了地面防渗能力。系统废液排污管道、废液坑等也进行了防渗加固改造，同时生产区排污管线沟槽也进行了防渗加固；在噪声优化方面，考虑到各类压缩机是煤制甲醇生产系统的主要噪声源，具体优化主要集中在平面布局、机型等方面，如选择音量控制好的机型，在空冷等噪音较大的部位安装隔声设备，对车间和工人设置隔离保护，辅以合理的平面布置规划设计，降噪充分实现了系统本身的距离利用和设备功能。

3、废气、废液、废渣优化。为了更好地实现节能减排的目标，该项目投入大量资源对废气、废液、废渣进行优化处理。在废气优化方面，考虑到甲醇合成工艺废气排放量大，故障和开关系统会增加烟气的额外产生，因此，生产过程中产生的闪蒸蒸汽和未凝气作为系统燃料进行回收，回收对象包括甲烷、氢气、氮气、CH₃0H等，同时，高温炉排气采用49m烟囱，将回收H过程产生的甲烷、乙烷、氢气和CO等作为燃料气回收利用。通过膜，H循环模块可从合成过程中捕获H

₂，高纯部分可循环回到合成步骤，吸附模块负责低纯部分的提纯，之后用于净化分离、OCU步骤(烯烃转化)、加压回收未凝气、闪蒸汽、PSA作燃料气。

废液优化负责废液初处理模块、生活污水模块、故障应急模块和废液深度处理模块等，这些模块的设计充分结合了该项目的工艺特点。煤制甲醇生产工艺产生的废水包括仪器场地洗涤水、生产废液、少量生活污水，N类、石油部分、灰尘杂质等主要有害物质，由污水处理厂进行清理。冷凝液收集后由脱盐水站循环利用。另外，将装置内地面及渣车冲洗水改为低压灰水，以进一步控制外排废水量，采用图2所示的南北渣水低压灰水系统，图中100、210、10、220、230分别为南北渣水低压灰水系统、第一气化炉、甲醇气化系统、第二气化炉、第三气化炉，通过实现各沉降槽和不同气化炉黑水间的切换，可减少污染，能有效减少开停车期间的原料、水电消耗；废渣优化主要围绕各工艺环节废弃的氧化铜催化剂、氧化锌催化剂、铝钠催化剂等进行，采用回收利用方式，同时基于废料填埋处理吸附塔废弃吸附剂。

4、监测防治。为更好地实现节能减排目标，该企业科学开展了年排放限额制定，其中氨氮、COD、NOx、S0₂年最大排放量控制在18t、231t、1466t、1065t内，为实现这一目标，企业建立了由6名专职人员组成的监测中心，由实验室、监测站和第三方公司配合，定期监测污染物，不定期进行相应的故障排查。在定期监测周围环境和系统“三废”排放过程中，每三月对过热炉烟筒进行一次NOx监测，经常开展冷却器的化学需氧量、pH值和CH₃OH监测，并按要求监测噪声源的分贝数。同时，对废渣进行动态监测，对意外排放进行即时监测。对于可能发生故障或排放频繁的位置，结合监测点分组在每组间设置隔离器，而且排污设备单独设置。若发生消防危机，流入墙内水槽的灭火废水可用于抗污染，并且建设的雨水储存坑也可用于抗污染。当贮坑内雨水溢出时，排水装置自动启动，防灾池成为最后一道屏障，规格为3万m³。一旦发生事故，庞大的废液处理量需分批分流，以减少处理负荷。本案例工程雨水储存池规格为260m³，废液储存池规格为68m³，以满足地面污水和生产废液的储存与处理需要，两者相连设置，而且中间设置了屏障。若生产系统的维修需关闭进行，蒸馏部分的线路与机器需排空，为了避免污染问题同时发生，有必要将管路及机器的排出点设置在暗道中，并将废弃的CH₃OH运回粗CH₃OH储备库。当系统发生故障或关闭时，会释放出大量的可燃废气。因此，通过燃烧火炬设备来处理一些有害废气，可用这种经济方便的方式更好地避免大气污染问题。

参考文献：

[1]冯璐.煤制甲醇生产工艺优化与节能减排策略[J].山西化工，2019(01).

[2]王伟冲.煤制甲醇生产工艺优化与节能减排措施[J].化工设计通讯，2020(07).

[3]邢珊珊.煤制甲醇生产工艺优化与节能减排方法的探讨[J].科学技术创新，2021(14).