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煤制甲醇的工艺流程?
煤制甲醇工艺
气化
a)煤浆制备
由煤运系统送来的原料煤干基(<25mm)或焦送至煤贮斗,经称重给料机控制输送量送入棒磨机,加入一定量的水,物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂,为了调整煤浆的PH值,加入碱液。出棒磨机的煤浆浓度约65%,排入磨煤机出口槽,经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。煤浆制备首先要将煤焦磨细,再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法,可防止粉尘飞扬,环境好。用于煤浆气化的磨机现在有两种,棒磨机与球磨机;棒磨机与球磨机相比,棒磨机磨出的煤浆粒度均匀,筛下物少。煤浆制备能力需和气化炉相匹配,本项目拟选用三台棒磨机,单台磨机处理干煤量43~53t/h,可满足60万t/a甲醇的需要。
为了降低煤浆粘度,使煤浆具有良好的流动性,需加入添加剂,初步选择木质磺酸类添加剂。
煤浆气化需调整浆的PH值在6~8,可用稀氨水或碱液,稀氨水易挥发出氨,氨气对人体有害,污染空气,故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值,碱液初步采用42%的浓度。
为了节约水源,净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。
b)气化
在本工段,煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。
煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉,在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应:
CmHnSr+m/2O2—→mCO+(n/2-r)H2+rH2S
CO+H2O—→H2+CO2
反应在6.5MPa(G)、1350~1400℃下进行。
气化反应在气化炉反应段瞬间完成,生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。
离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴,被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉;气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。
气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来,排入锁斗,定时排入渣池,由扒渣机捞出后装车外运。
气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水(称为黑水)送往灰水处理。
c)灰水处理
本工段将气化来的黑水进行渣水分离,处理后的水循环使用。
从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水分别进入各自的高压闪蒸器,经高压闪蒸浓缩后的黑水混合,经低压、两级真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽,水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽,经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水,渣饼由汽车拉出厂外。
闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后,通过气液分离器分离掉冷凝液,然后进入变换工段汽提塔。
闪蒸出的低压气体直接送至洗涤塔给料槽,澄清槽上部清水溢流至灰水槽,由灰水泵分别送至洗涤塔给料槽、气化锁斗、磨煤水槽,少量灰水作为废水排往废水处理。
洗涤塔给料槽的水经给料泵加压后与高压闪蒸器排出的高温气体换热后送碳洗塔循环使用。
2)变换
在本工段将气体中的CO部分变换成H2。
本工段的化学反应为变换反应,以下列方程式表示:
CO+H2O—→H2+CO2
由气化碳洗塔来的粗水煤气经气液分离器分离掉气体夹带的水分后,进入气体过滤器除去杂质,然后分成两股,一部分(约为54%)进入原料气预热器与变换气换热至305℃左右进入变换炉,与自身携带的水蒸汽在耐硫变换催化剂作用下进行变换反应,出变换炉的高温气体经蒸汽过热器与甲醇合成及变换副产的中压蒸汽换热、过热中压蒸汽,自身温度降低后在原料气预热器与进变换的粗水煤气换热,温度约335℃进入中压蒸汽发生器,副产4.0MPa蒸汽,温度降至270℃之后,进入低压蒸汽发生器温度降至180℃,然后进入脱盐水加热器、水冷却器最终冷却到40℃进入低温甲醇洗1#吸收系统。
另一部分未变换的粗水煤气,进入低压蒸汽发生器使温度降至180℃,副产0.7MPa的低压蒸汽,然后进入脱盐水加热器回收热量,最后在水冷却器用水冷却至40℃,送入低温甲醇洗2#吸收系统。
气液分离器分离出来的高温工艺冷凝液送气化工段碳洗塔。
气液分离器分离出来的低温冷凝液经汽提塔用高压闪蒸气和中压蒸汽汽提出溶解在水中的CO2、H2S、NH3后送洗涤塔给料罐回收利用;汽提产生的酸性气体送往火炬。
3)低温甲醇洗
本工段采用低温甲醇洗工艺脱除变换气中CO2、全部硫化物、其它杂质和H2O。
a)吸收系统
本装置拟采用两套吸收系统,分别处理变换气和未变换气,经过甲醇吸收净化后的变换气和未变换气混合,作为甲醇合成的新鲜气。
由变换来的变换气进入原料气一级冷却器、氨冷器、进入分离器,出分离器的变换气与循环高压闪蒸气混合后,喷入少量甲醇,以防止变换气中水蒸气冷却后结冰,然后进入原料气二级冷却器冷却至-20℃,进入变换气甲醇吸收塔,依次脱除H2S+COS、CO2后在-49℃出吸收塔,然后经二级原料气冷却器,一级原料气冷却器复热后去甲醇合成单元。净化气中CO2含量约3.4%,H2S+COS<0.1PPm。
来自甲醇再生塔经冷却的甲醇-49℃从甲醇吸收塔顶进入,吸收塔上段为CO2吸收段,甲醇液自上而下与气体逆流接触,脱除气体中CO2,CO2的指标由甲醇循环量来控制。中间二次引出甲醇液用氨冷器冷却以降低由于溶解热造成的温升。在吸收塔下段,引出的甲醇液大部分进入高压闪蒸器;另一部分溶液经氨冷器冷却后回流进入H2S吸收段以吸收变换气中的H2S和COS,自塔底出来的含硫富液进入H2S浓缩塔。为减少H2和CO损失,从高压闪蒸槽闪蒸出的气体加压后送至变换气二级冷却器前与变换气混合,以回收H2和CO。
未变换气的吸收流程同变换气的吸收流程。
b)溶液再生系统
未变换气和变换气溶液再生系统共用一套装置。
从高压闪蒸器上部和底部分别产生的无硫甲醇富液和含硫甲醇富液进入H2S浓缩塔,进行闪蒸汽提。甲醇富液采用低压氮气汽提。高压闪蒸器上部的无硫甲醇富液不含H2S从塔上部进入,在塔顶部降压膨胀。高压闪蒸器下部的含硫甲醇富液从塔中部进入,塔底加入的氮气将CO2汽提出塔顶,然后经气提氮气冷却器回收冷量后,作为尾气高点放空。
富H2S甲醇液自H2S浓缩塔底出来后进热再生塔给料泵加压,甲醇贫液冷却器换热升温进甲醇再生塔顶部。甲醇中残存的CO2以及溶解的H2S由再沸器提供的热量进行热再生,混和气出塔顶经多级冷却分离,甲醇一级冷凝液回流,二级冷凝液经换热进入H2S浓缩塔底部。分离出的酸性气体去硫回收装置。
从原料气分离器和甲醇再生塔底出来的甲醇水溶液经泵加压后甲醇水分离器,通过蒸馏分离甲醇和水。甲醇水分离器由再沸器提供。塔顶出来的气体送到甲醇再生塔中部。塔底出来的甲醇含量小于100PPm的废水送水煤浆制备工序或去全厂污水处理系统。
c)氨压缩制冷
从净化各制冷点蒸发后的-33℃气氨气体进入氨液分离器,将气体中的液粒分离出来后进入离心式制冷压缩机一段进口压缩至冷凝温度对应的冷凝压力,然后进入氨冷凝器。气氨通过对冷却水放热冷凝成液体后,靠重力排入液氨贮槽。液氨通过分配器送往各制冷设备。
4)甲醇合成及精馏
a)甲醇合成
经甲醇洗脱硫脱碳净化后的产生合成气压力约为5.6MPa,与甲醇合成循环气混合,经甲醇合成循环气压缩机增压至6.5MPa,然后进入冷管式反应器(气冷反应器)冷管预热到235℃,进入管壳式反应器(水冷反应器)进行甲醇合成,CO、CO2和H2在Cu-Zn催化剂作用下,合成粗甲醇,出管壳式反应器的反应气温度约为240℃,然后进入气冷反应器壳侧继续进行甲醇合成反应,同时预热冷管内的工艺气体,气冷反应器壳侧气体出口温度为250℃,再经低压蒸汽发生器,锅炉给水加热器、空气冷却器、水冷器冷却后到40℃,进入甲醇分离器,从分离器上部出来的未反应气体进入循环气压缩机压缩,返回到甲醇合成回路。
一部分循环气作为弛放气排出系统以调节合成循环圈内的惰性气体含量,合成弛放气送至膜回收装置,回收氢气,产生的富氢气经压缩机压缩后作为甲醇合成原料气;膜回收尾气送至甲醇蒸汽加热炉过热甲醇合成反应器副产的中压饱和蒸汽(2.5MPa),将中压蒸汽过热到400℃。
粗甲醇从甲醇分离器底部排出,经甲醇膨胀槽减压释放出溶解气后送往甲醇精馏工段。
系统弛放气及甲醇膨胀槽产生的膨胀气混合送往工厂锅炉燃料系统。
甲醇合成水冷反应器副产中压蒸汽经变换过热后送工厂中压蒸汽管网。
b)甲醇精馏
从甲醇合成膨胀槽来的粗甲醇进入精馏系统。精馏系统由预精馏塔、加压塔、常压塔组成。预精馏塔塔底出来的富甲醇液经加压至0.8MPa、80℃,进入加压塔下部,加压塔塔顶气体经冷凝后,一部分作为回流,一部分作为产品甲醇送入贮存系统。由加压塔底出来的甲醇溶液自流入常压塔下塔进一步蒸馏,常压塔顶出来的回流液一部分回流,一部分作为精甲醇经泵送入贮存系统。常压塔底的含甲醇的废水送入磨煤工段作为磨煤用水。在常压塔下部设有侧线采出,采出甲醇、乙醇和水的混合物,由汽提塔进料泵送入汽提塔,汽提塔塔顶液体产品部分回流,其余部分作为产品送至精甲醇中间槽或送至粗甲醇贮槽。汽提塔下部设有侧线采出,采出部分异丁基油和少量乙醇,混合进入异丁基油贮槽。汽提塔塔底排出的废水,含少量甲醇,进入沉淀池,分离出杂醇和水,废水由废水泵送至废水处理装置。
c)中间罐区
甲醇精馏工序临时停车时,甲醇合成工序生产的粗甲醇,进入粗甲醇贮罐中贮存。甲醇精馏工序恢复生产时,粗甲醇经粗甲醇泵升压后送往甲醇精馏工序。
甲醇精馏工序生产的精甲醇,进入甲醇计量罐中。经检验合格的精甲醇用精甲醇泵升压送往成品罐区甲醇贮罐中贮存待售。
5)空分装置
本装置工艺为分子筛净化空气、空气增压、氧气和氮气内压缩流程,带中压空气增压透平膨胀机,采用规整填料分馏塔,全精馏制氩工艺。
原料空气自吸入口吸入,经自洁式空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。过滤后的空气进入离心式空压机经压缩机压缩到约0.57MPa(A),然后进入空气冷却塔冷却。冷却水为经水冷塔冷却后的水。空气自下而上穿过空气冷却塔,在冷却的同时,又得到清洗。
经空冷塔冷却后的空气进入切换使用的分子筛纯化器空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分被吸附。分子筛纯化器为两只切换使用,其中一只工作时,另一只再生。纯化器的切换周期约为4小时,定时自动切换。
净化后的空气抽出一小部分,作为仪表空气和工厂空气。
其余空气分成两股,一股直接进入低压板式换热器,从换热器底部抽出后进入下塔。另外一股进入空气增压机。
经过空气增压机的中压空气分成两部分,一部分进入高压板式换热器,冷却后进入低温膨胀机,膨胀后空气进入下塔精馏。另一部分中压空气经过空气增压机二段压缩为高压空气,进入高压板式换热器,冷却后经节流阀节流后进入下塔。
空气经下塔初步精馏后,获得富氧液空、低纯液氮、低压氮气,其中富氧液空和低纯液氮经过冷器过冷后节流进入上塔。经上塔进一步精馏后,在上塔底部获得液氧,并经液氧泵压缩后进入高压板式换热器,复热后出冷箱,进入氧气管网。
在下塔顶部抽取的低压氮气,进入高压板式换热器,复热后送至全厂低压氮气管网。
从上塔上部引出污氮气经过冷器、低压板式换热器和高压板式换热器复热出冷箱后分成两部分:一部分进入分子筛系统的蒸汽加热器,作为分子筛再生气体,其余污氮气去水冷塔。
从上塔中部抽取一定量的氩馏份送入粗氩塔,粗氩塔在结构上分为两段,第二段氩塔底部的回流液经液体泵送入第一段顶部作为回流液,经粗氩塔精馏得到99.6Ar,2ppmO2的粗氩,送入精氩塔中部,经精氩塔精馏在精氩塔底部得到纯度为99.999%Ar的**氩作为产品抽出送入进贮槽。
甲醇汽车来了,你怎么看
明显,短时间内纯电动车全面替代燃油车是不现实的,也是不科学的。然而碳中和犹如达摩斯之剑悬在各个车企头上,推动着车企拼命寻找降低碳排放的方法,其中有发展氢能源的,也有发展甲醇 汽车 的。目前吉利 汽车 就是国内推广甲醇 汽车 最快的一家车企。近日,吉利 汽车 曝光了旗下首款醇电混动轿车的动力配置信息。这是一款基于第4代帝豪打造的醇电混动轿车,搭载了行业最先进醇电混动技术,污染物排放不到汽油车的5%、碳排放不到汽油车3%,百公里醇耗低至9.2L(相当于油车百公里油耗3L)。
随着这款市场上最接近量产的醇电混动轿车即将推出市场,吉利似乎又一次领先其他自主品牌。如今纯电 汽车 如火如荼地进行着,为何吉利要发展此前不被重视的甲醇 汽车 呢?事实上,我国对纯电动 汽车 大力支持的同时,对混合动力也很重视,此前我国发布的《节能与新能源 汽车 技术路线图2.0》就明确提出了到2035年带有内燃机和电动机的混动车型占50%市场份额的目标。
如今,随着碳中和越演越烈,全球减碳行动势在必行, 汽车 产业向新能源转型也已成为行业共识。据中国电动 汽车 百人会研究测算,如果要在2030年实现道路交通碳达峰,这意味着我的国 汽车 电动化渗透率不低于30%、总保有量超过8000万辆。
虽然去年我国的新能源车发展迅速,渗透率也一度突破了20%,但对比我国已超3亿辆的 汽车 保有量来说,降碳作用相对有限,所以在纯电动技术路线之外, 汽车 产业需要氢燃料、甲醇等多元化的动力技术路线。
零排放的氢能源被认为最好的,不过经过多年的发展,氢燃料电池 汽车 的短板也显而易见。据了解,氢能市场化的最关键一环,即氢气高效廉价的制取,然而,目前氢气电解水制备过程中必需的高效廉价的氧气析出催化剂是当前面临的最大挑战之一。
此前中国 汽车 流通协会常务理事贾新光在接受媒体采访时就曾强调,“目前无论是电解还是光解制氢法均存在能量转化效率低,成本高企的问题,其消耗的能量远远大于电解所获得的氢、氧化合所释放的能量”,可见氢能源发展不力最大的原因依然是成本。
而甲醇 汽车 则不同。作为有机工业原料,甲醇同样也是优质的燃料,与传统汽柴油相比,其燃烧效率更高而且更加环保兼具高性能和低排放两种优势。此前,工信部甲醇 汽车 推广应用专家指导委员会秘书长魏安力就表示,“甲醇是世界公认的清洁燃料,是可再生能源、绿色能源。是真正意义上的’碳中和’能源。”
除此以外,随着锂电池原材料的大幅度上涨,能源安全又一次被大家提起。此前一家位于江西宜春的碳酸锂原材料生产企业相关负责人就透露,碳酸锂的价格从2020年开始就一路水涨船高。当时碳酸锂的价格基本维持在了5万元/吨左右,但是经过一年多的时间,现在已经涨到了50万元/吨,相当于一年翻了十倍,并且价格还有上涨的趋势。
随着锂电池价格的水涨船高,各个动力电池企业开始了一场锂矿的抢夺战。然而与石油一样,我国锂电池原材料也处于对外依存度很高的状态。而且随着竞争的白热化,中国企业争夺锂矿也遭遇了一些困难。
在今年1月份,比亚迪智利公司曾以6100万美元的高价成功竞标了一份配额为8万吨的智利锂矿开采合同。然而,由于智利政府的政权更迭,第34任智利总统博里奇反对矿业私有化,主张成立国营锂业公司。如今比亚迪这个项目已经被叫停,而且从博里奇的执政纲领来看,比亚迪获得这一合同的可能性已经微乎其微。
能源安全又一次成为各家动力电池企业不得不面对的新课题,在这样的背景下,除了大量研发无钴电池以及通过换电模式提高电池的利用率以外,开发其他可持续利用的清洁能源成为了新的突破口,而甲醇恰恰就非常适合我国的发展。
众所众知,我国是一个煤炭生产大国,而甲醇作为煤炭加工过程的产物,拥有产量大、价格低的特点。如今随着能源安全再一次被提起,锂电池成本大幅度上涨,过去长期被忽视的甲醇 汽车 正成为一个新的风口。
毫无疑问,随着国家日益重视甲醇 汽车 ,作为自主品牌老大的吉利 汽车 当然不会错过这个风口,这也是吉利这个时间点推出甲醇 汽车 的重要原因。
而吉利之所以能够第一时间抢占甲醇 汽车 的风口,与吉利这些年来坚持多远的发展不无关系。虽然如今电动车是未来的趋势,但吉利 汽车 凭借着前瞻的眼光,在甲醇 汽车 上早有所布局。
早在2005年,吉利 汽车 就开始涉足甲醇 汽车 领域了,并且迅速成为国内首家获得国家甲醇 汽车 生产资质的企业。在2009年,作为全国政协委员的李书福便提交了一份题为“关于尽快出台甲醇车国家标准的提案”,呼吁国家发改委、国家工信部、国家标准化管理委员会尽快完成甲醇 汽车 的国家标准的制定工作。
李书福的呼吁很快得到了响应,在2012年9月,吉利的甲醇 汽车 试点专项公告获得国家工信部审批,随后吉利生产的甲醇出租车分别在山西、陕西、上海、甘肃和贵州试点。随着发展的深入,吉利 汽车 在2015年更是以4550万美元(约合人民币2.8亿元)入股冰岛碳循环国际公司(Carbon Recycling International,以下简称“CRI”)。
这家公司运营着世界首家可再生清洁甲醇工厂。根据协议,双方将合作研发100%甲醇燃料 汽车 ,并在中国、冰岛和世界其他地区推广应用。
如今17年过去了,通过多年的发展,目前吉利 汽车 在甲醇领域拥有核心技术专利200件,现在西安、晋中、贵阳等多地规模化运行2.7万辆,总运行里程280亿公里。毫不夸张的说,吉利 汽车 在甲醇上的技术优势可谓是独步全球。
这一次基于帝豪研发的醇电混动轿车就是集吉利多年甲醇技术的大成。随着这款帝豪醇电混动轿车正式推出市场的时间日益临近,在这场甲醇 汽车 的新风口上,吉利 汽车 又一次占得了先机。至于这台车最后的定价多少,我想这款冠上国民神车“帝豪”名号的醇电混动轿车应该不会超出大家的预料。
总结:对于吉利正式推出甲醇 汽车 这件事情,外界并不意外。与比亚迪孤注一掷发展纯电 汽车 不同,吉利作为过去这几年国内自主品牌的老大,在新能源战略上一直都是采取纯电与清洁燃料并行的法子。这样的策略在发展上会相对慢一些,不过一旦遇上政策东风,拥有一定技术积累的吉利 汽车 无疑会占有一定的先发优势。
甲醇是什么
甲醇
甲醇(Methanol,Methyl alcohol)又名木醇,木酒精,甲基氢氧化物,是一种最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH,结构式如下:
H
|
H-C-OH
|
H
分子结构: C原子以sp3杂化轨道成键,0原子以sp3杂化轨道成键。分子为极性分子。
物理化学属性
甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体,略有酒精气味。分子量32.04,相对密度0.792(20/4℃),熔点-97.8℃,沸点64.5℃,闪点12.22℃,自燃点463.89℃,蒸气密度 1.11,蒸气压 13.33KPa(100mmHg 21.2℃),蒸气与空气混合物爆炸下限 6~36.5 % ,能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶,遇热、明火或氧化剂易燃烧。燃烧反应式为:
CH3OH + O2 → CO2 + H2O
用途
甲醇用途广泛,是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工,塑料等领域,用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品,也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料,也加入汽油掺烧。
制法
甲醇的生产,主要是合成法,尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反应式为:
H2 + CO → CH3OH
合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其他可燃性气体)为原料,经造气净化(脱硫)变换,除去二氧化碳,配制成一定的合成气(一氧化碳和氢)。在不同的催化剂存在下,选用不同的工艺条件。单产甲醇(分高压法低压和中压法),或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇,经预精馏脱除甲醚,精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法,但因其能耗大,加工复杂,材质要求苛刻,产品中副产物多,今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。
安全机理
甲醇被大众所熟知,是因为其毒性。工业酒精中大约含有4%的甲醇,被不法分子当作食用酒精制作假酒,而被人饮用后,就会产生甲醇中毒。甲醇的致命剂量大约是70毫升。
甲醇的中毒机理是,甲醇经人体代谢产生甲醛和甲酸(俗称蚁酸),然后对人体产生伤害。常见的症状是,先是产生喝醉的感觉,数小时后头痛,恶心,呕吐,以及视线模糊。严重者会失明,乃至丧命。失明的原因是,甲醇的代谢产物甲酸会累积在眼睛部位,破坏视觉神经细胞。脑神经也会受到破坏,产生永久性损害。甲酸进入血液后,会使组织酸性越来越强,损害肾脏导致肾衰竭。
甲醇中毒,通常可以用乙醇解毒法。其原理是,甲醇本身无毒,而代谢产物有毒,因此可以通过抑制代谢的方法来解毒。甲醇和乙醇在人体的代谢都是同一种酶,而这种酶和乙醇更具亲和力。因此,甲醇中毒者,可以通过饮用烈性酒(酒精度通常在60度)的方式来缓解甲醇代谢,进而使之排出体外。而甲醇已经代谢产生的甲酸,可以通过服用小苏打(碳酸氢钠)的方式来中和。
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