焦炉煤气合成燃料甲醇发展前景分析.doc

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1、焦炉煤气合成燃料甲醇发展前景分析周媛，任军，李忠（大原理工大学，煤科学与技术教育部和山西省重点实验室，山西太原030024）2007-05-18引 言   能源与环境是21世纪人类社会面临的首要问题，我国富煤、贫气、少油，把煤炭作为主体能源是保障我国能源安全的基石。煤洁净气化联合循环发电联产甲醇或醇电联供，进而发展煤基燃料工业，是我国煤炭洁净利用的主要途径。新一代煤化工提出了清洁生产的要求，许多传统的污染型工艺必将被清洁工艺所取代。   山西省是我国重要的能源重化工基地，长期以来，煤炭工业作为支柱产业在全省乃至全国经济发展中发挥着重要作用。在20世纪90年代末期，山西省焦炭年产

2、达4000多万t，约占全国焦炭产量的50％，由于其中土法炼焦占80％以上，导致每年损失煤气150亿m3、煤焦油20万t、粗苯50多万t，多耗煤1300多万t。为了解决土法炼焦造成的环境污染和资源浪费问题，进入新世纪以来，山西省开始了大规模的土焦改机焦的行动，目前在建和已建成的年产机焦40万t以上规模的已有十多座，仅8个焦化工业园区和5个大型机焦厂的焦炭生产能力就达到2130万t／a，按标准状态下生产每吨焦炭产出350m3焦炉气计算，焦炉气将达到74.55亿m3（标准状态）。因此，如何合理有效地利用大量焦炉气将是与环境保护和社会经济发展密切相关的一个大问题，也是一个亟待解决的大课

3、题。1 发展前景及工艺探讨1.1 发展前景   焦炉气可作为能源使用，主要被用作城市煤气和发电燃料。由于天然气将取代焦炉气作为城市用气，加之焦炉气用于发电经济效益差，从而制约了这一发展途径。但焦炉气可以生产多种化工产品，如炭黑、合成氨、氢气、甲醇等，其中，生产合成氨和甲醇可以作焦炉气的主要用途。从市场角度分析，生产合成氨不如生产甲醇经济效益好，而且远不如甲醇的深加工产品多，甲醇具有更显著的发展前景。   甲醇是重要的有机化工原料，其化学组成单一，不含硫及其他复杂混合物，辛烷值和含氧量高，尾气排放污染物CO、HC和NOx比汽油少，因此，作为清洁替代能源用于汽车燃料具有独特的优势，

4、而且可以加入汽油中掺烧，如M15和M85。原国家科委早在“六五”期间就组织进行了M15甲醇掺烧汽油的示范工作，并在山西省进行了475辆M15卡车和4个M15加油站的商业化运行示范，在北京也进行了6辆纯甲醇车的运行实验。山西大同云岗汽车集团已研制成功了全甲醇（M100）环保汽车燃烧装置，使甲醇作为洁净燃料在汽车燃料行业崭露头角。通过国家组织攻关和国际技术合作，解决了甲醇汽车的优化改装技术和配套的专用润滑油、燃料腐蚀抑制剂、耐甲醇材料、甲醇加油站及甲醇对人体和环境的影响等问题。结合我国的能源战略和环境战略，国家已成立开发醇类（包括甲醇和乙醇）协调小组，山西作为甲醇汽车的示范基地，对

5、燃料甲醇的建设与发展也有着近期和长远规划，目前在部分焦炉气资源丰富且城市煤气需求已饱和的地区，煤气价格仅为0.10元／m3，因此，采用焦炉气制甲醇具有广阔的市场潜力和应用前景。1.2 工艺探讨   合成气（CO／H2）制甲醇反应如（1）和（2）：   CO＋2H2—→CH3OH＋99.65kJ／mol       （1）   CO2＋3H2—→CH3OH＋H2O＋49.65kJ／mol （2）   理想的反应条件为氢碳比f＝［n（H2）－n（CO2）］／［n（CO）＋n（CO2）］＝2.10～2.15。甲醇原料气中保持一定量的二氧化碳，不仅可保证合理的氢碳比，而且可促进合成催化

6、剂呈现高的活性，同时二氧化碳参与反应，可使整个甲醇合成反应的热效应降低，反应缓和，易于控制，生产稳定，对防止催化剂超温过热和抑制由于高温而产生的各种副反应均有好处。但二氧化碳含量过高，不仅会额外增加氢的消耗及生产过程中的气体压缩功，而且还会造成粗甲醇中含水量增多，增加粗甲醇精馏的生产负荷和能耗。因此，在保证合理的氢碳比条件下，还必须保持合理的一氧化碳和二氧化碳的比例。   合成气制甲醇工艺按压力分为高压、中压和低压。高压法是在30MPa以上、320℃～380℃的操作条件下通过Cu系催化剂合成甲醇，其特点是技术成熟，但投资和生产成本较低压法高；中、低压法的合成压力分别约10MPa

7、和5MPa，操作温度为200℃～300℃，使用Cu-Zn-Al系作催化剂。中、低压法比高压法优越，主要表现在能耗低、粗甲醇质量高、设备简单和投资相对较低。   焦炉气组成如表1（取自孝义地区焦化厂）。由表1可以看出，焦炉气合成甲醇的主要问题是碳氢平衡问题，焦炉气中f＝5.98，远远高于合成甲醇的理想氢碳比。若采用适当的化工处理方法，将焦炉中的CH4气体转化为CO气体，即可达到制取甲醇生产工艺的合成气组成要求，这是焦炉气合成甲醇的技术核心。技术比较成熟的CH4转化工艺路线主要有纯氧部分氧化、水