一氧化碳生产工艺选择与方案比较

工业上生产一氧化碳的方法很多，可根据原料的来源及产品的用途来确定，目前工业上应用的方法主要有：

1. 炭加水蒸汽的水煤气法；

2. 烃类加水蒸汽的转化法；

3. 炭加空气或氧气的氧化法；

4. 炭加二氧化碳的还原法；

5. 尾气回收法等。

   在众多的方法中，有的需要大量的投资；有的流程过长；还有的操作条件苛刻且对设备的要求较高。

   在我国，工业上一氧化碳的生产方法主要有以下几种：（1）焦炭还原法；（2）煤气化法；（3）尾气回收法。

一、焦炭还原法  

焦炭还原法是以焦炭为原料，以纯O2和CO2为气化剂，采用常压连续气化方式制取含CO较高的粗CO煤气，再经脱硫、脱碳、脱水、脱氧等净化处理后，制得满足工艺要求的高纯度CO原料气。其特点如下：

（1）所采用的新型CO发生炉在结构上有所创新，气化过程实现连续自动加料、连续排渣。自动化程度高，易于操作控制。

（2）连续气化与其他工艺相比，同等规模下占地少、投资省。

（3）采用CO2作气化剂，不仅回收了粗CO煤气中的CO2，提高了原料焦炭的利用率，还可回收其他工业废气中的CO2，变废为宝，减轻环境污染。

（4）连续气化工艺三废排放少，环境效益好。正常生产无吹风气排放，粗CO气中的CO2全部回收利用；采用CO2作气化剂，粗CO气中几乎不含氰、氨等有害成分，且无冷凝液产生；由于原料焦炭耗量少，灰渣残碳低，因而灰渣排放量少。   

焦炭还原法产生粗煤气组成表

组成	CO	CO2	H2	CH4	N2+Ar	O2	S总
V%	68	28	1.1	0.4	2.0	0.4	0.1

二、煤造气法  

以煤为原料生产CO的工艺主要包括煤气化、气体的净化、煤气的精制、CO的分离等部分。

1.煤气化技术简介

以煤为原料，空气、氧气、CO2和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行气化反应，可以生产出不同组分、不同热值的煤气。主要的气化炉型有固定床、流化床、气流床。目前，国内外应用比较成熟的为气流床气化炉，其炉型主要有德士古(Texaco)气化炉、Shell气化炉及国内华东理工大学的多喷嘴气化炉。国内对Texaco气化技术认识比较全面、设备国产化程度较高，是国内外应用较多的气化技术之一；而Shell气化技术是目前世界上较为先进的第二代粉煤气化技术之一。

2.德士古水煤浆造气

德士古水煤浆加压气化法是目前世界上先进的气化技术之一，属气流床加压气化法。其特点是该工艺对煤的适应范围较宽，可利用粉煤，单台气化炉生产能力较大，气化操作温度高，液态排渣，碳转化率高，煤气质量好，甲烷含量低，不产生焦油、萘、酚等污染物。排出的粗灰渣可以用做水泥的原料和建筑材料。三废处理简单，易于达到环境保护的要求。生产控制水平高，易于实现过程自动化控制。

德士古水煤浆加压气化法产生粗煤气组成    

组成	CO	CO2	H2	CH4	N2+Ar	H2O	S总
Vol%	39.7	10.8	30.3	0.1	1.6	16.5	1.0

（3）壳牌干煤粉加压气化

荷兰壳牌（Shell）公司1972年开始在阿姆斯特丹研究院（KSLA）开始进行煤气化技术研究，1976年SCGP应用于一台每天进6吨煤的试验装置。于1978年在美国休斯顿郊区迪尔·帕克（Deer Park）炼油厂内建设了一套名为SCGP-1示范装置，生产中热值净煤气和高压蒸汽用于相邻综合制造公司联合循环发电装置。示范装置能处理高硫分烟煤250吨/天，或处理高灰份褐煤400吨/天，日产中热值煤气32,500Nm3和高压蒸汽16吨/小时。

SCGP技术的特点如下：

a）适合于气化原料煤的范围较宽：采用高温加压干粉煤气流床SCGP气化方法，拓宽了适应制取合成气原料煤的煤种，如褐煤、烟煤、无烟煤等各种煤均可使用，对煤的性质如：粒度、结焦性、灰分、水分、硫分、氧分等含量均不敏感。

b）成功的设计了膜式水冷壁气化炉：采用水冷壁气化炉，基本消除了频繁检修、更换炉内耐火衬里和耗费昂贵的弊端。同时单炉产气能力大，具有高效、大型化和长周期运行的显著特点。

c）SCGP技术具有较高的热效率：煤炭利用率高，碳转化率可达99%，其原料煤能量回收率高，80%～83%以合成气形式回收（即冷煤气效率），14%～16%以蒸汽形式回收。德姆科勒克厂IGCC发电机组煤发电热效率达43.2%。

d）SCGP气化工艺环境质量高，壳牌公司称它为“洁净煤”工艺，其生产的合成气是甲烷含量很低的高洁净合成气。在煤气化过程中，粉煤制备采用密闭系统，无粉尘排放；煤中所含硫，以元素硫形态回收；煤中灰分在气化炉排出时被转化为玻璃体颗粒，可作为道路建筑材料，不污染环境；合成气水洗排放液经汽提冷却后循环使用，汽提逐出的H2S气体送硫回收装置；燃气轮机排放气中NOx和SO2含量很低，折合1000kW·h（MW·h）：NOX为60g～120g，SO2为60g。壳牌公司称Demkolec厂为“洁净工厂”。   

Shell炉干煤气典型成分表

组成	CO	CO2	H2	CH4	N2+Ar	总S
Vol%	65	1.6	30	微量	3.1	0.3

三、尾气回收法  

电石炉尾气、黄磷尾气、转炉气等工业尾气排放量巨大，其中含有大量的CO，是非常宝贵的CO资源。但由于这些尾气成分复杂，且杂质较多，目前多放空焚烧，造成极大的资源浪费和环境污染。部分企业将其作为燃料气回收热能，创造了一定的经济效益。如果将这些尾气中的CO提纯后用作化工原料，能够延长产业链，提升产品的附加值，创造更为可观的经济效益和社会效益。

由于是废气再利用，尾气回收法制CO的主要优势是原料价格低廉，产品气主要成本为净化成本，因而CO产品气价格相对较低。作为一条新兴的制取CO的技术路线，尾气回收法应用前景广阔。