焦爐氣制甲醇工藝的改造

第20卷第2期潔凈煤技術(shù)Vol. 20 No. 22014年3月Clean Coal TechnologyMarch 2014焦爐氣制甲醇工藝的改造寧利民,袁守敬(唐山中潤煤化工有限公司,河北唐山063611)摘要:針對唐山中潤煤化工有限公司20萬(wàn)Va焦爐氣制甲醇生產(chǎn)裝置存在的壓縮機打氣量有限,合成塔負荷大,CO轉化率偏低等問(wèn)題,在對焦爐煤氣制甲醇工藝進(jìn)行系統研究的基礎上,對其進(jìn)行了擴能改造。在煤氣進(jìn)入壓縮機前增加一臺橫管式煤氣冷卻器,增加了煤氣實(shí)際通量;對原有壓縮機進(jìn)行擴缸改造,增大現有壓縮機打氣量,提高煤氣有效利用率。改造后,夏季焦爐氣壓縮機打氣量由142.29萬(wàn)m'/d增至152. 23萬(wàn)m/d,甲醇產(chǎn)量提高50.33Vd。新增合成塔一臺,采用與老合成塔并聯(lián)的方式進(jìn)行連接。新增合成塔后出口氣體(循環(huán)氣)中的有效氣體成分CO和CO2體積分數均明顯降低,分別由改造前的5.20%和3.79%降至改造后的0.78%和0.85%,co單程轉化率平均值由40%增至78%,平均每天增加甲醇產(chǎn)量29 t,達到預期目的。關(guān)鍵詞:焦爐氣制甲醇;壓縮機;合成塔;打氣量中圖分類(lèi)號:TD849 ;TQ52文獻標志碼:A文章編號:1006-6772( 2014)02-0069 -04Transformation of methanol synthesis from coke oven gasNING Limin, YUAN Shoujing( Tangshan Zhongrun Coal Chermical Co. ,lud. ,Tangshan 063611 ,China)Abstract:There were lots of problems in 2x 10' Va methanol production derice in Tangshan Zhongun Coal Chemical Co. , Ld. , such aslower coke oven gas flow ,higher synthetic tower load and lower co conversion rale. Based on the systematic analysis of process , conduct thetransformation.Cool the gas with a Cross- tube gas cooler first to increase the gas content, then compress the gas. Increase the gas. Aftertransformation, the coke oven gas capacity increase from 1. 4229x 10* m'/d to 1. 5223x 10° m'/d.The methanol yield increase by 50. 33Vd.The added synthesis reactor is connected in parallel with the old one.The CO and CO2 content in synthetic gas reduce from 5. 20 per-cent and 3. 79 percent to 0. 78 percent and 0. 85 percent.The average conversion rate of CO increase from 40 percent to 78 perent.The av-erage yield of methanol increase by 29 tons per day.Key words: methanol synthesis from coke oven gas ;compressor ;synthetic tower ;gas capacity0引言采用低壓合成催化劑,以煉焦副產(chǎn)的焦爐煤氣為主要原料,依次經(jīng)過(guò)濕脫硫、壓縮、精脫硫、甲烷轉化、甲醇是碳-化學(xué)工業(yè)的源頭,是重要的有機化合成精餾等生產(chǎn)單元,最終得到產(chǎn)品甲醇。目前，工原料。目前中國制取甲醇的原料路線(xiàn)主要以煤氣該裝置主要存在壓縮機打氣量有限，合成塔負荷大，化和煤焦化為主,均為較成熟工藝。煤焦化制甲醇有效成分轉化率偏低等問(wèn)題,限制了甲醇產(chǎn)能的提的原料氣是煤在隔絕空氣的條件下加熱干餾生成,升。因此，筆者從整體工藝的角度系統研究各生產(chǎn).以H2和CH,為主。根據合成催化劑的使用環(huán)境不單元的擴能潛力,以期達到提高甲醇產(chǎn)量的目的。同,可分為高壓流程和低壓流程,目前行業(yè)內普遍使1存在問(wèn)題用的是低壓法合成甲醇工藝[1-10]。唐山中潤煤化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)唐山中1.1焦爐氣壓縮機打氣量有限潤)擁有20萬(wàn)Va焦爐氣制甲醇生產(chǎn)裝置。該裝置溫度是影響氣體密度的主要因素,較高溫度會(huì )收稿日期:2014- 01 -06;責任編輯:白婭娜D01012/j.ss.1006- 6772.2014.02.018作者簡(jiǎn)介:寧利民(1968- -)男河北遷安人,高級工程師,從事化工生產(chǎn)與研究工作。E- ml:iglm@ kiluan. com. en引用格式:寧利民,袁守敬.焦爐氣制甲醇工藝的改造[J].潔凈煤技術(shù),2014,20(2) :69-72.NING Limin,YUAN SuingnTranoraton of melhanol synheis fom coke oven gs[J].Cl.an Coal Technoloey ,2014,20(2) :69 -72.692014年第2期潔凈煤技術(shù)第20卷導致煤氣密度降低,體積膨脹,從而使- -定體積下煤由表1可知,甲醇產(chǎn)量與焦爐煤氣實(shí)際打氣量氣所含有效成分減少,影響甲醇產(chǎn)量1-151。以6萬(wàn)密切相關(guān),焦爐煤氣量越高,甲醇產(chǎn)量也越高。2011m'/h煤氣量為例，煤氣從19 C升至32 C時(shí),實(shí)際年2月,焦爐煤氣平均耗量為156. 10萬(wàn)m/d,甲醇體積可膨脹4057 m'/h。2011年單臺焦爐氣壓縮機產(chǎn)量為750.00 Vd,8月焦爐煤氣平均耗量為實(shí)際打氣量與當地平均氣溫的關(guān)系如圖1所示。142. 29萬(wàn)m'/d,甲醇產(chǎn)量為687.67 Vd,冬夏兩季甲醇產(chǎn)量相差62. 33 Vd。40表1改造前焦爐煤氣量及甲醇產(chǎn)量30t打氣量日期焦爐煤氣量/(萬(wàn)m3.d1)甲醇產(chǎn)量/(●d)+氣溫0g海3.110F2011年1月156. 00750.00吳3.0-+2011年2月156. 10750. 002011年7月142. 45688. 43.出2.9L -2月4月6月8月10月12月2011年8月142. 29687.67圖1改造前焦爐氣壓縮機打氣量與氣溫的關(guān) 系1.2合成塔 負荷大轉化率低由圖1可知,壓縮機實(shí)際打氣量呈先下降后.上唐山中潤甲醇合成系統單塔設計能力年產(chǎn)甲醇升的趨勢。在炎熱的8月打氣量達到最低值，僅為10萬(wàn)Va,目前已滿(mǎn)負荷運行。由于CO、CO2單程轉2. 96 m'/h,而寒冷的1月氣量最大,達到3.26化率較低,馳放氣中CO、CO2成分仍偏高,導致隨馳m'/h。8月平均氣溫最高為35 C,而1月份氣溫最放氣回焦爐作為燃料的這部分碳白白浪費。若將這低,為-5 C。說(shuō)明焦爐氣壓縮機打氣量與與環(huán)境氣部分流失的碳源作為原料合成甲醇,將增加甲醇產(chǎn)溫密切相關(guān)。溫度越高,焦爐氣壓縮機實(shí)際打氣量量,降低生產(chǎn)成本。改造前合成塔進(jìn)出口氣體成分越低。改造前焦爐煤氣量及甲醇產(chǎn)量見(jiàn)表1。 ，分析見(jiàn)表2。表2改造前合成塔進(jìn) 出口氣體成分分析樣品q(N2)/% p(CH4)/% 中(C0)/% o(C02)/% e(H2)/% co單程轉化率/% CO2單程轉化率/% 總碳轉化率/%進(jìn)口氣體11.783.766.064.5173. 8934169出口氣體13. 21.4.224. 2373. 84由表2可知,單塔滿(mǎn)負荷運行時(shí),出口氣體中有兩種:①新增- - 臺往復式壓縮機;②在原有壓縮機CO與C0，體積分數較高,總含量達到8. 73%,其單基礎上進(jìn)行擴缸改造,增大現有壓縮機打氣量。兩程轉化率、總碳轉化率均較低。按照馳放氣排放量種方案的對比見(jiàn)表3。1. 20萬(wàn)m'/h計算,若回收碳源1% ,理論上可生產(chǎn).表3兩種方案對比甲醇0.17 Vh;若出口氣體中碳含量降低5% ,則多產(chǎn)甲醇20. 40 Vd。項目新增打氣增加占.投資/改造周量/(m’.h")地/m2萬(wàn)元期/月.2改造措施 .方案1400208760方案240004102. 1煤氣壓縮機的擴能改造針對焦爐氣壓縮機打氣量有限的問(wèn)題，首先在由表3可知,方案2不增加占地,且投資僅為煤氣進(jìn)入壓縮機前增加一-臺橫管式煤氣冷卻器,以410萬(wàn)元,比方案1減少350萬(wàn)元;改造周期短,僅增加煤氣實(shí)際通量。唐山中潤甲醇裝置壓縮單元共為2個(gè)月,是方案1的1/4。因此,最終選擇方案2,有5臺往復式焦爐氣壓縮機,運行方式為四開(kāi)- - 備，其投資小,改造周期短,更適合生產(chǎn)中的企業(yè)。單臺設計打氣量為1. 40萬(wàn)m'/h,總額定打氣量為2.2新增合成塔5.60萬(wàn)m'/h,目前已達到額定上限。因此若想通針對合成塔負荷大,有效成分轉化率偏低等問(wèn).過(guò)降溫提高煤氣有效利用率,就必須增加壓縮單元題,新增管殼式合成塔一臺,按照與老合成塔連接方的處理能力,即打氣量。增加壓縮機打氣量的方案式的不同可分為串聯(lián)與并聯(lián)。0寧利民等:焦爐氣制甲醇工藝的改造2014年第2期1)串聯(lián)系統。所用合成催化劑適宜空速為生產(chǎn)成本均較低,新增設備投資僅為500萬(wàn)元。因6000~20000h'I,空速過(guò)大時(shí)單位時(shí)間內催化劑處此,本次改造選擇新老塔并聯(lián)方式,具體工藝流程如理的原料氣較多,即原料氣在催化劑床層的停留時(shí)圖2所示。間較短,反應程度較淺。因此,適當降低空速有利于汽包- ◎中壓蒸汽提高合成反應轉化率。目前老合成塔進(jìn)氣量為30。鍋爐給水萬(wàn)m'/h,空速為11000h~ "左右。若要串聯(lián)合成塔,為維持原有空速不變甚至更小，新增合成塔體積與。原料氣催化劑裝填量需與老合成塔相同甚至更大,同時(shí)相應的汽包等附件設施也需與老系統相同甚至更大。2)并聯(lián)系統。若采用并聯(lián)方式連接,則原料氣可分為兩部分分別進(jìn)人新老合成塔。為獲得較高的o出口氣CO轉化率,設計老合成塔空速較低,為7500 h"',經(jīng)老合成塔新合成塔計算可知新合成塔催化劑裝填量為13.0m'。圖2新老塔并聯(lián)工藝流程兩種方案對比見(jiàn)表4。3改造效果表4兩種方案對比改造后焦爐煤氣量與甲醇產(chǎn)量見(jiàn)表5,橫管式項目新增合成新塔催化劑 新增設備投空速/h-'煤氣冷卻器投用后的運行參數見(jiàn)表6。塔直徑/m裝填量/m} 資/萬(wàn)表5改造后焦爐煤氣量與甲醇產(chǎn)量串聯(lián)系統3.626.590011000并聯(lián)系統13.05007500日焦爐煤氣量/(萬(wàn)m' .d)甲醇產(chǎn)量/(t.d-1)2012年1月156. 05747由表4可知,新增合成塔與老塔并聯(lián)的方式空2012年2月166. 0053速較低,為7500h"',更有利于提高CO轉化率,且新2012年7月152. 457322012年8月152. 23738合成塔直徑與催化劑用量均較小，設備投資與日常表6橫管式煤氣冷卻器投 用后的運行參數橫冷器進(jìn)口煤氣橫冷器出口煤氣新鮮水上水新鮮水回水日期壓力/kPa溫度/9壓力/kPa溫度/C壓力/MPa溫度/C2012-08-030.55.117.90. 5718.00.5125.12012-08-0510. s28.9.318.20. 5s518.322. 62012-09-129.727.8.617. 60.470.3720. 62012-09- 141.029.9.17.50. 5317.60. 46表7新增合成塔 前系統運行效果原料氣(合成塔進(jìn)口)循環(huán)氣(合成塔出口)CO轉產(chǎn)量/φ(C0)φ(N2)φ(CH4) o(CO2)φ(CO)φ(N2)中(CH4) φ(CO2)化率(t.d吉)2011-09-017. 0611.783.764.516. 078.413.084.37347402011-09-117. 4812.014.974. 184.846.943.223.46732011-09-127. 3512.054.444.134.916.742.683.62407422011-09-137. 4012. 034. 996. 792.693.71174平均7. 3211.974.424.255.202.923.790由表5可知，夏季焦爐氣壓縮機打氣量由2011器投用后效果明顯,2012年9月,焦爐煤氣進(jìn)氣溫年的142.29萬(wàn)m'/d增至152.23萬(wàn)m'/d,平均每.度達到29.6C,而橫管式煤氣冷卻器出口溫度只有天增加打氣量約10萬(wàn)m' ,夏季甲醇產(chǎn)量較2011年17.5 C。新增合成塔前后系統運行效果見(jiàn)表7、表同期提高50.33 Vd。由表6可知，橫管式煤氣冷卻8,新增合成塔后出口氣體(循環(huán)氣)中有效氣體成712014年第2期潔凈煤技術(shù)第20卷分CO和CO2平均體積分數均明顯降低,分別由改0. 85% ,CO單程轉化率平均值由40%增至78%,平造前的5.20%和3. 79%降至改造后的0. 78%和均每天增加甲醇產(chǎn)量29t,達到預期目的。表8新增合成塔后 系統運行效果%原料氣(合成塔進(jìn)口)循環(huán)氣(合成塔出口)CO轉產(chǎn)量/日期φ(C0) q(N2) q(CH4) o(CO2p(CO)φ(N2) o(CH,) o(CO2)化率(1門(mén))2012 - 09-013.217.905.55 .1.530.83 .9.256.440.9278752012-09-113.18.9.00 .5. 621. 500.8410. 326.400. 907642012-09-123.029.355.331.450.7510. 726. 090.877702012-09-132. 928. 895.711.340. 7010. 306.470.727968平均8.795.551.460.7810.156.350.85769(3):3-5,97.4結語(yǔ)[5]蔡東方王黎,徐靜,等.煤制天然氣煤氣化技術(shù)的研究現狀及分析[J].潔凈煤技術(shù)2011,17(5):44-47-焦爐煤氣制甲醇工藝改造后,甲醇產(chǎn)量明顯提[6]劉思明.關(guān)于我國煤氣化技 術(shù)進(jìn)展和升級發(fā)展方向的思考[J].高。增加橫管式煤氣冷卻器后,夏季高溫時(shí)焦爐煤化學(xué)工業(yè),2013,31(8):7-19.氣溫度得到有效控制,有效降低了溫度對煤氣體積7] 王育紅.利用焦爐媒氣作合成氣生產(chǎn)甲醇的探析[J].河南冶的影響。對焦爐氣壓縮機進(jìn)行擴缸改造,夏季焦爐金2005,13(5):19-20.氣壓縮機打氣量由142.29 萬(wàn)m'/d增至152. 23萬(wàn)[8]汪家銘 利用焦爐煤氣制取氮肥和甲醇概況[J].小氮肥設計技術(shù)206,27(1):18-19.m/d,平均每天增加打氣量約10萬(wàn)m' ,夏季甲醇產(chǎn)9]李昆瑜.CO2的應用及產(chǎn) 品開(kāi)發(fā)[].天然氣化工，196,21(3):量提高50. 33 Vd。新增合成塔- -臺 ,采用與老合成40-43.塔并聯(lián)的方式進(jìn)行連接,改造后出氣體中有效成[10]吳昊.應對二氧化碳濃度 上升問(wèn)題的研究:CO2的捕獲、儲分CO. CO2單程轉化率明顯提高,馳放氣中碳含量存與利用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2008, 18(8):5-11.明顯降低,平均每天增加甲醇產(chǎn)量29 t。[11]薛祖源甲醇生產(chǎn) 發(fā)展機遇和潛在市場(chǎng)風(fēng)險探討[].現代化工,2008 ,28(8):1-9.參考文獻:[12]蘇風(fēng)林,陳艷春 ,劉麗涵.綜合開(kāi)發(fā)利用二氧化碳變廢為寶減[1]陳貴鋒, 俞珠峰,成玉琪.中國煤炭加工技術(shù)發(fā)展的思考[J].潔少污染[J].黑龍江環(huán)境通報,200 ,31(4) :93-95.凈煤技術(shù)2001,7(1):9-13.[13] 張晶,孫顯鋒,喬 婧,等合成氣制芳烴研究進(jìn)展[J].潔凈[2]譚靜,王乃繼,肖翠微， 等.煤制天然氣鎳基催化劑的研究進(jìn)煤技術(shù)2013,19(5):60-62 ,67.展[J].潔凈煤技術(shù),2011,17<2):43-53.[14]陳艷麗 ,陳慧勇.甲醇化I技術(shù)概述[J].山東化工,2007,36[3]谷紅偉,邢秀 云煤制天然氣展望[]煤質(zhì)技術(shù)201(3):50-(3) :28-30.3.[15]魯 東霞.以煤制甲醇的清潔生產(chǎn)技術(shù)[J].中國資源綜合利用，[4]楊明.煤制天然氣現狀及發(fā)展建議[J].潔凈煤技術(shù),2011,172005(11):8-11.(.上接第68頁(yè))[9] 劉鈞,李建偉,趙 曉,等煤化工多聯(lián)產(chǎn)系統中的煤氣化過(guò)程模擬[J].化學(xué)I程師,2009,160(1):21-23.[2]苗真勇 ,韓甲業(yè)美國煤氣化工藝現狀及對中國氣化技術(shù)的啟示[J].煤炭I程,007(10):97999[10] 張宗飛,湯連英, 呂慶元,等.基于A(yíng)spen Plus的粉煤氣化模擬[3]王輔臣,于廣鎖,龔 欣， 等.大型煤氣化技術(shù)的研究與發(fā)展[J],化肥設計,46(3):14-18.[J].化工進(jìn)展2009,28(2):173-180.0[11] 王輔臣,龔 欣,劉海峰 ，等.Shell粉煤氣化爐的分析與模擬[4]許世森,張東亮,任 永強大規模煤氣化技術(shù)[ M].北京:化學(xué)工[].大氨肥2000,25 (6) :381-384.[12] 吳學(xué)成， 王勤輝,駱仲泱,等氣化參數影響氣流床的模擬研究業(yè)出版社,2006.[5] 武利軍,周 靜,劉路,等.煤氣化技術(shù)進(jìn)展[J].潔凈煤技術(shù)，(I)一模型建 立及驗證[J].浙江大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版,004,2002,8(1) :30-34.38(10) :1361 - 1366.6] 汪家銘.Shell煤氣化技術(shù)及其在我國的應用[J].煤炭加工與[13] 代正華,龔 欣,王輔臣 ,等氣流床粉煤氣化的Gibbs自由能綜合利用,2007<2) :37-39.最小化模擬[].燃料化學(xué)學(xué)報,2005,32(2):129-133.7]唐宏青.煤化工工藝技術(shù)評述及展望[J],燃料化學(xué)學(xué)報,001,[14] 焦樹(shù)建. 干法供煤和水煤漿供煤的氣化爐性能之比較[J].燃29(1) :1-5.氣輪機技術(shù)200,1(2):2-7.8]陳 鵬.中國煤炭性質(zhì) 、分類(lèi)和利用[ M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)[15] 韓梅德士古與殼牌兩種煤氣化技術(shù)的比較[].煤炭加工出版社,2006.與綜合利用，19(1);15-17.7