焦爐氣制甲醇方案的比較與選擇

第6期王良輝焦爐氣制甲醇方案的比較與選擇23(如CH、N2等),惰性氣含量太高不僅對甲醇合國內外以天然氣為原料的甲醇裝置，通常用成無(wú)益,而且會(huì )增加合成氣體的壓縮功耗,降低天然氣蒸汽轉化法制得合成氣，R=2.9~2. 95。有效成分的利用率。因此,焦爐氣催化純氧轉化制得的合成氣中雖然因此，用焦爐氣制甲醇首要的工作就是“除氫氣過(guò)剩，但比天然氣蒸汽轉化法制得的甲醇合毒”，將對甲醇合成催化劑有害的物質(zhì)脫除到甲成氣要好,完全可以滿(mǎn)足甲醇合成的需要。醇合成催化劑要求的精度;其二是盡量減少惰性轉化催化劑主要活性組分為Ni, Ni 對硫化組分的含量。脫除毒物的方法根據系統方案的不物非常敏感。硫化物會(huì )與Ni迅速反應，生成同而有所差別，而降低惰性組分含量主要是采取NiS,而使催化劑失去活性，且無(wú)法再生。因此，將烴類(lèi)再轉化的方法，使其轉化為對甲醇合成有焦爐氣進(jìn)人轉化爐之前,必須將其中大量硫化物用的組分,同時(shí)達到降低合成氣中惰性組分的目脫除到轉化催化劑對硫精度的要求。這就是焦爐的。為使合成氣的氫碳比盡量靠近甲醇合成最佳氣進(jìn)入催化轉化爐前首先采取- - 系列脫硫措施的氫碳比例,使甲醇合成在較理想的氣體成分下進(jìn)原因。行,焦爐氣中烴類(lèi)的轉化主要可選用催化純氧轉焦爐氣和氧氣人爐前須與蒸汽按一定比例混化和無(wú)催化純氧轉化2種。選用的轉化方法不配。為了防止水蒸氣冷凝,焦爐氣和氧氣均需加熱到蒸汽露點(diǎn)以上,因而系統中必須設焦爐氣和同，最終形成的工藝系統差別較大。氧氣加熱設備(一般為加熱爐，以焦爐氣或甲醇2催化純氧轉化弛放氣為燃料)。.2.1工藝流程為了防止液狀或固狀物質(zhì)進(jìn)人高速運轉的離四川天-科技股份有限公司正在設計建設的心式焦爐氣壓縮機，損壞壓縮機轉子,設置了變山西焦化120 kt/a以焦爐氣為原料的甲醇生產(chǎn)裝溫吸附系統,通過(guò)吸附脫除焦爐氣中夾帶的大部置采用催化純氧轉化方案,其工藝流程見(jiàn)圖1。分焦油、蔡、粉塵等雜質(zhì)。如果焦爐氣采用活塞式壓縮機，則可以不設這個(gè)系統。焦護氣霞累一貫陽(yáng)一一隔招的一預期一廂貿飄焦爐氣中硫的形態(tài)比較復雜，轉化之前采取一透翻一暨數一←有他作化一加熱的一-系列脫硫措施只能滿(mǎn)足轉化催化劑的要求，而甲醇合成催化劑對硫含量的要求還要高一-些。醫圖一圓一■.加熱因此,轉化后必須再設精脫硫,以滿(mǎn)足甲醇催化劑對硫含量的要求。實(shí)踐證明,轉化前未脫除的.馳放氣產(chǎn)品精甲壁甲醇庫份離硫(主要是噻吩)經(jīng)轉化過(guò)程的高溫環(huán)境后,已全↑空氣部轉化為易于脫除的H2S和COS,此時(shí)將轉化氣圖1催化純氧轉化工藝流程中總硫脫除到甲醇合成催化劑的要求很容易。甲醇弛放氣除部分用作加熱爐燃料外，尚有2.2 過(guò)程特點(diǎn)焦爐氣催化純氧轉化工作原理:焦爐氣中的很大部分的富余，可以設置尾氣燃氣鍋爐，以甲氫氣首先與氧氣在轉化爐頂部空間發(fā)生燃燒反醇弛放氣為燃料,產(chǎn)生中壓過(guò)熱蒸汽作壓縮機透應，通過(guò)燃燒消耗完加人的氧氣后,產(chǎn)生的熱量平動(dòng)力,全系統蒸汽完全能滿(mǎn)足自給。甲醇弛放貯存在混合燃燒氣中,隨即進(jìn)人轉化爐中下部的氣也可以考慮送回煉焦爐作燃料,頂替出部分煉催化劑床層,借助混合燃燒氣帶入的熱量,烴類(lèi)焦爐用焦爐氣送甲醇生產(chǎn)系統，可使甲醇裝置能與同時(shí)從轉化爐頂部加人的水蒸氣發(fā)生轉化反力增大,但必須從界外或自設燃煤鍋爐提供動(dòng)力應，生成對甲醇合成有用的H、00、CO2組分。蒸汽。該方法成熟、可靠,有成功的借鑒先例.(如天然氣純氧二段轉化),轉化爐燒嘴使用周期轉化氣組成(體積分數)為: c 15.539 5%;可達1年以上。0O28.289 0%; H2 71.857 1%; N2 3.211 6%;2.3關(guān)鍵工藝 技術(shù)和設備CH4 0.668 9%; H2O0.434 0%; E= 100%。2.3.1焦爐氣濕法脫硫氫碳比: R= n(H -002)/n(CO+ 002)=2.67。.焦爐氣可采用合成氨廠(chǎng)常用的濕法脫硫方，24●化肥設計2004年第42卷法，脫硫催化劑可采用PDS+ ADA等混合型催知識產(chǎn)權的絕熱等溫混合型管殼式低壓合成反應化劑，這樣有利于硫化氫的脫除。濕法脫硫后焦器，合成轉化率高，壓縮功耗比傳統高壓法合成爐氣中的硫化氫含量在20 mg/m3以下，同時(shí)可甲醇大為降低,粗甲醇中雜質(zhì)含量少,有利于甲脫除焦爐氣中約30% ~ 40%的有機硫,對后續的醇精餾。每生產(chǎn)1 t甲醇可副產(chǎn)約0.78 t壓力為精脫硫有利。2.6~3.9 MPa的中壓蒸汽,此蒸汽可用作轉化2.3.2焦爐氣精脫硫系統的工藝蒸汽。經(jīng)濕法脫硫后，焦爐氣中有機硫含量仍然較2.3.7甲醇精餾高,直接送入蒸汽轉化爐將使轉化催化劑很快中精餾既可選用兩塔精餾，也可選用三塔精毒失活。進(jìn)入轉化爐前,焦爐氣中總硫必須脫至餾。兩塔精餾投資較省但能耗較高;三塔精餾投0.5X10~°以下。精脫硫的辦法是先將有機硫進(jìn)資較高但能耗較省。對于規模較大的裝置建議采行轉化,使其生成易于脫除的硫化氫，再用固體用三塔精餾工藝。精餾所需熱源既可采用回收中脫硫劑吸收。有機硫的轉化采用鐵鉬催化劑，在壓蒸汽后轉化氣的低位余熱,也可以采用壓縮機300~ 400 C下使有機硫加氫轉化為硫化氫，固.透平抽出的背壓低壓蒸汽。體脫硫劑可采用便宜的但硫容較低的錳礦或價(jià)格3無(wú)催化純氧轉化較貴但硫容較高的氧化鋅。2.3.3焦爐氣催化純氧轉化3.1工藝流程采用圓筒式一段純氧轉化爐,爐體為鋼結構四川天一科技股份有限公司正在設計建設的+耐火絕熱材料+冷卻水夾套:爐內裝二段轉化山西交城600 kt/a以焦爐氣為原料的甲醇生產(chǎn)裝催化劑,爐頂部為四川天- -科 技股份有限公司開(kāi)置采用無(wú)催化純氧轉化方案,其工藝流程見(jiàn)圖2。發(fā)的蒸汽冷卻套中心管式燒嘴。轉化所需熱量通崖←務(wù)一空氣過(guò)氧氣與焦爐氣中的氫氣發(fā)生部分燃燒反應提氧氣供，燃燒后的高溫氣體在催化床層發(fā)生甲烷與蒸焦爐氣魔翻一疆0-一暨翻一番勢固汽的轉化反應。轉化爐出口溫度約980 C,殘余甲烷體積分數約0. 4%。甲賽用一罐圜一一醫圜一寐圍一饜美2.3.4氣體壓縮甲醇壓縮機可以是活塞式,也可以是離心式,根品. 地放氣田精甲醇據裝置規模大小及業(yè)主的要求而定。較大規模的圖2無(wú)催化純氧轉化工藝流程裝置(如100 kt/a以上)建議采用離心式壓縮機, .3.2過(guò)程特點(diǎn)而小型裝置則可選用活塞式壓縮機。如果采用離心式壓縮機,焦爐氣進(jìn)壓縮機之焦爐氣無(wú)催化純氧轉化工作原理:焦爐氣與前最好用變溫吸附的方法將焦爐氣中的焦油、氧氣首先在轉化爐上部發(fā)生- - 次燃燒反應,生成萘、粉塵大部分除去，以防這些可形成液狀或固002和H2O,同時(shí)反應物料溫度急劇升高，隨即.狀的物質(zhì)進(jìn)入高速運轉的離心式焦爐氣壓縮機，進(jìn)入轉化爐中下部空間發(fā)生烴類(lèi)蒸汽轉化和變換等反應,最終使焦爐氣中的烴類(lèi)絕大部分轉化為損壞壓縮機轉子。對甲醇合成有用的H、CO、0O2組分。2.3.5轉化氣干法精脫硫轉化氣中硫含量已很低,而且主要是H2S和轉化氣組成(體積分數): CO 25. 177 6% ;COS,采用“夾心餅”式脫硫方法很容易達到甲醇CO24.5280%; H2 65.761 2%; N2 3.981 7%;CH 0.431 5%; H200.120 0%; E= 100%;氫.合成催化劑的要求。2.3.6甲醇合成碳比: R= n(H2 -CO2)/n(CO+ CO2)=2.06。甲醇合成依托四川天一科技股份有限公司開(kāi)對甲醇合成而言,這是非常好的合成氣,不發(fā)的具有國際先進(jìn)水平的XNC- 98低壓甲醇合僅氫碳比達到合成甲醇要求,而且CO2含量也控成催化劑，合成壓力根據裝置規模而定,可以在制在較低水平，合成生成的水分較少,精餾所消5.0~8.0 MPa之間選擇。合成塔采用具有自主耗的能耗可以降低。轉化消耗的氧氣比催化純氧.28，化肥設計2004年第42卷Re = duplμ= (0.02X15X1.183 5)/[21 298X1. 146 4(35 C比重)]/(3 600X1.885X10~5=18 8360.512)= 13.247 kg/m2 .sa;=0.02xλ/d; X Rei:8=71.42空氣阻力: OH =0.085 3X (13.247)1.82 x4(2)管間給熱系數的計算(蒸汽給熱)=402 Pa管壁溫度: T. = T- Q/(a;.S;)3.3母液蒸發(fā) 器的選用= 120- (831320x10)/(71.42X處理量為1.47 t/h,出口0.528 t/h; 蒸發(fā)出3 600X1 374X3.14X0.02)W為0.937 th、120 C飽和蒸汽。選用升膜式=116 C真空蒸發(fā)器。冷凝液膜溫度: (120+ 116)/2=118心,說(shuō)明管在試驗中當真空度為26.7 kPa時(shí)溶液的沸外給熱系數非常大, 1/ao≈0。點(diǎn)約90 C,經(jīng)過(guò)計算(K=1 200),熱負荷為:管內污垢熱阻: R.; =0.000 4 m?C/WQ≈2258X0.937X 10*/HX 1.05(Ql)=2 434x 10° J/h .管外污垢熱阻: R。=0.000 1 m2C/WKS.△tm =Q.S。=676X 102/(1 200>25)K。= 1/(d./(a;'d;)+ R,;Xd.ld;+ b/AX=22.5 m2do/dm + R。+0=55蒸發(fā)器的蒸汽用量: 937 kg/h x2258(100 C水故選翅片管式換熱器。p=0.2 MPa,蒸汽的Th=120 C, F= (50的汽化熱)= DX2205D = (937X2 258X1.05)/2 205- 20)/(120- 20) =0.3,根據樣本圖表查得F==1 008 kg/h≈1 t/h0.65時(shí)選擇4排排管。表面風(fēng)速6.15 m/s,空氣3.4 反應器、冰機和結晶槽的選用體積修正系數為(0 C)0.93,則理論風(fēng)量G和反應器選用蒸汽夾套的搪瓷反應罐,處理能所需受氣表面積F。如下:力為2.58t/h,可用2個(gè)3.5m'的反應罐。.G=21 298x0. 93= 19 807 m'/h冰機的處理能力為2.85t/h,冷卻負荷為F。= 198 07/(3 600x6.15)=0. 894 6由表查得選GL4-12- 78較合適,其受風(fēng)4.178X2 850/3 600=3.3 kW,可選用標準風(fēng)機。結晶槽為自制帶攪拌不銹槽約6m3。，表面積0. 963 m2 ,凈通風(fēng)面積0.521 m2。, 收稿旦期: 2004-10-02(上接第25頁(yè))甲醇裝置建設投資估算萬(wàn)元5結語(yǔ)指標名稱(chēng)催化轉化無(wú)催化轉化(1)焦爐氣是很好的甲醇生產(chǎn)原料,充分利濕法脫硫系統1870用煉焦裝置副產(chǎn)的焦爐氣生產(chǎn)甲醇,一方面可以.預處理系統210部分緩解我國日益嚴峻的能源形勢;另- -方面為壓縮系統8 340精脫硫及純氧轉化系統4 5809 090眾多煉焦企業(yè)廢物綜合利用開(kāi)辟- - 條有效途徑。甲醇合成系統4 0403 860(2)焦爐氣生產(chǎn)甲醇過(guò)程中各單元系統技術(shù)甲醇精餾系統2 490成熟可靠,完全具備全系統工業(yè)化條件。甲醇罐區及裝車(chē)站1 030空分、氧壓、氮壓系統6 98011 800(3)焦爐氣轉化制甲醇合成氣,既可采用催泡沫消防站120化純氧轉化,也可采用無(wú)催化純氧轉化。催化純外管道系統970氧轉化凈化系統較復雜,但各單元技術(shù)更成熟可主控化驗辦公樓180分析化驗707(靠;無(wú)催化純氧轉化凈化系統相對簡(jiǎn)單，流程較變配電站11011短,但成熟可靠程度不如催化純氧轉化,主要問(wèn)界內給排水560題是轉化爐燒嘴使用壽命較短?？倛D及運輸2 310合計34 06043 010 _(4)在目前階段,建議優(yōu)先選用催化純氧轉注:以上費用中沒(méi)有包含公用工程投資費、土地征用費、技術(shù)化制甲醇合成氣,待無(wú)催化純氧轉化爐的燒嘴問(wèn)費、工程設計費、建設單位管理費、利息、預備費等未提及題根本解決(壽命至少1年)后，可優(yōu)先選用無(wú)催的多項費用?；冄蹀D化制甲醇合成氣。收稿日期: 2004-09-10