張猛

(山西焦煤五麟公司甲醇廠(chǎng)，山西 汾陽(yáng) 032200)

氣體成分對(duì)甲醇生產(chǎn)的影響及對(duì)策

張猛

(山西焦煤五麟公司甲醇廠(chǎng)，山西 汾陽(yáng) 032200)

從山西焦煤五麟公司甲醇生產(chǎn)的實(shí)際運(yùn)行出發(fā)，針對(duì)不同焦?fàn)t煤氣氣體成分時(shí)甲醇的生產(chǎn)情況，分析了氣體成分對(duì)甲醇產(chǎn)量的影響，并提出解決措施，以?xún)?yōu)化甲醇的生產(chǎn)運(yùn)行。

甲醇;氣體成分;水氣比

山西焦煤五麟公司甲醇廠(chǎng)甲醇生產(chǎn)工藝由山西賽鼎公司設(shè)計(jì)，規(guī)模為10萬(wàn)t/a。甲醇生產(chǎn)的原料氣來(lái)自本公司焦化廠(chǎng)。隨焦炭市場(chǎng)供需關(guān)系的變化，焦炭產(chǎn)品的品種會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)也造成了焦?fàn)t煤氣成分的變化，直接影響了甲醇的生產(chǎn)運(yùn)行。為了適應(yīng)焦化廠(chǎng)的變化，我們針對(duì)氣體成分的變化進(jìn)行分析，并提出解決方案，以保證甲醇生產(chǎn)高效運(yùn)行［1－2］。

1 生產(chǎn)不同焦炭時(shí)原料氣和甲醇生產(chǎn)過(guò)程氣體成分變化

取半個(gè)月生產(chǎn)1#焦炭和2#焦炭時(shí)原料煤氣和生產(chǎn)甲醇過(guò)程氣體分析數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

從表1中可以看到，生產(chǎn)2#焦炭時(shí)，氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)增加了約1%;甲烷體積分?jǐn)?shù)降低了3%;一氧化碳體積分?jǐn)?shù)升高了9.22%，是1#焦炭的2.4倍;二氧化碳體積分?jǐn)?shù)升高了3.66%，是1#焦炭的2倍;氫氣體積分?jǐn)?shù)降低了10.5%;總碳增加了9.57%。生產(chǎn)1#焦炭時(shí)的焦?fàn)t煤氣為設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)甲醇生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件，生產(chǎn)2#焦炭的焦?fàn)t煤氣為非標(biāo)準(zhǔn)條件。

表1 氣體組分表%

2 生產(chǎn)不同焦炭時(shí)甲醇生產(chǎn)過(guò)程工藝指標(biāo)變化［3－4］

生產(chǎn)1#焦炭和2#焦炭時(shí)，甲醇生產(chǎn)過(guò)程工藝指標(biāo)變化情況見(jiàn)表2。

表2 工藝指標(biāo)變化表

2.1 轉(zhuǎn)化水氣比

轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式見(jiàn)式(1)～(3)。

從反應(yīng)式(3)分析，為了減少CO與水蒸氣反應(yīng)生成CO2，可以通過(guò)減少水蒸氣的量進(jìn)行控制。因此，2#焦炭生產(chǎn)期間降低了蒸汽加入量，水氣比由0.70降至0.58。

降低水氣比能夠降低CO2濃度，但水氣比調(diào)節(jié)幅度有限。一是因?yàn)?，水蒸氣是甲烷轉(zhuǎn)化為CO的反應(yīng)物，水蒸氣不能太少;二是因?yàn)?，水氣比過(guò)低，容易造成催化劑析炭，影響催化劑活性。同時(shí)，調(diào)節(jié)蒸汽量的同時(shí)，還需要兼顧催化劑床層溫度。

2.2 氧氣消耗量

轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱量由氫氣和氧氣的燃燒反應(yīng)提供，氧氣量的變化很快反應(yīng)在轉(zhuǎn)化爐出口溫度上。因此，加氧量是控制爐溫和轉(zhuǎn)化甲烷含量的手段。生產(chǎn)2#焦炭時(shí)，由于煤氣中甲烷含量降低，甲烷轉(zhuǎn)化需要的熱量減少以及蒸汽添加量減少，所以，轉(zhuǎn)化爐加入的氧氣量也相應(yīng)減少。

2.3 新鮮氣氫碳比

氫碳比的大小直接影響甲醇的產(chǎn)量，是甲醇生產(chǎn)中的一個(gè)重要工藝指標(biāo)。

新鮮氣的組成如下:

理論要求:n(H2－CO2)/n(CO+CO2)=2.05～2.15

實(shí)際為:n(H2－CO2)/n(CO+CO2)=2.63

理論要求新鮮氣氫碳摩爾比為2.05～2.15。生產(chǎn)1#焦炭時(shí)新鮮氣氫碳比為2.71，氫氣過(guò)剩;生產(chǎn)2#焦炭時(shí)，新鮮氣氫碳比為1.66，氫氣嚴(yán)重不足。2種狀況均不是理想的合成氣，前者需要補(bǔ)碳，后者需要補(bǔ)氫。但前者更接近實(shí)際生產(chǎn)值，后者相差較大。

2.4 合成塔入口氫碳比

合成塔入口氫碳摩爾比最好控制在5～6。氫碳比太低，副反應(yīng)會(huì)增加;氫碳比太高，能耗會(huì)增加。生產(chǎn)1#焦炭時(shí)，氫氣過(guò)剩，氫氣在合成系統(tǒng)快速積累，合成塔入口氫碳比高達(dá)11.87;生產(chǎn)2#焦炭時(shí)，氫氣不足，氫氣在合成系統(tǒng)快速減少，合成塔入口氫碳比低至1.27。2種狀況均不利于甲醇生產(chǎn)，并且合成操作只能通過(guò)加大馳放氣排放量才能改善合成塔入口氫碳比，不僅導(dǎo)致合成系統(tǒng)壓力低，不利于甲醇合成，而且增加了有效成分的流失，影響總碳轉(zhuǎn)化率。

2.5 合成氣CO、CO2單程轉(zhuǎn)化率和總碳轉(zhuǎn)化率

一般來(lái)說(shuō)，合成塔入口CO2體積分?jǐn)?shù)控制在6%以下，不超過(guò)8%。如果CO2濃度過(guò)高，不僅CO2反應(yīng)不充分，而且會(huì)抑制CO反應(yīng)生產(chǎn)甲醇。從表2可看出，生產(chǎn)1#焦炭時(shí)，CO單程轉(zhuǎn)化率達(dá)56.60%，CO2單程轉(zhuǎn)化率為28.64%，總碳轉(zhuǎn)化率為97.45%。生產(chǎn)2#焦炭時(shí)，CO單程轉(zhuǎn)化率達(dá)23.74%，CO2單程轉(zhuǎn)化率為－1.61%，總碳轉(zhuǎn)化率為70.23%。

生產(chǎn)2#焦炭時(shí)，總碳轉(zhuǎn)化率不高的原因，一是氫碳比低，氫氣不足;二是CO2含量太高，CO2沒(méi)有與氫氣反應(yīng)生產(chǎn)甲醇，降低了CO的轉(zhuǎn)化率。

2.6 惰性氣體含量

因生產(chǎn)2#焦炭時(shí)N2含量高，N2在合成系統(tǒng)積累更快，故惰性氣體含量增加。惰性氣體增加，會(huì)降低CO、CO2與H2的分壓，對(duì)甲醇的合成反應(yīng)不利，而且增加了壓縮機(jī)的動(dòng)力消耗。

2.7 對(duì)甲醇產(chǎn)量的影響

按總碳轉(zhuǎn)化率估算，生產(chǎn)2#焦炭時(shí)對(duì)甲醇產(chǎn)量的影響約為:

從生產(chǎn)甲醇的各項(xiàng)過(guò)程指標(biāo)進(jìn)行分析，生產(chǎn)2#焦炭和1#焦炭時(shí)，生成的焦?fàn)t煤氣對(duì)甲醇的產(chǎn)量影響比較明顯。因此，焦?fàn)t煤氣的成分對(duì)甲醇的生產(chǎn)有較大的影響。

3 改善措施

1)控制好轉(zhuǎn)化水氣比。蒸汽加入量越多，產(chǎn)生的CO2含量越高，而水氣比的調(diào)節(jié)還要考慮CH4的轉(zhuǎn)化過(guò)程和轉(zhuǎn)化爐床層溫度的控制。應(yīng)盡可能減少蒸汽加入量，并將CO2體積分?jǐn)?shù)控制在10%以下。

2)保持轉(zhuǎn)化爐溫度穩(wěn)定(視情況適當(dāng)提溫)。因?yàn)樵谵D(zhuǎn)化爐上層空間的反應(yīng)主要是O2和H2、CO、CH4發(fā)生燃燒反應(yīng)，在此燃燒過(guò)程中也將帶來(lái)大量的CO2?？刂坪醚鯕獾募尤肓亢统隹诩淄楹?，并盡量降低出口甲烷含量，可以降低合成系統(tǒng)惰性氣體含量。

3)總結(jié)探索最佳合成惰性氣體含量指標(biāo)，將氫碳比和系統(tǒng)壓力控制在利于反應(yīng)的范圍，提高CO、CO2轉(zhuǎn)化率。

4)適當(dāng)提高合成塔出口溫度，提高總碳轉(zhuǎn)化率。但幅度不宜過(guò)大，應(yīng)充分考慮催化劑使用壽命。

5)盡量提高煤氣中甲烷含量，降低N2含量。

6)調(diào)整焦?fàn)t煤氣氫碳比，加強(qiáng)對(duì)配煤的管理。

4 結(jié)論

不同煤氣的氣體成分對(duì)甲醇生產(chǎn)具有直接影響，為保證甲醇的產(chǎn)量，應(yīng)該嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)的操作。同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)，總結(jié)合適的氣體成份，合理配煤，以達(dá)到甲醇高效生產(chǎn)。

［1］李少華，王啟民，肖顯斌，等.循環(huán)流化床鍋爐飛灰殘?zhí)嫉纳杉捌涮幚恚跩］.熱能動(dòng)力工程，2007，22(1): 52－56.

［2］王鶯歌.大型電站鍋爐飛灰含碳量的調(diào)整與控制［J］.東北電力技術(shù)，2007，28(11):24－27.

［3］皺德普.飛灰含碳量高的原因分析及對(duì)策［J］.東北電力技術(shù)，2005，26(1):29－31.

［4］何晉，杜瑞銘，聶利輝.鍋爐飛灰含碳量偏高原因分析及處理對(duì)策［J］.熱力發(fā)電，2003，32(9):32－33.

The effects of gas composition in methanol production and countermeasures

ZHANG Meng

(Methanol Plant of Shanxi Coking Coal Wulin Company，F(xiàn)enyang Shanxi 032200，China)

Based on the actual operation of methanol production in Shanxi Coking Coal Wulin Company，according to methanol production with different gas composition from coke oven，this analyzed the influence of gas components on methanol production，and put forward corresponding solving measures to optimize production operation of methanol.

methanol;gas composition;water vapor ratio

TQ223.1

A

1004－7050(2016)06－0090－03

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.28

2016－06－23

張 猛，男，1981年出生，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事甲醇生產(chǎn)工作。