張 杰

(山西焦煤集團(tuán)五麟煤焦開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 032200)

甲醇生產(chǎn)中幾種原料造氣補(bǔ)碳的對(duì)比分析

張 杰

(山西焦煤集團(tuán)五麟煤焦開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 032200)

由于焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)甲醇時(shí)氫碳比低，需生產(chǎn)水煤氣進(jìn)行補(bǔ)碳，通過(guò)對(duì)固定床造氣爐使用小塊冶金焦、無(wú)煙塊煤及半焦原料生產(chǎn)的補(bǔ)碳水煤氣有效氣體成分、生產(chǎn)成本情況進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出山西某甲醇廠(chǎng)使用小塊冶金焦作為補(bǔ)碳原料制氣是較為經(jīng)濟(jì)合理的選擇。

補(bǔ)碳；小塊冶金焦；無(wú)煙塊煤；半焦；有效氣體

以焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)甲醇時(shí)，由于氫碳比高于甲醇合成所需的理想比例(2.05∶1.00)，導(dǎo)致氫氣浪費(fèi)，通過(guò)補(bǔ)碳的方式來(lái)達(dá)到提高氫氣利用率，進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)增效的目的。補(bǔ)碳的方法有煙道氣回收二氧化碳補(bǔ)碳、氣化法造氣補(bǔ)碳、購(gòu)買(mǎi)純CO2補(bǔ)碳和閃蒸氣補(bǔ)碳等4種方式[1]。山西某甲醇廠(chǎng)主導(dǎo)產(chǎn)品是冶金焦，結(jié)合自身實(shí)際，采用自產(chǎn)的冶金焦為原料，利用固定床常壓UGI爐生產(chǎn)水煤氣補(bǔ)碳，補(bǔ)碳裝置主要包括固定床造氣裝置、壓縮裝置、煤氣凈化裝置等。

甲醇合成所需原料氣焦?fàn)t氣、水煤氣組分情況分別見(jiàn)表1和表2。

表1 焦?fàn)t煤氣的組分情況

表2 水煤氣的組分情況

固定床造氣是利用空氣、蒸汽與小塊冶金焦或其他外購(gòu)原料，在造氣爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，制出甲醇補(bǔ)碳所需的水煤氣。

自2008年該廠(chǎng)造氣爐系統(tǒng)開(kāi)車(chē)以來(lái)，結(jié)合原料市場(chǎng)情況，造氣爐先后使用過(guò)25 mm～40 mm小塊冶金焦、無(wú)煙塊煤，得出了一些操作經(jīng)驗(yàn)。另外，通過(guò)外出考察的方式，對(duì)一些相關(guān)單位使用小塊冶金焦、無(wú)煙塊煤及半焦的情況也進(jìn)行了總結(jié)。

1 三種造氣原料比較

1.1 小塊冶金焦造氣

由原料性質(zhì)來(lái)看，小塊焦粒度均勻、機(jī)械強(qiáng)度好，灰熔點(diǎn)高、固定碳含量高，揮發(fā)分低，運(yùn)輸及輸送過(guò)程中破碎率低，使用時(shí)生產(chǎn)水煤氣的氣體成分好，特別適合于作為固定床造氣爐的原料，缺點(diǎn)為使用中對(duì)管道、設(shè)備的沖刷較厲害，影響管道、設(shè)備的使用壽命，日常應(yīng)注意加強(qiáng)維護(hù)[2]。25 mm～40 mm小塊焦的計(jì)入成本價(jià)格為1 399.76元/t。

1.2 無(wú)煙煤造氣

晉城、陽(yáng)城及沁水等地的無(wú)煙煤進(jìn)廠(chǎng)后經(jīng)過(guò)預(yù)處理(過(guò)篩、挑揀煤矸石及大塊破碎等工作)，也基本可以保持較好的粒度，其灰熔點(diǎn)較高，固定碳含量也較高，固定床造氣爐使用時(shí)也較合適，當(dāng)前為一般固定床造氣爐使用時(shí)的首選。在使用時(shí)，造氣爐的單爐煤氣產(chǎn)量及消耗同使用小塊焦時(shí)數(shù)值接近，但其缺點(diǎn)為機(jī)械強(qiáng)度較差。由于采購(gòu)控制、運(yùn)輸、輸送及預(yù)處理，往往會(huì)產(chǎn)生20%左右的煤末，造氣爐無(wú)法使用，造成很大的浪費(fèi)，在進(jìn)行成本比較時(shí)要考慮在內(nèi)；另外，其揮發(fā)分含量較高，所生產(chǎn)的煤氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)要高于使用塊焦時(shí)約1.0%～1.5%，對(duì)后工序的弛放氣排量大小有明顯影響。無(wú)煙煤進(jìn)廠(chǎng)后入爐前一般要進(jìn)行過(guò)篩、挑揀煤矸石及大塊破碎等預(yù)處理工作，需增加費(fèi)用，同時(shí)，考慮到冬季儲(chǔ)存的需要及生產(chǎn)過(guò)程中必要的庫(kù)存、預(yù)處理工作，需要相當(dāng)面積的場(chǎng)地及配備一定數(shù)量的人員。

據(jù)了解，在晉城、陽(yáng)城當(dāng)?shù)?5 mm～80 mm粒度無(wú)煙煤的坑口價(jià)格為1 300元/t左右，將出境費(fèi)及運(yùn)輸費(fèi)用考慮在內(nèi)，到我廠(chǎng)的價(jià)格在1 600元/t左右[3]。使用中所產(chǎn)生的20%的煤末，一般化肥企業(yè)都用于鍋爐燃料或用于制作煤棒，該廠(chǎng)無(wú)此類(lèi)用途，只能低價(jià)外銷(xiāo)，銷(xiāo)售所得可抵消預(yù)處理費(fèi)用，不再計(jì)算其價(jià)值。

1.3 半焦造氣

半焦一般為弱黏性煤(長(zhǎng)焰煤等年輕煙煤)的低溫干餾固體產(chǎn)物，其固定碳含量較高，其機(jī)械強(qiáng)度、揮發(fā)分含量等指標(biāo)與無(wú)煙煤相似。

半焦的主要產(chǎn)地是山西大同、陜西神木等地，大同當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)量不高，出廠(chǎng)價(jià)為1 307元/t，考慮到運(yùn)輸費(fèi)用，到我廠(chǎng)的價(jià)格應(yīng)在1 600元/t左右，神木半焦的當(dāng)?shù)貎r(jià)為950元/t，到我廠(chǎng)的價(jià)格應(yīng)為1 250元/t左右。使用半焦所產(chǎn)生的20%的焦末，與無(wú)煙煤末一樣，只能考慮低價(jià)銷(xiāo)售，不再考慮其價(jià)值。交通運(yùn)輸方式同樣以汽運(yùn)為主，使用時(shí)同樣需要相當(dāng)面積的場(chǎng)地及配備一定數(shù)量的勞務(wù)及管理人員。

從使用效果來(lái)看，由于半焦機(jī)械強(qiáng)度較差，輸送及裝卸過(guò)程中產(chǎn)生的焦末較多，將20%的焦末率考慮在內(nèi)進(jìn)行成本分析時(shí)成本方面并不具有明顯的優(yōu)勢(shì)；另一方面，由于半焦是由弱黏結(jié)性煤經(jīng)低溫干餾所制得，其灰熔點(diǎn)往往較低，用于固定床造氣爐生產(chǎn)

時(shí)極易在爐內(nèi)結(jié)疤、結(jié)塊，使氣化層的溫度無(wú)法提高，造成氣化強(qiáng)度較低，煤氣產(chǎn)量、質(zhì)量及消耗均受到影響，同樣爐型時(shí)，單爐產(chǎn)氣量?jī)H為使用塊焦的50%～70%，入爐成本反而高于使用塊焦時(shí)的成本。據(jù)了解，許多原來(lái)使用半焦的企業(yè)大多已停產(chǎn)或改換了原料，目前使用半焦的企業(yè)已寥寥無(wú)幾。

2 所產(chǎn)水煤氣組分對(duì)比

2.1 氣體成分比較(見(jiàn)表3)

從表3可知，冶金焦有效氣體成分含量(CO+H2)最高，為87.00%～90.22%；無(wú)煙煤次之，86.00%；半焦最差,為60.30%～77.70%。

2.2 經(jīng)濟(jì)性方面的比較

根據(jù)以上各單位的經(jīng)濟(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)，以該甲醇廠(chǎng)造氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為統(tǒng)一基數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的折算，從煤氣有效成分含量、單爐水煤氣產(chǎn)量、煤焦消耗、煤焦成本等4方面進(jìn)行了綜合比較，見(jiàn)表4。

表4 焦?fàn)t煤氣的組分情況

從表4可知，某甲醇廠(chǎng)結(jié)合自身實(shí)際，采用小塊焦生產(chǎn)的水煤氣成本相比還是最低的。

3 結(jié)論

由以上對(duì)比可見(jiàn)，以小塊冶金焦、無(wú)煙塊煤、半焦為原料利用固定床造氣爐生產(chǎn)水煤氣，小塊冶金焦制氣有效氣體(CO+H2)含量最高，可滿(mǎn)足甲醇生產(chǎn)φ(CO+H2)≥85%的工藝要求。具體對(duì)該廠(chǎng)而言，因?yàn)槊悍N取地的特點(diǎn)，無(wú)煙塊煤用于制氣的成本相對(duì)小塊冶金焦來(lái)說(shuō)基本無(wú)成本優(yōu)勢(shì)。因而，綜合考慮對(duì)我廠(chǎng)來(lái)說(shuō)用小塊冶金焦為原料制氣是較為經(jīng)濟(jì)合理的選擇。

[1] 張子鋒，張凡軍.甲醇生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2] 楊福升，齊淑芳.甲醇生產(chǎn)工藝與操作[M].北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1974.

[3] 宋維端,肖任堅(jiān)，房鼎業(yè)等.甲醇工學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991.

Comparison and analysis of several carbon supplement and gasification materials in methanol production

ZHANG Jie

(Shanxi Coking Coal Xishan Wulin Coal Coke Development Co., Ltd., Lvliang Shanxi 032200, China)

The methanol produced by coke oven gas has low hydrogen-carbon ratio, which requires water gas to supple carbon. Through comparison of effective gas and the production cost of water gas in carbon supplement produced by small metallurgical coke, anthracite and semi-coke in fixed bed gasifier, it is summed up that small metallurgical coke used as carbon supplement and gasification in a Shanxi methanol plant is a economical and reasonable selection.

carbon supplement; small metallurgical coke; anthracite; semi-coke; effective gas

2017-04-11

張 杰，男，1981年出生，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料專(zhuān)業(yè),大學(xué)本科，工程師。研究方向：煤化工技術(shù)管理。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.26

TQ546

A

1004-7050(2017)04-0078-02

專(zhuān)題討論