淺談煤制乙二醇裝置中CO耐硫變換工藝

李林

摘 要：乙二醇的英文簡稱是EG，它是一種非常重要的有機化工原料，主要在聚對苯二甲酸乙二醇酯、不飽和聚酯樹脂和防凍劑等生產中會應用到乙二醇。隨著時代的發展和社會經濟的進步，聚酯產業的發展速度越來越快，人們對于乙二醇的需求也越來越大。那么，乙二醇的生產方法就引起了人們的注意。文章簡要分析了煤制乙二醇裝置中CO耐硫變換工藝，希望可以提供一些有價值的參考意見。

關鍵詞：煤制乙二醇；一氧化碳；變換工藝

以往，都是用石油來生產乙二醇，然后經過乙烯催化氧化得到環氧乙烷，水合之后生成乙二醇。我國的石油資源并不豐富，隨著乙二醇需求的不斷增長，不僅石油短缺，乙二醇也出現了供應不足的問題。因此，人們就對非石油工藝路線產生了重視，這種工藝的原料是煤基合成氣，氧化偶聯制草酸二甲脂，然后加適量的氫，就合成了乙二醇。如果采用的原料是皖南煤，那么經水煤漿加壓氣化之后得到的粗煤氣中的氫氣和一氧化碳組成，不能滿足EG合成的需要，因此就需要采用一氧化碳變換工段來調整粗煤氣組成。

1 模擬設計要求及工藝方案

煤氣組成和變換反應及工藝要求：由水煤漿氣化車間供應乙二醇裝置的原料氣，煤氣經過除塵過濾之后，壓力為4.5MPa，溫度在220攝氏度，汽化比為1.5，總摩爾流量為1243kmol/h。眾所周知，在一定的溫度條件下，煤氣中的一氧化碳和水蒸氣在催化劑的作用下，就會發生變換反應，生成H2和CO2。反應方程式是這樣的：

CO+H2O——H2+CO2

變換流程方案設計：要想滿足后續EG合成工藝的要求，就需要對CO變換工段出口氣體中的H2和CO物質量的比例進行控制，一般保持在2。因此，變換流程可以采用兩種方案，一種方案是低汽氣比全氣量變化，另一種是高汽氣比部分變換。

在低汽氣比全氣量變換方面：一氧化碳變換反應是可逆放熱反應，從氣化裝置來的煤氣溫度是220攝氏度，汽氣比為1.5。那么如果直接在變換爐中引入氣化裝置來的粗煤氣，將會產生十分大的反應推動力，這樣就會導致一氧化碳發生深度變換以及催化劑床層超溫等情況。那么為了對一氧化碳變換率進行控制，保證反應溫度不會超出催化劑的承受范圍，就需要對變換反應的推動力進行減小。要想實現，只需要對變換爐進料氣體的汽氣比和人口溫度進行調節就可以。對水煤漿煤氣中的水氣含量進行調節，最優的辦法就是將廢熱回收換熱裝置設置在變換爐前，這樣既可以實現煤氣汽氣比降低的目的，又可以滿足變換要求，同時，這些出氣化裝置煤氣的低位熱能的低壓蒸汽又可以被有效的利用。目前，在國內的部分化肥廠中已經應用了這種工藝。

高汽氣比部分變換：因為水煤漿煤氣高汽氣比以及我國國產的寬溫域耐硫變換催化劑具有低溫活性的特點，那么就可以劃分化氣化裝置來的粗煤氣，通常分為兩股，將一股引入到變換爐內進行深度變換，另一股則走旁路，摻加到變換后的煤氣中，通過對變換氣量和旁路氣量的比例進行調節，以此來促使變換工段煤氣出口中的一氧化碳含量達到乙二醇生產工藝的要求。這種工藝流程具有較多的優勢，比如操作起來比較的簡單和方便，并且控制起來比較的容易，同時，煤氣的汽氣比也不需要大幅度的降低等等。但是，我們需要清晰的認識到，在一系列的優點的背后，也存在著一些缺點，那么就是脫硫系統中容易進入一些旁路氣中的有機硫，這些有機硫都是沒有經過變換的，這樣后續脫硫以及精脫的負荷就會得到大大的增加。

2 結果與討論

模擬物性方法和變換爐類型：水煤漿煤氣的組成主要是碳氫化合物和各種輕氣體，碳氫化合物主要指的是CH4，輕氣體主要包括H2、CO2等等，變換工段的氣體壓力甚至會達到4.5MPa，溫度在450攝氏度左右，基于這些特點，我們就可以將其認為典型的高溫高壓系統。如果設備溫度小于100攝氏度，那么就會有大量的水存在于煤氣混合物中，在以水為主要組分的液體中會溶解二氧化碳和NH3，發生化學反應，促使電解質溶液的形成。RK-A SPEN方程非常適合，因為它既可以將極性化合物的極性參數提供出來，又可以在極性組分和碳氫化合物的混合物以及中高壓條件下的輕氣體中適用，可以有效的符合于水煤漿煤氣的一氧化碳變換工段的模擬要求。因此，在本工段中溫度大于100攝氏度的設備模擬都采用RK_ASPEN狀態方程。

模擬結果：在全氣量變換模擬結果方面，為了滿足乙二醇的合成需要，就需要控制一氧化碳的變換率，通常保持在百分之四十左右。我們做出一個假設，假設在轉化率為百分之四十的條件下，可以全部轉化水氣，那么大于有0.19的汽氣比進入到變換爐內。為了對入爐汽氣比進行合理的選擇，就需要模擬不同汽氣比下的反應。通過模擬我們可以發現，選擇較低的汽氣比，一氧化碳的變換深度可以更好的控制，但是因為變換反應是可逆反應，熱力學平衡會在一定程度上起到制約的作用，因為一氧化碳的轉化率有要求，那么選擇的汽氣比就不能太低，如果選擇過低的汽氣比就會導致甲烷化副反應，造成催化劑床層飛溫。

因為一氧化碳變換是一種可逆放熱反應，那么溫度的升高會對一氧化碳變換反應起到抑制的作用；但是，容易變換爐入口有著較高的溫度，就會升高變換爐的氣體溫度，甚至會超出催化劑的耐受溫度極限，這樣就會導致催化劑燒結。如果汽氣比和變換率是一定的，對變換溫度進行改變，就可以得到出口溫度和入口溫度的關系。

在部分變換模擬結果方面，如果進入變換爐的氣體有著較低的溫度，并且有著較高的汽氣比，那么就會產生較大的變換反應推動力，催化劑活性會在很大程度上決定到一氧化碳的變換率。國產寬溫域耐硫變換催化劑耐工況有著較強的變化能力，一氧化碳變換率可以達到百分之八十。我們將變換爐內的一氧化碳變換率設置為百分之八十二，在模擬設定時，將因變量設置為物流中的一氧化碳摩爾含量，那么通過運算就可以得知，當控制變換工段氣體出口中一氧化碳含量在百分之二十時，分配器的分配情況為有總流量一半左右的氣化裝置送氣進入到變換爐內。

兩種方案模擬結果比較：通過上面所述的低汽氣比全氣量變換和高汽氣比部分變換，我們可以了解到雖然設置的是不同的流程，并且不同方案的出變換工段的氣體組成也存在著差異，但是差異并不是很大。全氣量變換得到氣體中一氧化碳的干基含量為百分之二十五，部分變換所得到氣體中一氧化碳的干基含量為百分之二十一，都滿足相關的要求。

3 結束語

本文通過具體的試驗分析了煤制乙二醇裝置中CO耐硫變換工藝，希望可以提供一些有價值的參考意見。

參考文獻

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