氣體成分對甲醇生產的影響及對策

張猛

(山西焦煤五麟公司甲醇廠，山西 汾陽 032200)

氣體成分對甲醇生產的影響及對策

張猛

(山西焦煤五麟公司甲醇廠，山西 汾陽 032200)

從山西焦煤五麟公司甲醇生產的實際運行出發，針對不同焦爐煤氣氣體成分時甲醇的生產情況，分析了氣體成分對甲醇產量的影響，并提出解決措施，以優化甲醇的生產運行。

甲醇;氣體成分;水氣比

山西焦煤五麟公司甲醇廠甲醇生產工藝由山西賽鼎公司設計，規模為10萬t/a。甲醇生產的原料氣來自本公司焦化廠。隨焦炭市場供需關系的變化，焦炭產品的品種會發生變化，同時也造成了焦爐煤氣成分的變化，直接影響了甲醇的生產運行。為了適應焦化廠的變化，我們針對氣體成分的變化進行分析，并提出解決方案，以保證甲醇生產高效運行［1－2］。

1 生產不同焦炭時原料氣和甲醇生產過程氣體成分變化

取半個月生產1#焦炭和2#焦炭時原料煤氣和生產甲醇過程氣體分析數據，見表1。

從表1中可以看到，生產2#焦炭時，氮氣體積分數增加了約1%;甲烷體積分數降低了3%;一氧化碳體積分數升高了9.22%，是1#焦炭的2.4倍;二氧化碳體積分數升高了3.66%，是1#焦炭的2倍;氫氣體積分數降低了10.5%;總碳增加了9.57%。生產1#焦炭時的焦爐煤氣為設計院設計甲醇生產的基礎條件，生產2#焦炭的焦爐煤氣為非標準條件。

表1 氣體組分表%

2 生產不同焦炭時甲醇生產過程工藝指標變化［3－4］

生產1#焦炭和2#焦炭時，甲醇生產過程工藝指標變化情況見表2。

表2 工藝指標變化表

2.1 轉化水氣比

轉化反應方程式見式(1)～(3)。

從反應式(3)分析，為了減少CO與水蒸氣反應生成CO2，可以通過減少水蒸氣的量進行控制。因此，2#焦炭生產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，但水氣比調節幅度有限。一是因為，水蒸氣是甲烷轉化為CO的反應物，水蒸氣不能太少;二是因為，水氣比過低，容易造成催化劑析炭，影響催化劑活性。同時，調節蒸汽量的同時，還需要兼顧催化劑床層溫度。

2.2 氧氣消耗量

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

2.3 新鮮氣氫碳比

氫碳比的大小直接影響甲醇的產量，是甲醇生產中的一個重要工藝指標。

新鮮氣的組成如下:

理論要求:n(H2－CO2)/n(CO+CO2)=2.05～2.15

實際為: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1#焦炭時新鮮氣氫碳比為2.71，氫氣過剩;生產2#焦炭時，新鮮氣氫碳比為1.66，氫氣嚴重不足。2種狀況均不是理想的合成氣，前者需要補碳，后者需要補氫。但前者更接近實際生產值，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，副反應會增加;氫碳比太高，能耗會增加。生產1#焦炭時，氫氣過剩，氫氣在合成系統快速積累，合成塔入口氫碳比高達11.87;生產2#焦炭時，氫氣不足，氫氣在合成系統快速減少，合成塔入口氫碳比低至1.27。2種狀況均不利于甲醇生產，并且合成操作只能通過加大馳放氣排放量才能改善合成塔入口氫碳比，不僅導致合成系統壓力低，不利于甲醇合成，而且增加了有效成分的流失，影響總碳轉化率。

2.5 合成氣CO、CO2單程轉化率和總碳轉化率

一般來說，合成塔入口CO2體積分數控制在6%以下，不超過8%。如果CO2濃度過高，不僅CO2反應不充分，而且會抑制CO反應生產甲醇。從表2可看出，生產1#焦炭時，CO單程轉化率達56.60%，CO2單程轉化率為28.64%，總碳轉化率為97.45%。生產2#焦炭時，CO單程轉化率達23.74%，CO2單程轉化率為－1.61%，總碳轉化率為70.23%。

生產2#焦炭時，總碳轉化率不高的原因，一是氫碳比低，氫氣不足;二是CO2含量太高，CO2沒有與氫氣反應生產甲醇，降低了CO的轉化率。

2.6 惰性氣體含量

因生產2#焦炭時N2含量高，N2在合成系統積累更快，故惰性氣體含量增加。惰性氣體增加，會降低CO、CO2與H2的分壓，對甲醇的合成反應不利，而且增加了壓縮機的動力消耗。

2.7 對甲醇產量的影響

按總碳轉化率估算，生產2#焦炭時對甲醇產量的影響約為:

從生產甲醇的各項過程指標進行分析，生產2#焦炭和1#焦炭時，生成的焦爐煤氣對甲醇的產量影響比較明顯。因此，焦爐煤氣的成分對甲醇的生產有較大的影響。

3 改善措施

1)控制好轉化水氣比。蒸汽加入量越多，產生的CO2含量越高，而水氣比的調節還要考慮CH4的轉化過程和轉化爐床層溫度的控制。應盡可能減少蒸汽加入量，并將CO2體積分數控制在10%以下。

2)保持轉化爐溫度穩定(視情況適當提溫)。因為在轉化爐上層空間的反應主要是O2和H2、CO、CH4發生燃燒反應，在此燃燒過程中也將帶來大量的CO2。控制好氧氣的加入量和出口甲烷含量，并盡量降低出口甲烷含量，可以降低合成系統惰性氣體含量。

3)總結探索最佳合成惰性氣體含量指標，將氫碳比和系統壓力控制在利于反應的范圍，提高CO、CO2轉化率。

4)適當提高合成塔出口溫度，提高總碳轉化率。但幅度不宜過大，應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)調整焦爐煤氣氫碳比，加強對配煤的管理。

4 結論

不同煤氣的氣體成分對甲醇生產具有直接影響，為保證甲醇的產量，應該嚴格控制工藝指標的操作。同時，通過數據的分析統計，總結合適的氣體成份，合理配煤，以達到甲醇高效生產。

［1］李少華，王啟民，肖顯斌，等.循環流化床鍋爐飛灰殘碳的生成及其處理［J］.熱能動力工程，2007，22(1): 52－56.

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

［3］皺德普.飛灰含碳量高的原因分析及對策［J］.東北電力技術，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策［J］.熱力發電，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，Fenyang 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年畢業于太原理工大學，工程師，主要從事甲醇生產工作。