焦?fàn)t煤氣制甲醇合成原料氣的技術(shù)分析

朱仰明

（山東鐵雄新沙能源有限公司，山東菏澤 274900）

焦?fàn)t煤氣制甲醇合成原料氣的技術(shù)分析

朱仰明

（山東鐵雄新沙能源有限公司，山東菏澤 274900）

目前，甲醇的生產(chǎn)工藝路線主要采用銅基催化劑的中壓法、低壓法。隨著甲醇合成技術(shù)的不斷改進(jìn)、成熟，焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝在其操作簡單、能耗低、經(jīng)濟(jì)的有利條件下，被越來越多的公司選擇。甲醇合成有效氣體組分的合理性直接影響到甲醇生產(chǎn)裝置的能耗、產(chǎn)量、質(zhì)量及連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

原料氣；甲醇；焦?fàn)t煤氣；惰性氣體；氫碳比

焦?fàn)t煤氣制甲醇裝置主要利用焦?fàn)t煤氣甲烷轉(zhuǎn)化后的新鮮氣在低壓法銅基催化劑的作用下合成甲醇，其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理合成甲醇直接碳源的不同，劃分為以下三種：CO 與 CO2共同作為直接碳源機(jī)理、CO 作為直接碳源機(jī)理以及 CO2作為直接碳源機(jī)理。甲醇合成的最主要反應(yīng)為：CO+2H2=CH3OH；CO2+3H2=CH3OH+H2O。同時CO2和H2發(fā)生逆變換反應(yīng)：CO2+3H2=CO+H2O。結(jié)合合成甲醇的反應(yīng)機(jī)理發(fā)現(xiàn)原料氣中的H2、CO、CO2等三種成分是合成甲醇的有效氣體成分，三種氣體有效結(jié)合發(fā)生反應(yīng)，提高甲醇反應(yīng)效率，從而提高生產(chǎn)量降低消耗。

1 焦?fàn)t煤氣制甲醇合成工藝簡介

焦?fàn)t煤氣經(jīng)干法脫硫，硫化氫含量小于 0.1×10-6后輸送到甲烷轉(zhuǎn)化工序，經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)熱爐輻射段加熱到500℃和過熱蒸汽混合進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐，在燒嘴和氧氣發(fā)生反應(yīng)，控制轉(zhuǎn)化爐出口溫度900～960℃，冷卻分離后進(jìn)入離心壓縮機(jī)和與甲醇分離器頂部出來的循環(huán)氣混合壓縮后的氣體（壓縮至5.6MPa）與出塔氣換熱后進(jìn)入甲醇合成塔，入塔氣在銅基催化劑（C306）作用下發(fā)生合成反應(yīng)。

合成反應(yīng)后的氣體從合成塔底部出來進(jìn)入入塔氣預(yù)熱器加熱預(yù)熱器的冷流體，降溫后的出塔氣經(jīng)甲醇水冷器后溫度降至40℃以下；降溫后的氣體進(jìn)入甲醇分離器，分離出的氣體大部分作為循環(huán)氣與壓縮后的新鮮氣一起進(jìn)入離心式壓縮機(jī)二段壓縮作為合成入塔氣，少部分弛放氣作為燃料，送至其他工序。分離出的粗甲醇減壓后進(jìn)入甲醇膨脹槽閃蒸，經(jīng)閃蒸分離后的粗甲醇被送至精餾裝置。從甲醇分離器出來的循環(huán)氣在進(jìn)入離心壓縮機(jī)前排放一少部分弛放氣，調(diào)節(jié)馳放氣含量，從而保持整個循環(huán)回路惰性氣體及有效氣體成分相對比較經(jīng)濟(jì)的含量。

2 合成原料氣組分對甲醇產(chǎn)量的影響分析

2.1 新鮮氣的組分分析

表1 新鮮氣組分

新鮮氣的組分（表1），主要是上游氣源控制，在合成甲醇的新鮮氣中，根據(jù)化學(xué)計(jì)量要求新鮮氣中氫碳比如下[1]。

理論要求：n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=2.05～2.15；實(shí)際氫碳比為：n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=2.63。

在甲醇生產(chǎn)過程中，合成新鮮氣的氫碳比、總碳組成是否合理、優(yōu)良，對精甲醇質(zhì)量和產(chǎn)量會產(chǎn)生影響，同時對合成工段的生產(chǎn)控制造成影響。針對氫碳比過高的問題，H2、GH4、CO 的燃燒速率的不同，在轉(zhuǎn)化工序做出以下調(diào)整：將預(yù)熱爐出口溫度提高到580℃，保持轉(zhuǎn)化爐溫度不變適當(dāng)減少氧氣量，降低新鮮氣中的 H2含量，使氫碳比降低，得到適合的新鮮氣組分（表2）。

表2 調(diào)整后新鮮氣組分

2.2 合成入塔氣的組分分析

表3 入塔氣組分

氫碳比控制太低，副反應(yīng)增加，引起積炭反應(yīng)加快催化劑活性衰退；氫碳比控制太高，影響甲醇產(chǎn)量能耗增加。一般情況下 n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=5～6，在前期生產(chǎn)過程中，氫碳比控制在6.29，高于理論要求。針對以上情況，通過對新鮮氣的調(diào)節(jié)并適當(dāng)降低合成系統(tǒng)壓力得到以下入塔氣組分?jǐn)?shù)據(jù)（表4）。

表4 調(diào)整后的入塔氣組分

2.3 惰性氣體的分析

合成原料氣中的惰性氣體成分主要是 CH4、N2、CH3OH（g）等在合成系統(tǒng)內(nèi)不參與甲醇合成反應(yīng)甚至阻礙合成反應(yīng)的氣體。惰性氣體的增加會降低有效氣體的有效分壓，影響甲醇反應(yīng)的正反應(yīng)，并且增加離心式壓縮機(jī)的動能消耗。控制合適的氫碳比是為了減少多余的有效氣體成分帶來的分壓。惰性氣體在系統(tǒng)中所占的比例可以通過馳放氣的量來調(diào)節(jié)，選擇合適的惰性氣體含量可以有效控制能源消耗。

3 結(jié)論

通過對調(diào)整前后的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，甲醇原料氣的組分含量對甲醇生產(chǎn)的產(chǎn)量的影響很大，在生產(chǎn)狀態(tài)一致的情況下，選擇合適的氫碳比，合理利用有效氣體成分對甲醇產(chǎn)量的提高有很大影響。

[1] 李建鎖.焦?fàn)t煤氣制甲醇技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

Technical Analysis of Methanol Synthesis Material Gas in Coke Oven Gas

Zhu Yang-ming

At present，the production process of methanol is mainly using copper-based catalyst in the medium pressure method，low pressure method.With the continuous improvement of methanol synthesis technology，mature，coke oven gas methanol process in its simple operation，low energy consumption，economic favorable conditions，more and more companies choose.The rationality of methanol synthesis of effective gas components directly affects the energy consumption，yield，quality and stability of the methanol production plant.

feed gas；methanol；coke oven gas；inert gas；hydrogen/carbon ratio

TQ223.121

B

1003-6490（2017）06-0024-01

2017-05-03

朱仰明（1983—），男，山東巨野人，助理工程師，主要研究方向?yàn)槊夯ぁ?/p>