甲醇生產中幾種原料造氣補碳的對比分析

張 杰

(山西焦煤集團五麟煤焦開發有限責任公司，山西 呂梁 032200)

甲醇生產中幾種原料造氣補碳的對比分析

張 杰

(山西焦煤集團五麟煤焦開發有限責任公司，山西 呂梁 032200)

由于焦爐煤氣為原料生產甲醇時氫碳比低，需生產水煤氣進行補碳，通過對固定床造氣爐使用小塊冶金焦、無煙塊煤及半焦原料生產的補碳水煤氣有效氣體成分、生產成本情況進行對比，總結出山西某甲醇廠使用小塊冶金焦作為補碳原料制氣是較為經濟合理的選擇。

補碳；小塊冶金焦；無煙塊煤；半焦；有效氣體

以焦爐煤氣為原料生產甲醇時，由于氫碳比高于甲醇合成所需的理想比例(2.05∶1.00)，導致氫氣浪費，通過補碳的方式來達到提高氫氣利用率，進而達到增產增效的目的。補碳的方法有煙道氣回收二氧化碳補碳、氣化法造氣補碳、購買純CO2補碳和閃蒸氣補碳等4種方式[1]。山西某甲醇廠主導產品是冶金焦，結合自身實際，采用自產的冶金焦為原料，利用固定床常壓UGI爐生產水煤氣補碳，補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爐氣、水煤氣組分情況分別見表1和表2。

表1 焦爐煤氣的組分情況

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原料，在造氣爐內進行氣化反應，制出甲醇補碳所需的水煤氣。

自2008年該廠造氣爐系統開車以來，結合原料市場情況，造氣爐先后使用過25 mm～40 mm小塊冶金焦、無煙塊煤，得出了一些操作經驗。另外，通過外出考察的方式，對一些相關單位使用小塊冶金焦、無煙塊煤及半焦的情況也進行了總結。

1 三種造氣原料比較

1.1 小塊冶金焦造氣

由原料性質來看，小塊焦粒度均勻、機械強度好，灰熔點高、固定碳含量高，揮發分低，運輸及輸送過程中破碎率低，使用時生產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，缺點為使用中對管道、設備的沖刷較厲害，影響管道、設備的使用壽命，日常應注意加強維護[2]。25 mm～40 mm小塊焦的計入成本價格為1 399.76元/t。

1.2 無煙煤造氣

晉城、陽城及沁水等地的無煙煤進廠后經過預處理(過篩、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，其灰熔點較高，固定碳含量也較高，固定床造氣爐使用時也較合適，當前為一般固定床造氣爐使用時的首選。在使用時，造氣爐的單爐煤氣產量及消耗同使用小塊焦時數值接近，但其缺點為機械強度較差。由于采購控制、運輸、輸送及預處理，往往會產生20%左右的煤末，造氣爐無法使用，造成很大的浪費，在進行成本比較時要考慮在內；另外，其揮發分含量較高，所生產的煤氣中甲烷體積分數要高于使用塊焦時約1.0%～1.5%，對后工序的弛放氣排量大小有明顯影響。無煙煤進廠后入爐前一般要進行過篩、挑揀煤矸石及大塊破碎等預處理工作，需增加費用，同時，考慮到冬季儲存的需要及生產過程中必要的庫存、預處理工作，需要相當面積的場地及配備一定數量的人員。

據了解，在晉城、陽城當地25 mm～80 mm粒度無煙煤的坑口價格為1 300元/t左右，將出境費及運輸費用考慮在內，到我廠的價格在1 600元/t左右[3]。使用中所產生的20%的煤末，一般化肥企業都用于鍋爐燃料或用于制作煤棒，該廠無此類用途，只能低價外銷，銷售所得可抵消預處理費用，不再計算其價值。

1.3 半焦造氣

半焦一般為弱黏性煤(長焰煤等年輕煙煤)的低溫干餾固體產物，其固定碳含量較高，其機械強度、揮發分含量等指標與無煙煤相似。

半焦的主要產地是山西大同、陜西神木等地，大同當地的產量不高，出廠價為1 307元/t，考慮到運輸費用，到我廠的價格應在1 600元/t左右，神木半焦的當地價為950元/t，到我廠的價格應為1 250元/t左右。使用半焦所產生的20%的焦末，與無煙煤末一樣，只能考慮低價銷售，不再考慮其價值。交通運輸方式同樣以汽運為主，使用時同樣需要相當面積的場地及配備一定數量的勞務及管理人員。

從使用效果來看，由于半焦機械強度較差，輸送及裝卸過程中產生的焦末較多，將20%的焦末率考慮在內進行成本分析時成本方面并不具有明顯的優勢；另一方面，由于半焦是由弱黏結性煤經低溫干餾所制得，其灰熔點往往較低，用于固定床造氣爐生產

時極易在爐內結疤、結塊，使氣化層的溫度無法提高，造成氣化強度較低，煤氣產量、質量及消耗均受到影響，同樣爐型時，單爐產氣量僅為使用塊焦的50%～70%，入爐成本反而高于使用塊焦時的成本。據了解，許多原來使用半焦的企業大多已停產或改換了原料，目前使用半焦的企業已寥寥無幾。

2 所產水煤氣組分對比

2.1 氣體成分比較(見表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%；無煙煤次之，86.00%；半焦最差,為60.30%～77.70%。

2.2 經濟性方面的比較

根據以上各單位的經濟技術數據，以該甲醇廠造氣系統的數據為統一基數進行相應的折算，從煤氣有效成分含量、單爐水煤氣產量、煤焦消耗、煤焦成本等4方面進行了綜合比較，見表4。

表4 焦爐煤氣的組分情況

從表4可知，某甲醇廠結合自身實際，采用小塊焦生產的水煤氣成本相比還是最低的。

3 結論

由以上對比可見，以小塊冶金焦、無煙塊煤、半焦為原料利用固定床造氣爐生產水煤氣，小塊冶金焦制氣有效氣體(CO+H2)含量最高，可滿足甲醇生產φ(CO+H2)≥85%的工藝要求。具體對該廠而言，因為煤種取地的特點，無煙塊煤用于制氣的成本相對小塊冶金焦來說基本無成本優勢。因而，綜合考慮對我廠來說用小塊冶金焦為原料制氣是較為經濟合理的選擇。

[1] 張子鋒，張凡軍.甲醇生產技術[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2] 楊福升，齊淑芳.甲醇生產工藝與操作[M].北京：石油化學工業出版社，1974.

[3] 宋維端,肖任堅，房鼎業等.甲醇工學[M].北京：化學工業出版社，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年畢業于太原理工大學材料科學與工程學院高分子材料專業,大學本科，工程師。研究方向：煤化工技術管理。

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

TQ546

A

1004-7050(2017)04-0078-02

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