焦爐煤氣制甲醇工藝的分析及優化

張也，雷昭

（安徽工業大學，安徽馬鞍山243000）

我國每年副產的焦爐煤氣大部分均以火炬的形式排放，造成了極大的能源浪費和環境污染。焦爐煤氣利用價值高，且焦爐煤氣制甲醇技術應用廣泛。但我國現有焦爐煤氣制甲醇裝置能耗較高，因此本文建立了焦爐煤氣制甲醇工藝模型，并對全流程進行了系統分析及優化，以期為甲醇工業在節能降耗等方面提供技術參考。

1 流程模擬及驗證

1.1 模型建立及流程說明

根據焦爐煤氣制甲醇工藝的特點，選擇了合適的反應器類型和操作條件，利用Aspen Plus軟件建立了焦爐煤氣制甲醇工藝模型，如圖1所示。

圖1 焦爐煤氣制甲醇Aspen Plus流程圖

經預處理的焦爐煤氣通過輸送、換熱后，加壓升溫至精脫硫反應器進行精脫硫。凈化后的焦爐煤氣混合O、CO、中壓飽和蒸汽后進入重整反應器制備合成氣，所制備的合成氣經壓縮換熱后進入甲醇合成反應器，反應器出口氣經氣液分離后，一股氣體循環至合成反應器，另一股氣體作為馳放氣進行回收，分離后的粗甲醇液體送往甲醇精餾單元。

1.2 模型驗證（表1）

表1 轉化單元和重整單元模型驗證

轉化氣中甲烷體積含量低于5%，合成氣氫碳比為2.0 左右，滿足設計規定；且該模擬結果與文獻值相近，因此該模型合理可用。

2 工藝系統的分析

2.1 流程模擬中的計算

2.2 平衡和損失的計算

通過結合熵的能量守恒定律，可以得到系統的平衡：

3 優化分析與討論

3.1 冷卻劑溫度對工藝的影響

甲醇合成反應為強放熱反應，冷卻劑溫度會極大地影響工藝結果，因此分析了冷卻劑溫度對馳放氣、甲醇產量的影響。

圖3 冷卻劑溫度對甲醇產量和循環氣的影響

如圖3 所示，隨著冷卻劑溫度升高，甲醇產量先增加后減少，未反應的循環氣體量則相反，且冷卻劑溫度為200℃時兩者達到峰值。在此冷卻劑溫度下循環氣體的壓縮功耗最小；此外甲醇產量達到最大，甲醇合成單元的輸出會增大。

3.2 優化結果

表2 甲醇合成單元優化前后對比

4 結論

（2）按照能量梯級利用的原則，對甲醇合成單元的冷卻劑溫度進行了優化，優化后，損失減少4.2 MW，效率提高1.5%。