第20卷第2期潔凈煤技術Vol 20 No. 2014年3月Clean Coal TechnologyMarch 2014焦爐氣制甲醇工藝的改造寧利民,袁守敬(唐山中潤煤化工有限公司,河北唐山063611)摘要:針對唐山中潤煤化工有限公司20萬U/a焦爐氣制甲醇生產(chǎn)裝置存在的壓縮機打氣量有限,合成塔負荷大,CO轉(zhuǎn)化率偏低等問題,在對焦爐煤氣制甲醇工藝進行系統(tǒng)研究的基礎上,對其進行了擴能改造。在煤氣進入壓縮機前增加一臺橫管式煤氣冷卻器,增加了煤氣實際通量;對原有壓縮機進行擴缸改造,增大現(xiàn)有壓縮機打氣量,提高煤氣有效利用率。改造后,夏季焦爐氣壓縮機打氣量由142.29萬m3d增至152.23萬m3/d,甲醇產(chǎn)量提高50.33U/d。新增合成塔一臺,采用與老合成塔并聯(lián)的方式進行連接。新增合成塔后出口氣體(循環(huán)氣)中的有效氣體成分CO和CO2體積分數(shù)均明顯降低,分別由改造前的5.20%和3.79%降至改造后的0.78%和0.85%,C0單程轉(zhuǎn)化率平均值由40%增至78%,平均每天增加甲醇產(chǎn)量29t,達到預期目的。關鍵詞:焦爐氣制甲醇;壓縮機;合成塔;打氣量中圖分類號:TD849;TQ52文獻標志碼:A文章編號:1006-6772(2014)02-0069-04Transformation of methanol synthesis from coke oven gasNING Limin, YUAN ShoujingTangshan Zhongrun Coal Chemical Co., Lud, Tangshan 063611, China)Abstract: There were lots of problems in 2x10'va methanol production device in Tangshan Zhongrun Coal Chemical Co, Ltd, such aslower coke oven gas flow, higher synthetic tower load and lower CO conversion rate. Based on the systematic analysis of process, conduct thetransformation. Cool the gas with a cross -tube gas cooler first to increase the gas content, then compress the gas. Increase the gas. Aftertransformation, the coke oven gas capacity increase from 1. 4229x 10 m/d to 1. 5223x10m'/d The methanol yield increase by 50.33td. The added synthesis reactor is connected in parallel with the old one. The CO and CO, content in synthetic gas reduce from 5. 20 per-cent and 3. 79 percent to 0. 78 percent and 0. 85 percent. The average conversion rate of CO increase from 40 percent to 78 percent. The average yield of methanol increase by 29 tons per dayKey words: methanol synthesis from coke oven gas; compressor; synthetic tower; gas capacity0引言采用低壓合成催化劑,以煉焦副產(chǎn)的焦爐煤氣為主要原料,依次經(jīng)過濕脫硫、壓縮、精脫硫、甲烷轉(zhuǎn)化、甲醇是碳一化學工業(yè)的源頭,是重要的有機化合成、精餾等生產(chǎn)單元,最終得到產(chǎn)品甲醇。目前,工原料。目前中國制取甲醇的原料路線主要以煤氣該裝置主要存在壓縮機打氣量有限,合成塔負荷大,化和煤焦化為主,均為較成熟工藝。煤焦化制甲醇有效成分轉(zhuǎn)化率偏低等問題限制了甲醇產(chǎn)能的提的原料氣是煤在隔絕空氣的條件下加熱干餾生成,升。因此筆者從整體工藝的角度系統(tǒng)研究各生產(chǎn)以H12和CH4為主。根據(jù)合成催化劑的使用環(huán)境不單元的擴能潛力,以期達到提高甲醇產(chǎn)量的目的。同,可分為高壓流程和低壓流程,目前行業(yè)內(nèi)普遍使用的是低壓法合成甲醇工藝0。1存在問題唐山中潤煤化工有限公司(以下簡稱唐山中1.1焦爐氣壓縮機打氣量有限潤)擁有20萬Ua焦爐氣制甲醇生產(chǎn)裝置。該裝置溫度是影響氣體密度的主要因素,較高溫度會收稿日期:2014-01-06;責任編輯:白婭娜DOl:10.13226/jiss.1006-6772201402018中國煤化工作者簡介:寧利民(1968-)男,河北遷安人,高級工程師,從事化工生嚴與研究工作。E-malCNMHG引用格式:寧利民,袁守敬焦爐氣制甲醇工藝的改造[J潔凈煤技術,2014,20(2):609-72NING Limin, YUAN Shoujing Transformation of methanol synthesis from coke oven gas[ J]. Clean Coal Technology, 2014, 20(2): 69-722014年第2期潔凈技術第20卷導致煤氣密度降低,體積膨脹,從而使一定體積下煤由表1可知,甲醇產(chǎn)量與焦爐煤氣實際打氣量氣所含有效成分減少影響甲醇產(chǎn)量1以6萬密切相關焦爐煤氣量越高甲醇產(chǎn)量也越高。2011m/h煤氣量為例煤氣從19℃升至32℃時,實際年2月,焦爐煤氣平均耗量為15610萬m3/d,甲醇體積可膨脹4057m3/h。2011年單臺焦爐氣壓縮機產(chǎn)量為750.00td,8月焦爐煤氣平均耗量為實際打氣量與當?shù)仄骄鶜鉁氐年P系如圖1所示。142.29萬m3/d,甲醇產(chǎn)量為687.67U/d,冬夏兩季甲醇產(chǎn)量相差62.33td。表1改造前焦爐煤氣量及甲醇產(chǎn)量主32→打氣量20日期焦爐煤氣量/(萬m3·d1)甲醇產(chǎn)量/(t·d-1)3.12011年1月750.003.0750.002011年7月142.452月4月6月8月10月12月2011年8月142.29圖1改造前焦爐氣壓縮機打氣量與氣溫的關系1.2合成塔負荷大、轉(zhuǎn)化率低由圖1可知,壓縮機實際打氣量呈先下降后上唐山中潤甲醇合成系統(tǒng)單塔設計能力年產(chǎn)甲醇升的趨勢。在炎熱的8月打氣量達到最低值,僅為10萬∽a,目前已滿負荷運行。由于CO、CO2單程轉(zhuǎn)296m3/h,而寒冷的1月氣量最大達到3.26化率較低,馳放氣中CO、CO2成分仍偏高,導致隨馳m/h8月平均氣溫最高為35℃,而1月份氣溫最放氣回焦爐作為燃料的這部分碳白白浪費。若將這低,為-5℃。說明焦爐氣壓縮機打氣量與與環(huán)境氣部分流失的碳源作為原料合成甲醇,將增加甲醇產(chǎn)溫密切相關。溫度越高焦爐氣壓縮機實際打氣量量,降低生產(chǎn)成本。改造前合成塔進出口氣體成分越低。改造前焦爐煤氣量及甲醇產(chǎn)量見表1分析見表2。表2改造前合成塔進出口氣體成分分析樣品p/(N2)/%p(CH4)/%y(CO)/%甲(CO2)/%甲(H2)/%CO單程轉(zhuǎn)化率/%CO2單程轉(zhuǎn)化率/%總碳轉(zhuǎn)化率%l1.7873.89出口氣體13.214.224.50由表2可知,單塔滿負荷運行時,出口氣體中有兩種:①新增一臺往復式壓縮機;2在原有壓縮機CO與CO2體積分數(shù)較高,總含量達到8.73%,其單基礎上進行擴缸改造,增大現(xiàn)有壓縮機打氣量。兩程轉(zhuǎn)化率、總碳轉(zhuǎn)化率均較低。按照馳放氣排放量種方案的對比見表3。1.20萬m3/h計算,若回收碳源1%,理論上可生產(chǎn)表3兩種方案對比甲醇0.17th;若出口氣體中碳含量降低5%,則多新增打氣增加占投資/改造周產(chǎn)甲醇20.40t/d。項目量/(m3h1)地/萬元期/月2改造措施方案1208方案2400041022.1煤氣壓縮機的擴能改造針對焦爐氣壓縮機打氣量有限的問題,首先在由表3可知,方案2不增加占地,且投資僅為煤氣進入壓縮機前增加一臺橫管式煤氣冷卻器,以410萬元,比方案1減少350萬元;改造周期短,僅增加煤氣實際通量。唐山中潤甲醇裝置壓縮單元共為2個月,是方案1的1/4。因此最終選擇方案2,有5臺往復式焦爐氣壓縮機,運行方式為四開一備,其投資小,改造周期短,更適合生產(chǎn)中的企業(yè)單臺設計打氣量為1.40萬m/h,總額定打氣量為22新增合終5.60萬m3/h,目前已達到額定上限。因此若想通針對合成中國煤化工率偏低等問過降溫提高煤氣有效利用率,就必須增加壓縮單元題新增管殼式CNMHG成塔連接方的處理能力即打氣量。增加壓縮機打氣量的方案式的不同可分為串聯(lián)與并聯(lián)。寧利民等:焦爐氣制甲醇工藝的改造2014年第2期1)串聯(lián)系統(tǒng)。所用合成催化劑適宜空速為生產(chǎn)成本均較低,新增設備投資僅為500萬元。因600-2000h-,空速過大時單位時間內(nèi)催化劑處此,本次改造選擇新老塔并聯(lián)方式,具體工藝流程如理的原料氣較多,即原料氣在催化劑床層的停留時圖2所示。間較短,反應程度較淺。因此,適當降低空速有利于中壓蒸汽提高合成反應轉(zhuǎn)化率。目前老合成塔進氣量為30⊙鍋爐給水萬m/h,空速為1100h左右。若要串聯(lián)合成塔為維持原有空速不變甚至更小,新增合成塔體積與催化劑裝填量需與老合成塔相同甚至更大,同時相應的汽包等附件設施也需與老系統(tǒng)相同甚至更大。2)并聯(lián)系統(tǒng)。若采用并聯(lián)方式連接,則原料氣可分為兩部分分別進入新老合成塔。為獲得較高的CO轉(zhuǎn)化率設計老合成塔空速較低,為7500h,經(jīng)老合成塔新合成塔計算可知新合成塔催化劑裝填量為13.0m3。圖2新老塔并聯(lián)工藝流程兩種方案對比見表4。3改造效果表4兩種方案對比改造后焦爐煤氣量與甲醇產(chǎn)量見表5,橫管式項目新增合成新塔催化劑新增設備投塔直徑/m裝填量/m3資/萬元空速/h1煤氣冷卻器投用后的運行參數(shù)見表6。串聯(lián)系統(tǒng)3.6表5改造后焦爐煤氣量與甲醇產(chǎn)量26.5并聯(lián)系統(tǒng)2.613.05007500日期焦爐煤氣量/(萬m3·d1)甲醇產(chǎn)量/(t·d-1)2012年1月156.05由表4可知,新增合成塔與老塔并聯(lián)的方式空2012年2速較低,為7500h,更有利于提高CO轉(zhuǎn)化率,且新2012年7月152.45合成塔直徑與催化劑用量均較小,設備投資與日常2012年8月152.23738表6橫管式煤氣冷卻器投用后的運行參數(shù)橫冷器進口煤氣橫冷器出口煤氣新鮮水上水日期新鮮水回水壓力/kPa溫度/℃壓力/kPa溫度/℃壓力/MPa溫度/℃壓力/MPa溫度/℃2012-08-0310.59.417.99.318.20.5518.30.4828.60.3720.6012-09-1429.617.517.60.4621.5表7新增合成塔前系統(tǒng)運行效果原料氣(合成塔進口)日期循環(huán)氣(合成塔出口)轉(zhuǎn)產(chǎn)量/9(CO)(N2)p(CH4)4(CO2)g(CO)q(N2)p(CH4)(CO2)化率(t·d1)20l1-09-016.078.4l201l-09-117.4812.014.8420l1-09-127.3512.054.446.743.6220l1-09-1312.036.792.69417.3211.974.424.2573.7940由表5可知,夏季焦爐氣壓縮機打氣量由2011器投用后效果明顯,2012年9月,焦爐煤氣進氣溫年的142.29萬m3/d增至152.23萬m3/d,平均每度達到29V凵中國煤化工器出口溫度只有天增加打氣量約10萬m3,夏季甲醇產(chǎn)量較2011年17.5℃。CNMHG效果見表7、表同期提高50.33vd。由表6可知橫管式煤氣冷卻8,新增合成塔后出口氣體(循環(huán)氣)中有效氣體成712014年第2期潔凈煤技術第20卷分C0和CO2平均體積分數(shù)均明顯降低,分別由改0.85%,CO單程轉(zhuǎn)化率平均值由40%增至78%,平造前的5.20%和3.79%降至改造后的0.78%和均每天增加甲醇產(chǎn)量291,達到預期目的。表8新增合成塔后系統(tǒng)運行效果%原料氣(合成塔進口)循環(huán)氣(合成塔出口)CO轉(zhuǎn)日期(CO)p(N2)甲(CH4)φ(CO2)p(CO)q(N2)g(CH4)p(CO2)化率(t:d)2012-09-011.530.839.256.440.92782012-09-113.189.005.621.500.8410.322012-09-129.355.331.450.752012-09-135.710.7010.3078988.795.550.7810.156.350.857694結(jié)語[5]蔡東方,王黎徐靜,等煤制天然氣煤氣化技術的研究現(xiàn)焦爐煤氣制甲醇工藝改造后,甲醇產(chǎn)量明顯提狀及分析[J]潔凈煤技術,2011,17(5):44-47[6]劉思明關于我國煤氣化技術進展和升級發(fā)展方向的思考[高。增加橫管式煤氣冷卻器后,夏季高溫時焦爐煤化學工業(yè),2013,31(8):7-19氣溫度得到有效控制,有效降低了溫度對煤氣體積[7]王育紅利用焦爐煤氣作合成氣生產(chǎn)甲醇的探析[J河南冶的影響。對焦爐氣壓縮機進行擴缸改造,夏季焦爐金,2005,13(5):19-20氣壓縮機打氣量由142.29萬m/d增至152.23萬8]汪家銘利用焦爐煤氣制取氮肥和甲醇概況[門]小氮肥設計技m3/d,平均每天增加打氣量約10萬m3,夏季甲醇產(chǎn)術,2006,27(1):18-19[9]李昆瑜CO2的應用及產(chǎn)品開發(fā)[J].天然氣化工,1996,21(3):量提高50.33/d。新增合成塔一臺,采用與老合成塔并聯(lián)的方式進行連接,改造后出口氣體中有效成10]吳吳應對二氧化碳濃度上升問題的研究:CO2的捕獲、儲分COCO2單程轉(zhuǎn)化率明顯提高,馳放氣中碳含量存與利用[J]中國安全科學學報,2008,18(8):5-11明顯降低,平均每天增加甲醇產(chǎn)量29t[1]薛祖源甲醇生產(chǎn)發(fā)展機遇和潛在市場風險探討門現(xiàn)代化工,2008,28(8):1-9參考文獻:[12]蘇風林陳艷春,劉麗涵綜合開發(fā)利用二氧化碳變廢為寶減[1]陳貴鋒,俞珠峰,成玉琪.中國煤炭加工技術發(fā)展的思考[冂]·潔少污染[J]黑龍江環(huán)境通報,2007,31(4):93-95凈煤技術,2001,7(1):9-13[13]張晶,孫顯鋒,喬婧等合成氣制芳烴研究進展[]潔凈[2]譚靜,王乃繼,肖翠微等煤制天然氣鎳基催化劑的研究進煤技術,2013,19(5):60-62,67展[J]潔凈煤技術,2011,17(2):43-53[14]陳艷麗,陳慧勇甲醇化工技術概述[冂]山東化工,2007,36[3]谷紅偉邢秀云煤制天然氣展望[冂]煤質(zhì)技術,2011(3):50[5]魯東霞以煤制甲醇的清潔生產(chǎn)技術[J.中國資源綜合利用,[4]楊明煤制天然氣現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].潔凈煤技術,2011,172005(11):8-11(上接第68頁)[9]劉鈞李建偉,趙曉,等煤化工多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的煤氣化過2]苗真勇韓甲業(yè)美國煤氣化工藝現(xiàn)狀及對中國氣化技術的啟程模擬[J」化學工程師,2009,160(1):21-23示[]煤炭工程,2007(10):97-99[10]張宗飛,湯連英,呂慶元,等基于 Aspen Plus的粉煤氣化模擬[3]王輔臣,于廣鎖,龔欣,等大型煤氣化技術的研究與發(fā)展[J],化肥設計,46(3):14-18.[J]化工進展,2009,28(2):173-180[1]王輔巨,龔欣,劉海峰,等 Shell 3粉煤氣化爐的分析與模擬[4]許世森張東亮任永強大規(guī)模煤氣化技術[MJ北京:化學工[J].大氮肥,2000,25(6):381-384.業(yè)出版社,2006[2]吳學成,王勤輝駱仲泱,等氣化參數(shù)影響氣流床的模擬研究[5]武利軍周靜,劉路等煤氣化技術進展[J潔凈煤技術(I)—模型建立及驗證[J]浙江大學學報:工學版,2004,20028(1):30-34.38(10):1361-1366[6]汪家銘She1煤氣化技術及其在我國的應用[J]煤炭加工與[13]代正華,龔欣,王輔臣,等氣流床粉煤氣化的Gibs自由能綜合利用,2007(2):37-39最小化模擬[J]燃料化學學報,2005,32(2):129-133[7]唐宏青煤化工工藝技術評述及展望[冂燃料化學學報,2001[14]焦樹建中國煤化工能之比較[],燃9(1):1-5氣輪機技CNMHG[8]陳鵬中國煤炭性質(zhì)、分類和利用[M]2版北京:化學工業(yè)[15]韓梅德⊥丌ⅸ灬比較[J.煤炭加工出版社,2006與綜合利用,1999(1):15-1772