第3期楊泳濤等:焦爐氣制合成氣工藝選擇焦爐氣制合成氣工藝選擇楊泳濤,郭金回,肖華送(成都市通用工程技術(shù)有限責(zé)任公司,四川成都610041)摘要:介紹了焦爐氣的典型組成和可用于焦爐氣制合成氣的工藝。詳細闡述了焦爐氣非催化部分氧化制合成氣裝置的工藝流程,并指出了其優(yōu)缺點關(guān)鍵詞:焦爐氣;焦爐煤氣;重整;非催化部分氧化;合成氣中圖分類號:TQ522.61文獻標識碼:文章編號:1001-9219(2014)03-63-031焦爐氣條件氣、合成油等,也可提取甲烷或合成天然氣制LNG我國的煤炭資源比較豐富,也是世界的焦炭生產(chǎn)大焦爐氣,又稱焦爐煤氣,是焦化產(chǎn)業(yè)主要的副產(chǎn)品之一。其成分除含有大量的H2、CH4外,還有國,加強對焦爐氣的綜合利用,不僅可降低企業(yè)運COCO2、N2、O2等組分,典型的焦爐氣組成如表行費用和生產(chǎn)成本、提企業(yè)高競爭力,同時可減輕焦化行業(yè)對環(huán)境的污染。所示。2焦爐氣制合成氣工藝表1典型的焦爐氣成分表以焦爐氣為原料制取合成氣,主要是將焦爐氣中的甲烷以及其它烴類轉(zhuǎn)化成H2和CO,其工藝按p%56010-1020410340252512005100其化學(xué)反應(yīng)可分為蒸汽轉(zhuǎn)化法和部分氧化法兩大類除上述成分外,焦爐氣中還含有大量的雜質(zhì),21蒸汽轉(zhuǎn)化法如HS、COS、CS2、HCN、NH3、噻吩、硫醇、硫醚、萘、蒸汽轉(zhuǎn)化是指烴類與水蒸氣生成H2、CO以及苯、焦油等。一般情況下,焦化廠會設(shè)置化產(chǎn)回收裝CO2的反應(yīng),目前各種烴類蒸汽轉(zhuǎn)化工藝流程的差置對焦爐來的荒煤氣進行除塵、除焦油、脫硫、脫異主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)化和熱回收兩個步驟,可分為一段氨、脫苯等處理。經(jīng)過化產(chǎn)回收裝置處理過的焦爐轉(zhuǎn)化和兩段轉(zhuǎn)化。一段轉(zhuǎn)化法是將原料氣經(jīng)過一個氣中,主要含有焦油、萘、有機硫、無機硫等雜質(zhì),典蒸汽轉(zhuǎn)化爐而制得合成氣,蒸汽轉(zhuǎn)化過程中,烴類型的雜質(zhì)組分如表2所示。在轉(zhuǎn)化管內(nèi)發(fā)生劇烈的吸熱反應(yīng),反應(yīng)熱由爐管外表2焦爐氣雜質(zhì)成分表燃料的燃燒供給。由于一段轉(zhuǎn)化需承受高溫、高壓爾質(zhì)組分ILS有機硫茶焦油1塵N等苛刻條件,因此對轉(zhuǎn)化爐管材質(zhì)的要求非常高轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且非常龐大,投資非常高。同時軍:mgm≤225::10≤1樂202000-4:39m0由于一段轉(zhuǎn)化爐熱效率較低,因而一段轉(zhuǎn)化工藝能耗高、焦爐氣消耗高。焦爐氣是很好的氣體燃料和化工原料,凈化后由于一段轉(zhuǎn)化工藝中轉(zhuǎn)化爐出口的合成氣中的焦爐氣除可用作城市燃氣外,還可作為生產(chǎn)合成的CH1含量較高,因此將原料氣先經(jīng)過一段轉(zhuǎn)化爐氣(CO+H2)的原料,進而制造甲醇、合成氨、提取氫后,再經(jīng)二段轉(zhuǎn)化爐用純氧進一步將剩余的CH4進行深度轉(zhuǎn)化,此法即為兩段轉(zhuǎn)化法。兩段轉(zhuǎn)化法又可分為以下兩種①傳統(tǒng)中國煤化工藝收稿日期:2014-05-20;作者簡介:楊泳濤(1966-),女,高級工在傳統(tǒng)程師、注冊化工工程師,學(xué)士,從事化工工藝設(shè)計工作,電話CNMHG含純氧二段02885532268-8206,電郵 covet@ cdtvet, con。轉(zhuǎn)化爐,使出一段轉(zhuǎn)化爐含CH4氣體進入熱效率接天然氣化工(C1化學(xué)與化工)2014年第39卷近100%的絕熱式二段轉(zhuǎn)化爐進行CH4的深度轉(zhuǎn)干基)約0.6%。化。在二段轉(zhuǎn)化爐的爐頭區(qū)域內(nèi),O2與H2發(fā)生燃燒由于硫是轉(zhuǎn)化催化劑的毒物,因此焦爐氣進轉(zhuǎn)反應(yīng)放出大量的熱量,為CH深度轉(zhuǎn)化提供足夠的化爐前須經(jīng)干法脫硫。焦爐氣干法脫硫采用鐵鉬催熱量,使CH4體積分數(shù)進一步降低至0.5%以下。由化劑加氫轉(zhuǎn)化,使有機硫轉(zhuǎn)化為HS,然后用吸收法于燃燒掉部分H2并生成部分CO,使得合成氣中將HS脫除。HC比值趨于合理②非催化部分氧化法段轉(zhuǎn)化串純氧二段轉(zhuǎn)化工藝將一部分熱負非催化部分氧化法的工藝原理與催化部分氧荷從一段爐轉(zhuǎn)移到二段爐,使得一段轉(zhuǎn)化爐的熱負化法相類似,只是由于非催化部分氧化爐中無催化荷降低,設(shè)備尺寸也相應(yīng)減少,同時降低了轉(zhuǎn)化溫劑,焦爐氣進轉(zhuǎn)化爐前不必進行脫硫。度,放寬了轉(zhuǎn)化爐管材質(zhì)要求。但由于一段轉(zhuǎn)化爐非催化氧化法因無催化劑,轉(zhuǎn)化反應(yīng)難以進行仍需要燃燒燃料來提供熱量,因此該工藝能耗仍然得比較徹底,要做到轉(zhuǎn)化爐岀口殘余甲烷含量符合較高,有逐漸被更低能耗的換熱式一段轉(zhuǎn)化串純氧要求,唯一的辦法是提高反應(yīng)的溫度,因此該工藝二段轉(zhuǎn)化工藝取代之勢氧氣耗量很高,轉(zhuǎn)化爐的操作溫度更高,這對轉(zhuǎn)化②換熱式一段轉(zhuǎn)化串純氧二段轉(zhuǎn)化工藝爐提出了非?？量痰囊?。換熱式轉(zhuǎn)化工藝的流程為:原料氣與工藝蒸汽由于經(jīng)高溫轉(zhuǎn)化后,焦爐氣中復(fù)雜的有機硫的混合氣先進入換熱式一段轉(zhuǎn)化爐,一段轉(zhuǎn)化爐出(COS、CS2、硫醇、硫醚、噻吩等)已絕大部分轉(zhuǎn)化為口氣再進入二段轉(zhuǎn)化爐,并向二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)加入純易于脫除的Hs,這極大地簡化了后續(xù)脫硫的過程,氧,通過H2等氣體的燃燒,為CH4深度轉(zhuǎn)化提供必降低了原料氣凈化成本,這也是焦爐氣采用非催化須的熱量。出二段轉(zhuǎn)化爐的高溫氣體經(jīng)換熱式一段純氧轉(zhuǎn)化的最大優(yōu)點。轉(zhuǎn)化爐的管間,與管內(nèi)參與反應(yīng)的氣體發(fā)生熱交非催化部分氧化工藝主要優(yōu)缺點見表3。換,從而為換熱式一段轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)的氣態(tài)烴蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供必需的熱量。出換熱式一段轉(zhuǎn)化爐管間表3非催化部分氧化工藝主要優(yōu)缺點的氣體再去廢熱鍋爐等后序設(shè)備。該工藝不但具有優(yōu)點純氧二段轉(zhuǎn)化工藝將轉(zhuǎn)化氣中殘余CH4體積分數(shù)只術(shù)要段轉(zhuǎn)化、流詢單,且操作條件苛刻、燒嘴壽無雷昂玻的伴化劑合較短從一段轉(zhuǎn)化的~15%降低至0.5%以下并使H/C比焦妒煤個需蕓非常嚴格的化有效’體(CO值趨于合理的特點,同時由于一段轉(zhuǎn)化所需熱量是2處理由二段轉(zhuǎn)化爐出口的高溫工藝氣體提供,故該工藝投資低毛僅高還具有燃料氣消耗比傳統(tǒng)純氧二段轉(zhuǎn)化工藝低的優(yōu)勢3非催化部分氧化工程實例22部分氧化法某焦爐氣制合成氣裝置采用非催化部分氧化部分氧化法是指烴類在氧不足的情況下,不完全燃燒成H和CO的反應(yīng),根據(jù)有無催化劑又工藝,焦爐氣處理量Q2×10ma,其工藝流程簡可分為非催化部分氧化和催化部分氧化兩種工藝。圖如圖1所示。①催化部分氧化法催化部分氧化法制合成氣,是一種流程短、投資省的生產(chǎn)工藝,在工業(yè)上得到普遍應(yīng)用。催化部分氧化工藝采用圓筒式純氧轉(zhuǎn)化爐,爐內(nèi)裝二段轉(zhuǎn)化催化劑,爐頂為混合燒嘴。原料氣和氧氣經(jīng)加熱上打之)第蕊在押寫冷部爐預(yù)熱后分別進入到轉(zhuǎn)化爐的爐頭,發(fā)生H2部分圖1非伴化部兮氫工共溶提簡圖燃燒反應(yīng)并放岀大量的熱量。燃燒后的高溫氣體在中國煤化工催化床層發(fā)生甲烷與蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。轉(zhuǎn)化爐出口來自界外CNMHG后進入焦爐溫度為960℃~980℃,出爐轉(zhuǎn)化氣中甲烷體積分數(shù)氣預(yù)熱器被合成氣加熱,之后按設(shè)定的水碳比配入第3期楊泳濤等:焦爐氣制合成氣工藝選擇水蒸汽,再經(jīng)加熱爐預(yù)熱后從頂部進人部分氧化表4產(chǎn)品合成氣參數(shù)一覽表爐;來自界外的氧氣(q(O2)=99.6%)經(jīng)加熱爐對流段預(yù)熱,配入少量的保護蒸汽后經(jīng)加熱爐輻射段進C4)y%步加熱后,也從頂部進入部分氧化爐。(H12預(yù)熱后的焦爐氣、氧氣在部分氧化爐頂部混合,發(fā)生H2及CH4與O2的燃燒反應(yīng),其燃燒反應(yīng)焦爐氣組gcO)放出的熱量使部分氧化爐頂部的燃燒區(qū)域溫度上9O21%升到約1500℃的極高溫度,CH4等烴類在此高溫下合計%與水蒸汽發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng),生產(chǎn)CO和H2。編燈氣隨著反應(yīng)的進行,爐內(nèi)溫度從上至下逐步降MIa(G)2r/mh低,CH4含量從上到下也逐步降低,到離開部分氧化氧氣流量en(O-ymm'-h.爐時混合氣體的溫度下降到1130℃,甲烷體積分數(shù)AcH2:%0.30(干基)下降到0.3%左右。離開部分氧化爐合成氣隨后依次進入第一廢品氣組成aCo)%鍋、第二廢鍋回收熱量并副產(chǎn)5.3MPa(G)飽和蒸汽,再經(jīng)焦爐氣預(yù)熱器、鍋爐給水預(yù)熱器回收低位:%熱,最后經(jīng)水冷器冷卻至40℃。冷卻后的合成氣經(jīng)分離器分出冷凝液后,作為本裝置的產(chǎn)品合成氣送產(chǎn)品氣參數(shù)至界外下游裝置本裝置的焦爐氣組分、耗氧量、產(chǎn)品合成氣的參考文獻組分等參數(shù)如表4所示。1]謝克昌,房鼎業(yè).甲醇工藝學(xué)M北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010[2]唐宏青.現(xiàn)代煤化工新技術(shù)[M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009Technology selection for reforming of coke-oven gas to syngasYANG Yong-tao, GUO Jin-Hui, XIAO Hua-songChengdu General Engineering Technology Co, Ltd, Chengdu 610041, China)Abstract: The typical composition of coke-oven gas and the processes which could be used for reforming of coke-oven gas tosyngas were described. The non-catalytic partial oxidation process was presented in detail and its merit and demerit were alsoKeywords: coke-oven gas; reforming: non-catalytic partial oxidation; syngas∷333∷∷33∷∷∷∷∷∷∷33∷∷∷3∷∷3∷∷∷∷3∷333333∷∷∷∷動態(tài)簡萊斯大學(xué)開發(fā)出突破性的碳捕集新材料途。由于該技術(shù)脫除CO2在常溫下進行,因此能耗較低,美國萊斯大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種新材料,可用于天然出了替代現(xiàn)行的高成本、高能耗的CO2脫除過程的吸引力。氣井口有效地分離CO2。這種申請了專利的新型納米多孔含而其占用空間小,則使之特別適用于海上天然氣脫除CO2氮或硫的碳材料可以在常溫下利用井口天然氣自身的壓力制造這種新型固體材料比傳統(tǒng)的液體胺基吸收劑廉價、簡使CO2聚合,一旦減壓CO2又可解聚變?yōu)闅怏w釋放出來。利單。傳統(tǒng)的有機中國煤化常需加熱到用這種材料在天然氣井口即可簡單方便地分離CO2,而無需140℃,造成能耗子的吸收選擇將其輸送到專門的集氣站進行分離,分離出來的CO2可以直性,吸收量大(可CNMH(環(huán)使用性能接回注井下埋藏或用于提高石油采收率,也可銷售作其他用不劣化,非常結(jié)實耐用和穩(wěn)定(王熙庭)