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焦炉煤气制甲醇工艺改造及效果分析

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：孙彦云

[导读] 摘要：随着工业中对甲醇的需求量越来越大，对甲醇制备的方法提出了更高的要求和挑战。

        山西省焦炭集团益达化工股份有限公司 032000
        摘要：随着工业中对甲醇的需求量越来越大，对甲醇制备的方法提出了更高的要求和挑战。目前，我国主要以煤气和焦煤为原材料制备甲醇，而且采用上述两种原料制备甲醇的工艺水平已相对成熟。根据甲醇制备过程中所采用催化剂的不同，将甲醇制备流程分为高压和低压流程。目前，工业制备甲醇的主流工艺为低压法合成。
        关键词：焦炉煤气；甲醇；压缩机；合成塔；改造
        引言
        我国作为全球最大的煤炭生产国和消费国，截至2017年底，我国的煤炭资源探明储量为1.67万亿吨。煤焦化产业是煤炭资源利用的一个重要产业，主要用于生产焦炭，其次副产焦炉煤气。我国的焦炭产量巨大，2019年全国焦炭产量4.7亿吨，其主要用于炼铁和有色金属冶炼。生产1t焦炭副产400～460Nm3的焦炉煤气，炼焦行业每年副产的焦炉煤气量高达900亿标立方米。焦炉煤气中含有丰富的氢资源，而在实际生产中，小部分焦炉煤气返回焦炉作燃料用外，大部分被排空造成资源浪费。因此，根据焦炉煤气富含氢的特点，如何合理利用焦炉煤气，使其转化为有价值的化工原料已成为当今国内外的研究热点。
        1概述
        以某焦炉煤气制备甲醇的工厂为研究对象，该厂设计甲醇产量为６００ｔ／ｄ，甲醇的纯度可满足９９．９９％的要求。基于焦炉煤气制备甲醇经历了对焦炉煤气的预处理、粗脱硫以及精脱硫处理，将脱硫处理后的焦炉煤气通过联合压缩机进入甲醇合成器中，并将反应所得的产物进行精馏处理，最终得到甲醇产品。
        通过对焦炉煤气制备甲醇装置的改造可发挥装置的潜能，提高甲醇的产量，确保工艺装置在检修期间完成装置衔接。此外，改造后保证甲醇产品满足ＧＢ３３８－２０１１的相关标准要求，甲醇的纯度大于９９．９９％。
        2焦炉气制甲醇现状
        根据我国贫油的国情，特别是近年来汽车进入家庭，汽车工业飞速发展，国内油品供不应求，大量进口石油，2006年进口原油已达1.45亿吨，致使国家出现能源安全危机。从焦炉煤气出发可合成甲醇，它既可作为化工基础材料也可作为替代汽油作为洁净的车用燃料。后者代替汽油除能降低汽车尾气污染，保护环境外，还能减少石油进口，减轻外汇负担，对保障国家能源安全有重大作用，市场前景也非常广阔。以焦化系统副产的焦炉煤气为原料生产甲醇，产品可面向化工和燃料两大市场。
        3焦炉煤气制甲醇的工艺改造
        3.1精脱硫工艺装置的改造
        经分析，导致一级加氢催化剂定期更换的原因为以往精脱硫工艺装置用于消除润滑油的吸油剂的效率较低。因此，为提高过滤器的除油能力，将过滤器中的吸油剂更换为活性炭吸油剂。
        经实践表明，更换活性炭吸油剂的改善效果如下：
        １）将高效吸油剂更换为活性炭吸油剂后明显改善了焦炉煤气初预热器的换热效果。经现场监测可知，更换为活性炭吸油剂后焦炉煤气的出口温度由原先的３０５℃降低至２５０℃。
        ２）在更换以前床层运行阻力仅一个月就增大至０．２ＭＰａ，更换活性炭吸油剂后运行六个月后床层运行阻力才从０．０１ＭＰａ增大至０．２ＭＰａ。
        3.2甲醇合成系统的改造
        为解决未反应循环气体中碳含量不足影响甲醇转化和含量的问题，对甲醇合成系统采取补碳。具体补碳操作为将二氧化碳气化后补入甲醇合成系统中，该补碳装置的工艺流程为：二氧化碳气体由二氧化碳储槽提供，在自增压汽化器的作用下将二氧化碳气体气化后再通过主汽化器对其进行深度气化后与气柜进口焦炉煤气一同进入甲醇合成系统中增加总碳含量，参与合成反应。
        为兼顾甲醇产量和生产成本的问题，需根据实际生产中焦炉煤气的成分比例、转化炉的温度以及未反应循环气中成分比例确定补入二氧化碳气体的比例。

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甲醇合成反应需首先将ＣＯ２转化为ＣＯ，然后将一氧化碳转化为甲醇。因此，ＣＯ的转化率将直接决定甲醇的产量。
        4改造效果分析
        针对甲醇制备中存在的问题，采用对现有压缩机扩缸＋增设合成塔与老合成塔并联的改造方案，将其应用于实际生产中，试运行一年期间内甲醇的产量与改造前的对比。
        改造后该厂甲醇产量不会随着季节温度的变化而存在波动，各个季节甲醇的产量相当；改造后夏季甲醇的产量较改造前有明显提升，且改造后甲醇夏季产量与冬季产量相当，说明此次改造的可行性和有效性。
        5发展焦炉制甲醇的优势所在
        （1）在不可再生能源煤日益匮乏的今天，如何减少其消耗，已成为国家乃至世界关注的话题，传统的甲醇生产采用煤作为基本原材料。据测算，20万吨煤气化合成甲醇工艺年耗标煤355364吨，采用直接用焦炉煤气合成甲醇工艺，省去了煤气化过程，使甲醇综合能耗大大降低。20万吨直接用焦炉煤气合成甲醇工艺年耗标煤320585吨，相对于煤气化合成甲醇工艺，年节能量为：34779吨标煤。
        （2）甲醇可应用于各种化工基础生产，随着全球化经济的日益加剧，对甲醇这种基础原材料的需求日益增大，作为发展中国家的中国，甲醇的需求更为严峻。采用焦炉气制甲醇，不仅弥补了煤制甲醇的种种弊端，还缓解了国家对甲醇需求的压力，更将焦炉气这种废气变废为宝，一举多得带了不可估量的社会效益。
        （3）伴着社会化大生产的进行，工业化，密集化日益严重，对人员的需求相对减少。中国作为发展中国家，就业压力早已成为社会的一大难题，“千方百计找出路，百计千方求谋生”已成为民生的大势所趋，20万吨甲醇生产可为社会带来200个就业岗位，其建设施工也会带动其他相关行业的发展，更加响应了和谐社会的发展需求。
        结语
        焦炉煤气制备甲醇为当前工业生产中制备甲醇的主要方式之一。为保证所制备甲醇满足ＧＢ－ＧＢ３３８－２０１１的相关标准要求，并为实现尽可能降低甲醇制备的生产成本，提高甲醇的产量和纯度的目的，本文对该厂焦炉煤气制备甲醇的工艺装置进行优化改造。
        １）为解决焦炉煤气中掺杂润滑油而导致每月需停机１０ｄ定期更换一级加氢催化剂而造成甲醇产量下降且生产成本增加的问题，采用将高效吸油剂替换为活性炭吸油剂和将一级加氢催化剂装置替换为预加氢装置的方式进行改造。经改造后，不仅改善了预热器的换热效果，而且还能够实现不停机更换加氢催化剂装置，且更换周期有之前的一个月延长为六个月。
        ２）为解决由于未反应循环气中碳含量不足而导致甲醇产量下降的问题，为甲醇制备装置增加了补碳系统，并根据实际反应条件确定补入二氧化碳后其含量在未反应循环气体的所占比例为４．５％，并完成了补碳系统关键装置选型。
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