焦炉气制甲醇工艺的改造

第20卷第2期洁净煤技术Vol. 20 No. 22014年3月Clean Coal TechnologyMarch 2014焦炉气制甲醇工艺的改造宁利民,袁守敬(唐山中润煤化工有限公司,河北唐山063611)摘要:针对唐山中润煤化工有限公司20万Va焦炉气制甲醇生产装置存在的压缩机打气量有限,合成塔负荷大,CO转化率偏低等问题,在对焦炉煤气制甲醇工艺进行系统研究的基础上,对其进行了扩能改造。在煤气进入压缩机前增加一台横管式煤气冷却器,增加了煤气实际通量;对原有压缩机进行扩缸改造,增大现有压缩机打气量,提高煤气有效利用率。改造后,夏季焦炉气压缩机打气量由142.29万m'/d增至152. 23万m/d,甲醇产量提高50.33Vd。新增合成塔一台,采用与老合成塔并联的方式进行连接。新增合成塔后出口气体(循环气)中的有效气体成分CO和CO2体积分数均明显降低,分别由改造前的5.20%和3.79%降至改造后的0.78%和0.85%,co单程转化率平均值由40%增至78%,平均每天增加甲醇产量29 t,达到预期目的。关键词:焦炉气制甲醇;压缩机;合成塔;打气量中图分类号:TD849 ;TQ52文献标志码:A文章编号:1006-6772( 2014)02-0069 -04Transformation of methanol synthesis from coke oven gasNING Limin, YUAN Shoujing( Tangshan Zhongrun Coal Chermical Co. ,lud. ,Tangshan 063611 ,China)Abstract:There were lots of problems in 2x 10' Va methanol production derice in Tangshan Zhongun Coal Chemical Co. , Ld. , such aslower coke oven gas flow ,higher synthetic tower load and lower co conversion rale. 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. 5223x 10° m'/d.The methanol yield increase by 50. 33Vd.The added synthesis reactor is connected in parallel with the old one.The CO and CO2 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 perent.The av-erage yield of methanol increase by 29 tons per day.Key words: methanol synthesis from coke oven gas ;compressor ;synthetic tower ;gas capacity0引言采用低压合成催化剂,以炼焦副产的焦炉煤气为主要原料,依次经过湿脱硫、压缩、精脱硫、甲烷转化、甲醇是碳-化学工业的源头,是重要的有机化合成精馏等生产单元,最终得到产品甲醇。目前，工原料。目前中国制取甲醇的原料路线主要以煤气该装置主要存在压缩机打气量有限，合成塔负荷大，化和煤焦化为主,均为较成熟工艺。煤焦化制甲醇有效成分转化率偏低等问题,限制了甲醇产能的提的原料气是煤在隔绝空气的条件下加热干馏生成,升。因此，笔者从整体工艺的角度系统研究各生产.以H2和CH,为主。根据合成催化剂的使用环境不单元的扩能潜力,以期达到提高甲醇产量的目的。同,可分为高压流程和低压流程,目前行业内普遍使1存在问题用的是低压法合成甲醇工艺[1-10]。唐山中润煤化工有限公司(以下简称唐山中1.1焦炉气压缩机打气量有限润)拥有20万Va焦炉气制甲醇生产装置。该装置温度是影响气体密度的主要因素,较高温度会收稿日期:2014- 01 -06;责任编辑:白娅娜D01012/j.ss.1006- 6772.2014.02.018作者简介:宁利民(1968- -)男河北迁安人,高级工程师,从事化工生产与研究工作。E- ml:iglm@ kiluan. com. en引用格式:宁利民,袁守敬.焦炉气制甲醇工艺的改造[J].洁净煤技术,2014,20(2) :69-72.NING Limin,YUAN SuingnTranoraton of melhanol synheis fom coke oven gs[J].Cl.an Coal Technoloey ,2014,20(2) :69 -72.692014年第2期洁净煤技术第20卷导致煤气密度降低,体积膨胀,从而使- -定体积下煤由表1可知,甲醇产量与焦炉煤气实际打气量气所含有效成分减少,影响甲醇产量1-151。以6万密切相关,焦炉煤气量越高,甲醇产量也越高。2011m'/h煤气量为例，煤气从19 C升至32 C时,实际年2月,焦炉煤气平均耗量为156. 10万m/d,甲醇体积可膨胀4057 m'/h。2011年单台焦炉气压缩机产量为750.00 Vd,8月焦炉煤气平均耗量为实际打气量与当地平均气温的关系如图1所示。142. 29万m'/d,甲醇产量为687.67 Vd,冬夏两季甲醇产量相差62. 33 Vd。40表1改造前焦炉煤气量及甲醇产量30t打气量日期焦炉煤气量/(万m3.d1)甲醇产量/(●d)+气温0g海3.110F2011年1月156. 00750.00吴3.0-+2011年2月156. 10750. 002011年7月142. 45688. 43.出2.9L -2月4月6月8月10月12月2011年8月142. 29687.67图1改造前焦炉气压缩机打气量与气温的关 系1.2合成塔 负荷大转化率低由图1可知,压缩机实际打气量呈先下降后.上唐山中润甲醇合成系统单塔设计能力年产甲醇升的趋势。在炎热的8月打气量达到最低值，仅为10万Va,目前已满负荷运行。由于CO、CO2单程转2. 96 m'/h,而寒冷的1月气量最大,达到3.26化率较低,驰放气中CO、CO2成分仍偏高,导致随驰m'/h。8月平均气温最高为35 C,而1月份气温最放气回焦炉作为燃料的这部分碳白白浪费。若将这低,为-5 C。说明焦炉气压缩机打气量与与环境气部分流失的碳源作为原料合成甲醇,将增加甲醇产温密切相关。温度越高,焦炉气压缩机实际打气量量,降低生产成本。改造前合成塔进出口气体成分越低。改造前焦炉煤气量及甲醇产量见表1。 ，分析见表2。表2改造前合成塔进 出口气体成分分析样品q(N2)/% p(CH4)/% 中(C0)/% o(C02)/% e(H2)/% co单程转化率/% CO2单程转化率/% 总碳转化率/%进口气体11.783.766.064.5173. 8934169出口气体13. 21.4.224. 2373. 84由表2可知,单塔满负荷运行时,出口气体中有两种:①新增- - 台往复式压缩机;②在原有压缩机CO与C0，体积分数较高,总含量达到8. 73%,其单基础上进行扩缸改造,增大现有压缩机打气量。两程转化率、总碳转化率均较低。按照驰放气排放量种方案的对比见表3。1. 20万m'/h计算,若回收碳源1% ,理论上可生产.表3两种方案对比甲醇0.17 Vh;若出口气体中碳含量降低5% ,则多产甲醇20. 40 Vd。项目新增打气增加占.投资/改造周量/(m’.h")地/m2万元期/月.2改造措施 .方案1400208760方案240004102. 1煤气压缩机的扩能改造针对焦炉气压缩机打气量有限的问题，首先在由表3可知,方案2不增加占地,且投资仅为煤气进入压缩机前增加一-台横管式煤气冷却器,以410万元,比方案1减少350万元;改造周期短,仅增加煤气实际通量。唐山中润甲醇装置压缩单元共为2个月,是方案1的1/4。因此,最终选择方案2,有5台往复式焦炉气压缩机,运行方式为四开- - 备，其投资小,改造周期短,更适合生产中的企业。单台设计打气量为1. 40万m'/h,总额定打气量为2.2新增合成塔5.60万m'/h,目前已达到额定上限。因此若想通针对合成塔负荷大,有效成分转化率偏低等问.过降温提高煤气有效利用率,就必须增加压缩单元题,新增管壳式合成塔一台,按照与老合成塔连接方的处理能力,即打气量。增加压缩机打气量的方案式的不同可分为串联与并联。0宁利民等:焦炉气制甲醇工艺的改造2014年第2期1)串联系统。所用合成催化剂适宜空速为生产成本均较低,新增设备投资仅为500万元。因6000~20000h'I,空速过大时单位时间内催化剂处此,本次改造选择新老塔并联方式,具体工艺流程如理的原料气较多,即原料气在催化剂床层的停留时图2所示。间较短,反应程度较浅。因此,适当降低空速有利于汽包- ◎中压蒸汽提高合成反应转化率。目前老合成塔进气量为30。锅炉给水万m'/h,空速为11000h~ "左右。若要串联合成塔,为维持原有空速不变甚至更小，新增合成塔体积与。原料气催化剂装填量需与老合成塔相同甚至更大,同时相应的汽包等附件设施也需与老系统相同甚至更大。2)并联系统。若采用并联方式连接,则原料气可分为两部分分别进人新老合成塔。为获得较高的o出口气CO转化率,设计老合成塔空速较低,为7500 h"',经老合成塔新合成塔计算可知新合成塔催化剂装填量为13.0m'。图2新老塔并联工艺流程两种方案对比见表4。3改造效果表4两种方案对比改造后焦炉煤气量与甲醇产量见表5,横管式项目新增合成新塔催化剂 新增设备投空速/h-'煤气冷却器投用后的运行参数见表6。塔直径/m装填量/m} 资/万表5改造后焦炉煤气量与甲醇产量串联系统3.626.590011000并联系统13.05007500日焦炉煤气量/(万m' .d)甲醇产量/(t.d-1)2012年1月156. 05747由表4可知,新增合成塔与老塔并联的方式空2012年2月166. 0053速较低,为7500h"',更有利于提高CO转化率,且新2012年7月152. 457322012年8月152. 23738合成塔直径与催化剂用量均较小，设备投资与日常表6横管式煤气冷却器投 用后的运行参数横冷器进口煤气横冷器出口煤气新鲜水上水新鲜水回水日期压力/kPa温度/9压力/kPa温度/C压力/MPa温度/C2012-08-030.55.117.90. 5718.00.5125.12012-08-0510. s28.9.318.20. 5s518.322. 62012-09-129.727.8.617. 60.470.3720. 62012-09- 141.029.9.17.50. 5317.60. 46表7新增合成塔 前系统运行效果原料气(合成塔进口)循环气(合成塔出口)CO转产量/φ(C0)φ(N2)φ(CH4) o(CO2)φ(CO)φ(N2)中(CH4) φ(CO2)化率(t.d吉)2011-09-017. 0611.783.764.516. 078.413.084.37347402011-09-117. 4812.014.974. 184.846.943.223.46732011-09-127. 3512.054.444.134.916.742.683.62407422011-09-137. 4012. 034. 996. 792.693.71174平均7. 3211.974.424.255.202.923.790由表5可知，夏季焦炉气压缩机打气量由2011器投用后效果明显,2012年9月,焦炉煤气进气温年的142.29万m'/d增至152.23万m'/d,平均每.度达到29.6C,而横管式煤气冷却器出口温度只有天增加打气量约10万m' ,夏季甲醇产量较2011年17.5 C。新增合成塔前后系统运行效果见表7、表同期提高50.33 Vd。由表6可知，横管式煤气冷却8,新增合成塔后出口气体(循环气)中有效气体成712014年第2期洁净煤技术第20卷分CO和CO2平均体积分数均明显降低,分别由改0. 85% ,CO单程转化率平均值由40%增至78%,平造前的5.20%和3. 79%降至改造后的0. 78%和均每天增加甲醇产量29t,达到预期目的。表8新增合成塔后 系统运行效果%原料气(合成塔进口)循环气(合成塔出口)CO转产量/日期φ(C0) q(N2) q(CH4) o(CO2p(CO)φ(N2) o(CH,) o(CO2)化率(1门)2012 - 09-013.217.905.55 .1.530.83 .9.256.440.9278752012-09-113.18.9.00 .5. 621. 500.8410. 326.400. 907642012-09-123.029.355.331.450.7510. 726. 090.877702012-09-132. 928. 895.711.340. 7010. 306.470.727968平均8.795.551.460.7810.156.350.85769(3):3-5,97.4结语[5]蔡东方王黎,徐静,等.煤制天然气煤气化技术的研究现状及分析[J].洁净煤技术2011,17(5):44-47-焦炉煤气制甲醇工艺改造后,甲醇产量明显提[6]刘思明.关于我国煤气化技 术进展和升级发展方向的思考[J].高。增加横管式煤气冷却器后,夏季高温时焦炉煤化学工业,2013,31(8):7-19.气温度得到有效控制,有效降低了温度对煤气体积7] 王育红.利用焦炉媒气作合成气生产甲醇的探析[J].河南冶的影响。对焦炉气压缩机进行扩缸改造,夏季焦炉金2005,13(5):19-20.气压缩机打气量由142.29 万m'/d增至152. 23万[8]汪家铭 利用焦炉煤气制取氮肥和甲醇概况[J].小氮肥设计技术206,27(1):18-19.m/d,平均每天增加打气量约10万m' ,夏季甲醇产9]李昆瑜.CO2的应用及产 品开发[].天然气化工，196,21(3):量提高50. 33 Vd。新增合成塔- -台 ,采用与老合成40-43.塔并联的方式进行连接,改造后出气体中有效成[10]吴昊.应对二氧化碳浓度 上升问题的研究:CO2的捕获、储分CO. CO2单程转化率明显提高,驰放气中碳含量存与利用[J].中国安全科学学报,2008, 18(8):5-11.明显降低,平均每天增加甲醇产量29 t。[11]薛祖源甲醇生产 发展机遇和潜在市场风险探讨[].现代化工,2008 ,28(8):1-9.参考文献:[12]苏风林,陈艳春 ,刘丽涵.综合开发利用二氧化碳变废为宝减[1]陈贵锋, 俞珠峰,成玉琪.中国煤炭加工技术发展的思考[J].洁少污染[J].黑龙江环境通报,200 ,31(4) :93-95.净煤技术2001,7(1):9-13.[13] 张晶,孙显锋,乔 婧,等合成气制芳烃研究进展[J].洁净[2]谭静,王乃继,肖翠微， 等.煤制天然气镍基催化剂的研究进煤技术2013,19(5):60-62 ,67.展[J].洁净煤技术,2011,17<2):43-53.[14]陈艳丽 ,陈慧勇.甲醇化I技术概述[J].山东化工,2007,36[3]谷红伟,邢秀 云煤制天然气展望[]煤质技术201(3):50-(3) :28-30.3.[15]鲁 东霞.以煤制甲醇的清洁生产技术[J].中国资源综合利用，[4]杨明.煤制天然气现状及发展建议[J].洁净煤技术,2011,172005(11):8-11.(.上接第68页)[9] 刘钧,李建伟,赵 晓,等煤化工多联产系统中的煤气化过程模拟[J].化学I程师,2009,160(1):21-23.[2]苗真勇 ,韩甲业美国煤气化工艺现状及对中国气化技术的启示[J].煤炭I程,007(10):97999[10] 张宗飞,汤连英, 吕庆元,等.基于Aspen Plus的粉煤气化模拟[3]王辅臣,于广锁,龚 欣， 等.大型煤气化技术的研究与发展[J],化肥设计,46(3):14-18.[J].化工进展2009,28(2):173-180.0[11] 王辅臣,龚 欣,刘海峰 ，等.Shell粉煤气化炉的分析与模拟[4]许世森,张东亮,任 永强大规模煤气化技术[ M].北京:化学工[].大氨肥2000,25 (6) :381-384.[12] 吴学成， 王勤辉,骆仲泱,等气化参数影响气流床的模拟研究业出版社,2006.[5] 武利军,周 静,刘路,等.煤气化技术进展[J].洁净煤技术，(I)一模型建 立及验证[J].浙江大学学报:工学版,004,2002,8(1) :30-34.38(10) :1361 - 1366.6] 汪家铭.Shell煤气化技术及其在我国的应用[J].煤炭加工与[13] 代正华,龚 欣,王辅臣 ,等气流床粉煤气化的Gibbs自由能综合利用,2007<2) :37-39.最小化模拟[].燃料化学学报,2005,32(2):129-133.7]唐宏青.煤化工工艺技术评述及展望[J],燃料化学学报,001,[14] 焦树建. 干法供煤和水煤浆供煤的气化炉性能之比较[J].燃29(1) :1-5.气轮机技术200,1(2):2-7.8]陈 鹏.中国煤炭性质 、分类和利用[ M].2版.北京:化学工业[15] 韩梅德士古与壳牌两种煤气化技术的比较[].煤炭加工出版社,2006.与综合利用，19(1);15-17.7