焦炉气制甲醇工艺的改造 焦炉气制甲醇工艺的改造

焦炉气制甲醇工艺的改造

  • 期刊名字:洁净煤技术
  • 文件大小:306kb
  • 论文作者:宁利民,袁守敬
  • 作者单位:唐山中润煤化工有限公司
  • 更新时间:2020-06-12
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论文简介

第20卷第2期洁净煤技术Vol 20 No. 2014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U/a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,夏季焦炉气压縮机打气量由142.29万m3d增至152.23万m3/d,甲醇产量提高50.33U/d。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%,C0单程转化率平均值由40%增至78%,平均每天增加甲醇产量29t,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 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、甲醇是碳一化学工业的源头,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H12和CH4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,目前行业内普遍使用的是低压法合成甲醇工艺0。1存在问题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Ua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DOl:10.13226/jiss.1006-6772201402018中国煤化工作者简介:宁利民(1968-)男,河北迁安人,高级工程师,从事化工生严与研究工作。E-malCNMHG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):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期洁净技术第20卷导致煤气密度降低,体积膨胀,从而使一定体积下煤由表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℃升至32℃时,实际年2月,焦炉煤气平均耗量为15610万m3/d,甲醇体积可膨胀4057m3/h。2011年单台焦炉气压缩机产量为750.00td,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m3/d,甲醇产量为687.67U/d,冬夏两季甲醇产量相差62.33td。表1改造前焦炉煤气量及甲醇产量主32→打气量20日期焦炉煤气量/(万m3·d1)甲醇产量/(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∽a,目前已满负荷运行。由于CO、CO2单程转296m3/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/h8月平均气温最高为35℃,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℃。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p/(N2)/%p(CH4)/%y(CO)/%甲(CO2)/%甲(H2)/%CO单程转化率/%CO2单程转化率/%总碳转化率%l1.7873.89出口气体13.214.224.50由表2可知,单塔满负荷运行时,出口气体中有两种:①新增一台往复式压缩机;2在原有压缩机CO与CO2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m3/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0.17th;若出口气体中碳含量降低5%,则多新增打气增加占投资/改造周产甲醇20.40t/d。项目量/(m3h1)地/万元期/月2改造措施方案1208方案2400041022.1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,运行方式为四开一备,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22新增合终5.60万m3/h,目前已达到额定上限。因此若想通针对合成中国煤化工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CNMHG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。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600-2000h-,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1100h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入新老合成塔。为获得较高的CO转化率设计老合成塔空速较低,为7500h,经老合成塔新合成塔计算可知新合成塔催化剂装填量为13.0m3。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塔直径/m装填量/m3资/万元空速/h1煤气冷却器投用后的运行参数见表6。串联系统3.6表5改造后焦炉煤气量与甲醇产量26.5并联系统2.613.05007500日期焦炉煤气量/(万m3·d1)甲醇产量/(t·d-1)2012年1月156.05由表4可知,新增合成塔与老塔并联的方式空2012年2速较低,为7500h,更有利于提高CO转化率,且新2012年7月152.45合成塔直径与催化剂用量均较小,设备投资与日常2012年8月152.23738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日期新鲜水回水压力/kPa温度/℃压力/kPa温度/℃压力/MPa温度/℃压力/MPa温度/℃2012-08-0310.59.417.99.318.20.5518.30.4828.60.3720.6012-09-1429.617.517.60.4621.5表7新增合成塔前系统运行效果原料气(合成塔进口)日期循环气(合成塔出口)转产量/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m3/d增至152.23万m3/d,平均每度达到29V凵中国煤化工器出口温度只有天增加打气量约10万m3,夏季甲醇产量较2011年17.5℃。CNMHG效果见表7、表同期提高50.33vd。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C0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291,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焦炉煤气制甲醇工艺改造后,甲醇产量明显提状及分析[J]洁净煤技术,2011,17(5):44-47[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[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]王育红利用焦炉煤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[门]小氮肥设计技m3/d,平均每天增加打气量约10万m3,夏季甲醇产术,2006,27(1):18-19[9]李昆瑜CO2的应用及产品开发[J].天然气化工,1996,21(3):量提高50.33/d。新增合成塔一台,采用与老合成塔并联的方式进行连接,改造后出口气体中有效成10]吴吴应对二氧化碳浓度上升问题的研究:CO2的捕获、储分COCO2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29t[1]薛祖源甲醇生产发展机遇和潜在市场风险探讨门现代化工,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[冂]·洁少污染[J]黑龙江环境通报,2007,31(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[]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,陈慧勇甲醇化工技术概述[冂]山东化工,2007,36[3]谷红伟邢秀云煤制天然气展望[冂]煤质技术,2011(3):50[5]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程模拟[J」化学工程师,2009,160(1):21-23示[]煤炭工程,2007(10):97-99[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[1]王辅巨,龚欣,刘海峰,等 Shell 3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[MJ北京:化学工[J].大氮肥,2000,25(6):381-384.业出版社,2006[2]吴学成,王勤辉骆仲泱,等气化参数影响气流床的模拟研究[5]武利军周静,刘路等煤气化技术进展[J洁净煤技术(I)—模型建立及验证[J]浙江大学学报:工学版,2004,20028(1):30-34.38(10):1361-1366[6]汪家铭She1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Gibs自由能综合利用,2007(2):37-39最小化模拟[J]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[冂燃料化学学报,2001[14]焦树建中国煤化工能之比较[],燃9(1):1-5气轮机技CNMHG[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⊥丌ⅸ灬比较[J.煤炭加工出版社,2006与综合利用,1999(1):15-1772

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