焦?fàn)t氣制甲醇補(bǔ)碳技術(shù)改造討論

趙玉國 劉玲(河北金牛旭陽化工有限公司)

引言

隨著焦?fàn)t氣制甲醇工藝的不斷成熟和發(fā)展，增產(chǎn)增效成為了裝置研究的新課題。補(bǔ)碳技術(shù)就是其中簡單快捷的改造，我公司曾采用壓縮工序前進(jìn)行純CO2補(bǔ)碳改造，經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐后改造為閃蒸汽補(bǔ)碳，此項(xiàng)改造不僅起到補(bǔ)碳作用，同時(shí)更好的對(duì)合成廢氣進(jìn)行了充分利用，減少碳損失，積極響應(yīng)了國家環(huán)保要求。

一、主要工藝流程

焦?fàn)t煤氣制甲醇裝置工藝“純氧—蒸汽部分轉(zhuǎn)化、低壓合成、三塔精餾”工藝，在原料焦?fàn)t氣中CO及CO2含量較低，H2和CH4含量高，甲烷轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)化氣氫碳比高于理論2.15，甲醇弛放氣中氫含量高，H2利用率低。

二、補(bǔ)碳改造原則

1.液態(tài)高純度CO2補(bǔ)碳

二氧化碳的影響

(1)甲烷轉(zhuǎn)化CO2作用

轉(zhuǎn)化甲烷反應(yīng)方程式：

由反應(yīng)中可知，CO2既是甲烷轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物，也是反應(yīng)物，因此為了提高甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化率可以適當(dāng)補(bǔ)充CO2，同時(shí)還能又有利于第三個(gè)反應(yīng)式的進(jìn)行，提高CO。

(2)對(duì)甲醇合成影響

甲醇合成反應(yīng)原理：

由反應(yīng)式可以看出，甲醇合成為放熱反應(yīng)，CO2放熱少近一半，因此適當(dāng)控制CO2有利于合成催化劑床層溫度控制，對(duì)CO、CO2的轉(zhuǎn)化率有所提高。但CO2含量并不是越高越好，要適當(dāng)控制，CO2含量高不僅影響主反應(yīng)，且多產(chǎn)生一分子水，影響粗甲醇水分。

2.閃蒸氣補(bǔ)碳

閃蒸氣的產(chǎn)生來自合成閃蒸槽，由甲醇分離器出來的粗醇進(jìn)閃蒸槽后，閃蒸氣體減壓后與馳放氣混合送去燃料氣緩沖罐，其主要?dú)怏w成分含CO為3.36%(v)，CO2為45.78%(v)，甲烷為6.14%(v)。經(jīng)分析討論可補(bǔ)充到壓縮機(jī)進(jìn)口作為系統(tǒng)補(bǔ)碳?xì)庠础?/p>

三、具體實(shí)施方案

1.高純度液態(tài)CO2補(bǔ)碳

(1)改造方案

外部采購CO2為罐車運(yùn)輸液態(tài)的，到廠后將其卸車于低溫液體儲(chǔ)槽，利用公司富裕低壓蒸汽做熱源對(duì)CO2氣化，氣化后的CO2采用弛放氣壓力作為動(dòng)力，補(bǔ)充至壓縮機(jī)一段入口混入原料焦?fàn)t氣中，進(jìn)行補(bǔ)碳。

(2)增產(chǎn)分析

補(bǔ)碳后情況如下：

表3 -1補(bǔ)碳后氣體分析

表3 -2 補(bǔ)碳前后氫碳比

通過改造，采用爐前補(bǔ)碳法進(jìn)行補(bǔ)碳調(diào)整氫碳，使得氫碳比趨近去于理論值2.05——2.15之間，經(jīng)數(shù)據(jù)實(shí)際測(cè)算CO2每增加500Nm3/h，精甲醇產(chǎn)量增加0.44t/h。

(3)結(jié)論

①采用爐前補(bǔ)碳調(diào)整了合理的氫碳比，提高了有效氣體反應(yīng)率；

②經(jīng)測(cè)算補(bǔ)入的碳約68%生成甲醇；

③改造后總碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到85.8%，提高甲醇產(chǎn)量約3000噸/年。

2.閃蒸氣補(bǔ)碳改造

(1)改造方案

對(duì)合成閃蒸槽排放的閃蒸氣進(jìn)行管路改造，將閃蒸氣并入壓縮機(jī)一段入口焦?fàn)t氣管道，與原料氣混合進(jìn)入焦?fàn)t氣壓縮機(jī)壓縮，到后系統(tǒng)利用。

(2)改造后分析

改造實(shí)施后，對(duì)新鮮氣進(jìn)行氣體分析，發(fā)現(xiàn)CO2含量有所增加，氫碳比降低，說明改造成功，采用閃蒸氣補(bǔ)碳技改可實(shí)施。

表3 -3 補(bǔ)碳后氣體分析

表3 -4補(bǔ)碳?xì)涮急葘?duì)比

采用閃蒸氣補(bǔ)碳改造后CO單程轉(zhuǎn)化率提高約1%，總碳轉(zhuǎn)化率沒什么變化，按照補(bǔ)碳量為6.38kmol/h計(jì)算全年增加甲醇產(chǎn)量約1400噸。甲醇合成的反應(yīng)式：

(3)總結(jié)

①閃蒸氣補(bǔ)碳改造費(fèi)用較低，合理的調(diào)整了系統(tǒng)氫碳比，有利于提高氣體反應(yīng)率；

②按照實(shí)際測(cè)算增加甲醇產(chǎn)量約1400噸/年，達(dá)到了增產(chǎn)增效目的。

③改造后減少了碳損失，減少了碳外排量，改善了大氣質(zhì)量，符合環(huán)保措施。

四、結(jié)束語

焦?fàn)t氣制甲醇工藝已發(fā)展到成熟階段，受氣體成分氫多碳少的影響，產(chǎn)量受到一定局限，富裕氫氣無法再利用明顯突出，為此我公司采用兩種補(bǔ)碳方式進(jìn)行改造，通過高純度液態(tài)二氧化碳補(bǔ)碳和合成閃蒸氣補(bǔ)碳利用對(duì)比，最終確定采用投資少易操作閃蒸氣補(bǔ)碳工藝，充分利用閃蒸氣中的碳優(yōu)化焦?fàn)t煤氣氫碳比(入塔氣氫碳比由4.661降低到4.155，CO單程轉(zhuǎn)化率提高近1%，)，不僅達(dá)到增加甲醇產(chǎn)量和增加公司效益的目的，更好的減少了CO2排放，達(dá)到節(jié)能減排降耗的目的。

[1]梁英華．焦?fàn)t煤氣制甲醇技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

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[3]李懷建，馬文起．甲醇合成系統(tǒng)中閃蒸汽回收利用技改方案[J]．化工文摘，2006.