淺談煤制乙二醇裝置中CO耐硫變換工藝

李林

摘 要：乙二醇的英文簡(jiǎn)稱是EG，它是一種非常重要的有機(jī)化工原料，主要在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、不飽和聚酯樹脂和防凍劑等生產(chǎn)中會(huì)應(yīng)用到乙二醇。隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，聚酯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度越來越快，人們對(duì)于乙二醇的需求也越來越大。那么，乙二醇的生產(chǎn)方法就引起了人們的注意。文章簡(jiǎn)要分析了煤制乙二醇裝置中CO耐硫變換工藝，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

關(guān)鍵詞：煤制乙二醇；一氧化碳；變換工藝

以往，都是用石油來生產(chǎn)乙二醇，然后經(jīng)過乙烯催化氧化得到環(huán)氧乙烷，水合之后生成乙二醇。我國(guó)的石油資源并不豐富，隨著乙二醇需求的不斷增長(zhǎng)，不僅石油短缺，乙二醇也出現(xiàn)了供應(yīng)不足的問題。因此，人們就對(duì)非石油工藝路線產(chǎn)生了重視，這種工藝的原料是煤基合成氣，氧化偶聯(lián)制草酸二甲脂，然后加適量的氫，就合成了乙二醇。如果采用的原料是皖南煤，那么經(jīng)水煤漿加壓氣化之后得到的粗煤氣中的氫氣和一氧化碳組成，不能滿足EG合成的需要，因此就需要采用一氧化碳變換工段來調(diào)整粗煤氣組成。

1 模擬設(shè)計(jì)要求及工藝方案

煤氣組成和變換反應(yīng)及工藝要求：由水煤漿氣化車間供應(yīng)乙二醇裝置的原料氣，煤氣經(jīng)過除塵過濾之后，壓力為4.5MPa，溫度在220攝氏度，汽化比為1.5，總摩爾流量為1243kmol/h。眾所周知，在一定的溫度條件下，煤氣中的一氧化碳和水蒸氣在催化劑的作用下，就會(huì)發(fā)生變換反應(yīng)，生成H2和CO2。反應(yīng)方程式是這樣的：

CO+H2O——H2+CO2

變換流程方案設(shè)計(jì)：要想滿足后續(xù)EG合成工藝的要求，就需要對(duì)CO變換工段出口氣體中的H2和CO物質(zhì)量的比例進(jìn)行控制，一般保持在2。因此，變換流程可以采用兩種方案，一種方案是低汽氣比全氣量變化，另一種是高汽氣比部分變換。

在低汽氣比全氣量變換方面：一氧化碳變換反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，從氣化裝置來的煤氣溫度是220攝氏度，汽氣比為1.5。那么如果直接在變換爐中引入氣化裝置來的粗煤氣，將會(huì)產(chǎn)生十分大的反應(yīng)推動(dòng)力，這樣就會(huì)導(dǎo)致一氧化碳發(fā)生深度變換以及催化劑床層超溫等情況。那么為了對(duì)一氧化碳變換率進(jìn)行控制，保證反應(yīng)溫度不會(huì)超出催化劑的承受范圍，就需要對(duì)變換反應(yīng)的推動(dòng)力進(jìn)行減小。要想實(shí)現(xiàn)，只需要對(duì)變換爐進(jìn)料氣體的汽氣比和人口溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)就可以。對(duì)水煤漿煤氣中的水氣含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，最優(yōu)的辦法就是將廢熱回收換熱裝置設(shè)置在變換爐前，這樣既可以實(shí)現(xiàn)煤氣汽氣比降低的目的，又可以滿足變換要求，同時(shí)，這些出氣化裝置煤氣的低位熱能的低壓蒸汽又可以被有效的利用。目前，在國(guó)內(nèi)的部分化肥廠中已經(jīng)應(yīng)用了這種工藝。

高汽氣比部分變換：因?yàn)樗簼{煤氣高汽氣比以及我國(guó)國(guó)產(chǎn)的寬溫域耐硫變換催化劑具有低溫活性的特點(diǎn)，那么就可以劃分化氣化裝置來的粗煤氣，通常分為兩股，將一股引入到變換爐內(nèi)進(jìn)行深度變換，另一股則走旁路，摻加到變換后的煤氣中，通過對(duì)變換氣量和旁路氣量的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來促使變換工段煤氣出口中的一氧化碳含量達(dá)到乙二醇生產(chǎn)工藝的要求。這種工藝流程具有較多的優(yōu)勢(shì)，比如操作起來比較的簡(jiǎn)單和方便，并且控制起來比較的容易，同時(shí)，煤氣的汽氣比也不需要大幅度的降低等等。但是，我們需要清晰的認(rèn)識(shí)到，在一系列的優(yōu)點(diǎn)的背后，也存在著一些缺點(diǎn)，那么就是脫硫系統(tǒng)中容易進(jìn)入一些旁路氣中的有機(jī)硫，這些有機(jī)硫都是沒有經(jīng)過變換的，這樣后續(xù)脫硫以及精脫的負(fù)荷就會(huì)得到大大的增加。

2 結(jié)果與討論

模擬物性方法和變換爐類型：水煤漿煤氣的組成主要是碳?xì)浠衔锖透鞣N輕氣體，碳?xì)浠衔镏饕傅氖荂H4，輕氣體主要包括H2、CO2等等，變換工段的氣體壓力甚至?xí)_(dá)到4.5MPa，溫度在450攝氏度左右，基于這些特點(diǎn)，我們就可以將其認(rèn)為典型的高溫高壓系統(tǒng)。如果設(shè)備溫度小于100攝氏度，那么就會(huì)有大量的水存在于煤氣混合物中，在以水為主要組分的液體中會(huì)溶解二氧化碳和NH3，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促使電解質(zhì)溶液的形成。RK-A SPEN方程非常適合，因?yàn)樗瓤梢詫O性化合物的極性參數(shù)提供出來，又可以在極性組分和碳?xì)浠衔锏幕旌衔镆约爸懈邏簵l件下的輕氣體中適用，可以有效的符合于水煤漿煤氣的一氧化碳變換工段的模擬要求。因此，在本工段中溫度大于100攝氏度的設(shè)備模擬都采用RK_ASPEN狀態(tài)方程。

模擬結(jié)果：在全氣量變換模擬結(jié)果方面，為了滿足乙二醇的合成需要，就需要控制一氧化碳的變換率，通常保持在百分之四十左右。我們做出一個(gè)假設(shè)，假設(shè)在轉(zhuǎn)化率為百分之四十的條件下，可以全部轉(zhuǎn)化水氣，那么大于有0.19的汽氣比進(jìn)入到變換爐內(nèi)。為了對(duì)入爐汽氣比進(jìn)行合理的選擇，就需要模擬不同汽氣比下的反應(yīng)。通過模擬我們可以發(fā)現(xiàn)，選擇較低的汽氣比，一氧化碳的變換深度可以更好的控制，但是因?yàn)樽儞Q反應(yīng)是可逆反應(yīng)，熱力學(xué)平衡會(huì)在一定程度上起到制約的作用，因?yàn)橐谎趸嫉霓D(zhuǎn)化率有要求，那么選擇的汽氣比就不能太低，如果選擇過低的汽氣比就會(huì)導(dǎo)致甲烷化副反應(yīng)，造成催化劑床層飛溫。

因?yàn)橐谎趸甲儞Q是一種可逆放熱反應(yīng)，那么溫度的升高會(huì)對(duì)一氧化碳變換反應(yīng)起到抑制的作用；但是，容易變換爐入口有著較高的溫度，就會(huì)升高變換爐的氣體溫度，甚至?xí)龃呋瘎┑哪褪軠囟葮O限，這樣就會(huì)導(dǎo)致催化劑燒結(jié)。如果汽氣比和變換率是一定的，對(duì)變換溫度進(jìn)行改變，就可以得到出口溫度和入口溫度的關(guān)系。

在部分變換模擬結(jié)果方面，如果進(jìn)入變換爐的氣體有著較低的溫度，并且有著較高的汽氣比，那么就會(huì)產(chǎn)生較大的變換反應(yīng)推動(dòng)力，催化劑活性會(huì)在很大程度上決定到一氧化碳的變換率。國(guó)產(chǎn)寬溫域耐硫變換催化劑耐工況有著較強(qiáng)的變化能力，一氧化碳變換率可以達(dá)到百分之八十。我們將變換爐內(nèi)的一氧化碳變換率設(shè)置為百分之八十二，在模擬設(shè)定時(shí)，將因變量設(shè)置為物流中的一氧化碳摩爾含量，那么通過運(yùn)算就可以得知，當(dāng)控制變換工段氣體出口中一氧化碳含量在百分之二十時(shí)，分配器的分配情況為有總流量一半左右的氣化裝置送氣進(jìn)入到變換爐內(nèi)。

兩種方案模擬結(jié)果比較：通過上面所述的低汽氣比全氣量變換和高汽氣比部分變換，我們可以了解到雖然設(shè)置的是不同的流程，并且不同方案的出變換工段的氣體組成也存在著差異，但是差異并不是很大。全氣量變換得到氣體中一氧化碳的干基含量為百分之二十五，部分變換所得到氣體中一氧化碳的干基含量為百分之二十一，都滿足相關(guān)的要求。

3 結(jié)束語

本文通過具體的試驗(yàn)分析了煤制乙二醇裝置中CO耐硫變換工藝，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

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