焦爐煤氣制甲醇補碳方法研究

陳文慧 段敏(陜西陜焦化工有限公司 陜西 富平 711712)

一、焦爐煤氣制甲醇的補碳理論基礎

1.焦爐煤氣制造甲醇

甲醇的制造方法是由二氧化碳和一氧化碳以及氫氣在一定的溫度條件、催化劑條件、壓力條件下進行反應生成的。主要的反應方程式如下所示：

（1）CO+2H2=CH3OH △H=-90.56KJ/mol

（2）CO2+3H2=CH30H+H2O △H=-49.43KJ/mol

從方程式（1）中可以看出，一氧化碳和氫氣的物質的量的比值為2：1，由方程式（2）可以得出，二氧化碳和氫氣的物質的量的比值為3：1，當二氧化碳和一氧化碳都存在的時候，碳氫比等于氫氣的量減去二氧化碳的量再除以一氧化碳和二氧化碳的和，得到的碳氫比數值大概為M=2.05-2.15。

2.補碳在焦爐煤氣制造甲醇的工藝過程中存在的優點

（1）焦爐煤氣制造甲醇的工藝是利用過剩的氫氣來合成甲醇，所以能夠使得資源再次被利用，有利于提高產量，防止浪費。

（2）焦爐煤氣制造甲醇的工藝過程在補碳之后會消耗大量的氫氣，因此會減少壓縮機的功率消耗，進而提高壓縮機的效率。

（3）可以將副產物轉化為二氧化碳來進行補碳，減少補碳的成本，進而提高企業的競爭力。其次能夠減少空氣污染，降低溫室效應以保護環境。

二、焦爐煤氣制甲醇的補碳工藝

為了能夠節能減排，有些公司對于補碳操作一般采用的是精餾不凝氣來進行，本文以此方法為例。這項循環利用技術不僅能夠變廢為寶，還能夠優化生產工藝。

1.不凝氣的成分以及來源

我國目前很多工廠是采用三塔的精餾工藝，粗甲醇中的二氧化碳和甲醇等氣體從冷卻器進入分離器之后排放到排放槽之后經過脫鹽水并吸收甲醇之后對其放空，加壓塔中的塔頂上流出的甲醇蒸汽先加熱常壓的塔釜之后再冷卻，分出的一部分作為回流液，另一部分都是作為產品采出。

不凝氣的成分主要有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮氣、甲醇、甲烷、乙醚、水。精餾的不凝氣之中存在著大量的二氧化碳如果直接排放，會造成環境污染和資源浪費，所以存在著很大的社會和經濟效益。

2.補氣之后對于合成甲醇的各因素的影響

（1）對水碳比例的影響

水碳比例是轉化爐中的水蒸氣的總的摩爾數以及碳的總的摩爾數的比值，如果水碳比值越大，則其轉化率越高。所以烷烴中蒸汽的轉化更加徹底，使得出口的轉化氣中的甲烷含量更低。與此同時，水碳比如果比較高，那么所需要的中壓蒸汽的含量也比較大，這將造成能耗增加。

（2）對蒸汽轉化的程度影響

蒸汽轉化的方程式主要有：①CH4+H2O=CO+3H2②CH4+C02=2CO+2H2③CH4+2H2O=CO2+4H2④CO+H2O=CO2+H2

從上述的反應方程式中可以看出，二氧化碳不僅是蒸汽轉化成的產物，也是反應物的一種，所以如果適當的控制二氧化碳的補入量，不僅能夠提高甲烷的轉化率，而且能夠使反應能夠向一氧化碳產生的方向進行。與此同時，在焦爐煤氣的轉化爐中會存在著非常復雜的化學反應，其中會發生一些積碳的反應方程式，比如一氧化碳會反應生成碳和二氧化碳，一氧化碳和氫氣能夠反應生成碳和水；甲烷會在一定的反應條件下生成碳和氫氣，因為催化劑的表面有時候會有炭產生，這樣會嚴重的影響到催化劑的表面活性，所以庶增加二氧化碳的含量才能減少碳的生成。

（3）對合成反應過程的影響

焦爐煤氣中的主要成分：氫氣為百分之五十四左右，甲烷是百分之二十五左右，一氧化碳是百分之九左右，二氧化碳是百分之二。可以看出焦爐煤氣中的甲烷的含量很多，但是二氧化碳和一氧化碳的含量比較低，所以在合成反應發生之后，會造成大量的氫氣被排放，那么氫氣的利用率就會降低。所以如果將焦爐煤氣和不凝氣進行混合，就會使得氫氣的體積分數下降，二氧化碳的體積分數會增加，氫氣和碳含量的比值下降，進而避免了氫氣資源的浪費。

（4）對甲醇的產量的影響

由甲醇的合成原理可得一個一氧化碳可以產生一個甲醇，如果按照全年生產的八千噸左右來計算，甲醇的精餾中的不凝氣為146立方米每小時，計算之后能夠得出甲醇的年產量為820.8左右，那么每年可創的利潤大約為41萬元。

三、補碳所帶來的影響

經過分析之后，加氫的催化劑和中等溫度的氧化鐵脫硫劑都有能夠變換催化的作用，所以在補碳之后二氧化碳和焦爐氣的混合氣會發生逆變的反應，即二氧化碳和氫氣反應生成一氧化碳和水。其次，補碳之后的循環氣體之中的一氧化碳和二氧化碳的含量都有所提高，所以在合成系統之后的合成氣的平均分子量有所提高，但是氣體密度和補碳之前相比已經有所增加，進而造成了壓縮機的功耗會提高，甲醇的耗電量也比補碳之前提高很多。再次，通過對甲醇系統進行補碳，有效的解決了合成氣體中含碳量不充足的問題，改善了合成氣中的碳氫比例，優化了甲醇的合成反應。但是補碳的位置也將是一個研究重點。

結論

綜上所述，焦爐煤氣中的碳少氫氣多，所以大量的氫氣在馳放氣中則不能被高效的利用。在精餾的不凝氣之中碳多氫氣少，如果能夠和焦爐煤氣進行結合，就能夠調整到適當的氫碳的比例。如果以這種補碳的方式，能夠大幅度的提高甲醇的產率，同時使得焦爐煤氣制甲醇的工藝中排放的大量的氫氣資源得到再次的利用，實現了節能減排，使得社會效益以及經濟效益都能得到提高。除了這種方法之外，也可以運用合成氨的工廠來放空脫碳氣來補碳，成本也比較低。由于一些條件的限制要繼續優化生產工藝。如果采用精餾的不凝氣補充CO2工藝，為了防止在高溫下烷烴會在轉化催化劑的表面進行結碳，進而促進甲烷能夠向H2和CO2的生成方向進行，這個工藝在實際的操作過程中是可行的，值得進一步的研究。

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