焦爐煤氣制甲醇合成原料氣的技術分析

朱仰明

（山東鐵雄新沙能源有限公司，山東菏澤 274900）

焦爐煤氣制甲醇合成原料氣的技術分析

朱仰明

（山東鐵雄新沙能源有限公司，山東菏澤 274900）

目前，甲醇的生產工藝路線主要采用銅基催化劑的中壓法、低壓法。隨著甲醇合成技術的不斷改進、成熟，焦爐煤氣制甲醇工藝在其操作簡單、能耗低、經濟的有利條件下，被越來越多的公司選擇。甲醇合成有效氣體組分的合理性直接影響到甲醇生產裝置的能耗、產量、質量及連續運行的穩定性。

原料氣；甲醇；焦爐煤氣；惰性氣體；氫碳比

焦爐煤氣制甲醇裝置主要利用焦爐煤氣甲烷轉化后的新鮮氣在低壓法銅基催化劑的作用下合成甲醇，其發生化學反應的機理合成甲醇直接碳源的不同，劃分為以下三種：CO 與 CO2共同作為直接碳源機理、CO 作為直接碳源機理以及 CO2作為直接碳源機理。甲醇合成的最主要反應為：CO+2H2=CH3OH；CO2+3H2=CH3OH+H2O。同時CO2和H2發生逆變換反應：CO2+3H2=CO+H2O。結合合成甲醇的反應機理發現原料氣中的H2、CO、CO2等三種成分是合成甲醇的有效氣體成分，三種氣體有效結合發生反應，提高甲醇反應效率，從而提高生產量降低消耗。

1 焦爐煤氣制甲醇合成工藝簡介

焦爐煤氣經干法脫硫，硫化氫含量小于 0.1×10-6后輸送到甲烷轉化工序，經換熱后進入預熱爐輻射段加熱到500℃和過熱蒸汽混合進入轉化爐，在燒嘴和氧氣發生反應，控制轉化爐出口溫度900～960℃，冷卻分離后進入離心壓縮機和與甲醇分離器頂部出來的循環氣混合壓縮后的氣體（壓縮至5.6MPa）與出塔氣換熱后進入甲醇合成塔，入塔氣在銅基催化劑（C306）作用下發生合成反應。

合成反應后的氣體從合成塔底部出來進入入塔氣預熱器加熱預熱器的冷流體，降溫后的出塔氣經甲醇水冷器后溫度降至40℃以下；降溫后的氣體進入甲醇分離器，分離出的氣體大部分作為循環氣與壓縮后的新鮮氣一起進入離心式壓縮機二段壓縮作為合成入塔氣，少部分弛放氣作為燃料，送至其他工序。分離出的粗甲醇減壓后進入甲醇膨脹槽閃蒸，經閃蒸分離后的粗甲醇被送至精餾裝置。從甲醇分離器出來的循環氣在進入離心壓縮機前排放一少部分弛放氣，調節馳放氣含量，從而保持整個循環回路惰性氣體及有效氣體成分相對比較經濟的含量。

2 合成原料氣組分對甲醇產量的影響分析

2.1 新鮮氣的組分分析

表1 新鮮氣組分

新鮮氣的組分（表1），主要是上游氣源控制，在合成甲醇的新鮮氣中，根據化學計量要求新鮮氣中氫碳比如下[1]。

理論要求：n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=2.05～2.15；實際氫碳比為：n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=2.63。

在甲醇生產過程中，合成新鮮氣的氫碳比、總碳組成是否合理、優良，對精甲醇質量和產量會產生影響，同時對合成工段的生產控制造成影響。針對氫碳比過高的問題，H2、GH4、CO 的燃燒速率的不同，在轉化工序做出以下調整：將預熱爐出口溫度提高到580℃，保持轉化爐溫度不變適當減少氧氣量，降低新鮮氣中的 H2含量，使氫碳比降低，得到適合的新鮮氣組分（表2）。

表2 調整后新鮮氣組分

2.2 合成入塔氣的組分分析

表3 入塔氣組分

氫碳比控制太低，副反應增加，引起積炭反應加快催化劑活性衰退；氫碳比控制太高，影響甲醇產量能耗增加。一般情況下 n（H2-CO2）/n（CO+CO2）=5～6，在前期生產過程中，氫碳比控制在6.29，高于理論要求。針對以上情況，通過對新鮮氣的調節并適當降低合成系統壓力得到以下入塔氣組分數據（表4）。

表4 調整后的入塔氣組分

2.3 惰性氣體的分析

合成原料氣中的惰性氣體成分主要是 CH4、N2、CH3OH（g）等在合成系統內不參與甲醇合成反應甚至阻礙合成反應的氣體。惰性氣體的增加會降低有效氣體的有效分壓，影響甲醇反應的正反應，并且增加離心式壓縮機的動能消耗。控制合適的氫碳比是為了減少多余的有效氣體成分帶來的分壓。惰性氣體在系統中所占的比例可以通過馳放氣的量來調節，選擇合適的惰性氣體含量可以有效控制能源消耗。

3 結論

通過對調整前后的生產實驗數據分析表明，甲醇原料氣的組分含量對甲醇生產的產量的影響很大，在生產狀態一致的情況下，選擇合適的氫碳比，合理利用有效氣體成分對甲醇產量的提高有很大影響。

[1] 李建鎖.焦爐煤氣制甲醇技術[M].北京：化學工業出版社，2015.

Technical Analysis of Methanol Synthesis Material Gas in Coke Oven Gas

Zhu Yang-ming

At present，the production process of methanol is mainly using copper-based catalyst in the medium pressure method，low pressure method.With the continuous improvement of methanol synthesis technology，mature，coke oven gas methanol process in its simple operation，low energy consumption，economic favorable conditions，more and more companies choose.The rationality of methanol synthesis of effective gas components directly affects the energy consumption，yield，quality and stability of the methanol production plant.

feed gas；methanol；coke oven gas；inert gas；hydrogen/carbon ratio

TQ223.121

B

1003-6490（2017）06-0024-01

2017-05-03

朱仰明（1983—），男，山東巨野人，助理工程師，主要研究方向為煤化工。