焦爐氣制甲醇補碳技術改造討論

趙玉國 劉玲(河北金牛旭陽化工有限公司)

引言

隨著焦爐氣制甲醇工藝的不斷成熟和發展，增產增效成為了裝置研究的新課題。補碳技術就是其中簡單快捷的改造，我公司曾采用壓縮工序前進行純CO2補碳改造，經過實際運行實踐后改造為閃蒸汽補碳，此項改造不僅起到補碳作用，同時更好的對合成廢氣進行了充分利用，減少碳損失，積極響應了國家環保要求。

一、主要工藝流程

焦爐煤氣制甲醇裝置工藝“純氧—蒸汽部分轉化、低壓合成、三塔精餾”工藝，在原料焦爐氣中CO及CO2含量較低，H2和CH4含量高，甲烷轉化后的轉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、補碳改造原則

1.液態高純度CO2補碳

二氧化碳的影響

(1)甲烷轉化CO2作用

轉化甲烷反應方程式：

由反應中可知，CO2既是甲烷轉化的產物，也是反應物，因此為了提高甲烷蒸汽轉化率可以適當補充CO2，同時還能又有利于第三個反應式的進行，提高CO。

(2)對甲醇合成影響

甲醇合成反應原理：

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

2.閃蒸氣補碳

閃蒸氣的產生來自合成閃蒸槽，由甲醇分離器出來的粗醇進閃蒸槽后，閃蒸氣體減壓后與馳放氣混合送去燃料氣緩沖罐，其主要氣體成分含CO為3.36%(v)，CO2為45.78%(v)，甲烷為6.14%(v)。經分析討論可補充到壓縮機進口作為系統補碳氣源。

三、具體實施方案

1.高純度液態CO2補碳

(1)改造方案

外部采購CO2為罐車運輸液態的，到廠后將其卸車于低溫液體儲槽，利用公司富裕低壓蒸汽做熱源對CO2氣化，氣化后的CO2采用弛放氣壓力作為動力，補充至壓縮機一段入口混入原料焦爐氣中，進行補碳。

(2)增產分析

補碳后情況如下：

表3 -1補碳后氣體分析

表3 -2 補碳前后氫碳比

通過改造，采用爐前補碳法進行補碳調整氫碳，使得氫碳比趨近去于理論值2.05——2.15之間，經數據實際測算CO2每增加500Nm3/h，精甲醇產量增加0.44t/h。

(3)結論

①采用爐前補碳調整了合理的氫碳比，提高了有效氣體反應率；

②經測算補入的碳約68%生成甲醇；

③改造后總碳轉化率達到85.8%，提高甲醇產量約3000噸/年。

2.閃蒸氣補碳改造

(1)改造方案

對合成閃蒸槽排放的閃蒸氣進行管路改造，將閃蒸氣并入壓縮機一段入口焦爐氣管道，與原料氣混合進入焦爐氣壓縮機壓縮，到后系統利用。

(2)改造后分析

改造實施后，對新鮮氣進行氣體分析，發現CO2含量有所增加，氫碳比降低，說明改造成功，采用閃蒸氣補碳技改可實施。

表3 -3 補碳后氣體分析

表3 -4補碳氫碳比對比

采用閃蒸氣補碳改造后CO單程轉化率提高約1%，總碳轉化率沒什么變化，按照補碳量為6.38kmol/h計算全年增加甲醇產量約1400噸。甲醇合成的反應式：

(3)總結

①閃蒸氣補碳改造費用較低，合理的調整了系統氫碳比，有利于提高氣體反應率；

②按照實際測算增加甲醇產量約1400噸/年，達到了增產增效目的。

③改造后減少了碳損失，減少了碳外排量，改善了大氣質量，符合環保措施。

四、結束語

焦爐氣制甲醇工藝已發展到成熟階段，受氣體成分氫多碳少的影響，產量受到一定局限，富裕氫氣無法再利用明顯突出，為此我公司采用兩種補碳方式進行改造，通過高純度液態二氧化碳補碳和合成閃蒸氣補碳利用對比，最終確定采用投資少易操作閃蒸氣補碳工藝，充分利用閃蒸氣中的碳優化焦爐煤氣氫碳比(入塔氣氫碳比由4.661降低到4.155，CO單程轉化率提高近1%，)，不僅達到增加甲醇產量和增加公司效益的目的，更好的減少了CO2排放，達到節能減排降耗的目的。

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