焦爐煤氣制甲醇油污吸附劑異常粉化問題的解決

張厚鋼

(山西焦煤集團五麟煤焦開發有限責任公司，山西 呂梁 032200)

引 言

焦爐煤氣為煤炭煉焦過程中的產物，其作為工業燃料和化工原料具有極大的再利用價值。目前，絕大多數的焦爐煤氣均制備成甲醇后再利用。雖然我國針對焦爐煤氣制備甲醇工藝已相對成熟，但是在實際生產中仍存在較大的問題。就我公司而言，焦爐煤氣制備甲醇工藝中經常出現吸附劑固定床進口壓力和出口壓力的差值在極短的時間內迅速增大的問題，為保證后續脫硫劑甲烷生產中所需的壓力還需對壓縮機的出口壓力進行調整。針對上述問題，我公司在更換吸附劑時發現其被嚴重粉化，從而導致板結現象的發生[1]。為保證合成甲醇的質量、效率和成本，本文將針對焦爐煤氣制備甲醇中油污吸附劑異常粉化問題提出解決方案。

1 甲醇合成工藝概述

目前，我公司制備甲醇的工藝流程如圖1所示。

圖1 焦爐煤氣制備甲醇工藝流程

如圖1所示，焦爐煤氣經圖中(1)的提壓操作后進入氣柜，氣柜再次經(2)的提壓操作后進行壓縮操作；壓縮完成后第三次經(3)提壓操作后對焦爐煤氣進行精脫硫處理，所得的凈煤氣經轉化后一部分當廢氣(5)進行處理，另一部分進入合成塔中混合為合成氣(6)；在甲醇合成塔的作用下形成粗甲醇(7)，期間產生的廢氣(8)通過馳放氣排出；粗甲醇經精餾處理后進入甲醇庫中，即得到最終產品精甲醇。值得注意的，制備甲醇過程中所產生的廢氣均需通過合成氨處理后才允許排放。其中，各個工序詳細闡述如下：

1)焦爐煤氣壓縮：我公司針對焦爐煤氣的壓縮操作由3臺往復式壓縮機完成，期間采用“兩開一備”的應用原則。焦爐煤氣經壓縮處理后的壓力為2.5 MPa，對應焦爐煤氣的流量為50 000 m3/h。

2)精脫硫：焦爐煤氣中含有各種硫化物(硫化氫、無機硫)，硫化物會影響后續反應的速度和催化劑的活性。對焦爐煤氣進行精脫硫處理后其中含硫量降低至0.1×10-6。

3)轉化：轉化工序的主要目的是將焦爐煤氣中的甲烷與氧氣充分反應形成合成甲醇所需的氫氣、一氧化碳、二氧化碳等；期間通過控制氧氣的量實現對碳水的比例。

4)合成氣壓縮：合成氣壓縮工藝將氫氣、一氧化碳、二氧化碳等組成的合成氣的壓力控制在6 MPa左右。

5)甲醇合成：該工序為焦爐煤氣制備甲醇的關鍵工序，其中包括有合成塔、換熱器、分離裝置、洗滌裝置等；期間未反應的合成氣返回壓縮機后與新鮮空氣再次混合后進行下一次的合成反應。

6)甲醇精餾：該工序對已合成的甲醇通過預塔、加壓塔和常壓塔將其中的雜質進行去除，最終得到精甲醇[2]。

2 吸附劑異常粉化原因分析

在對固定床出口壓力和進口壓力差值觀察中發現，當系統開始運行20 d左右時，固定床吸附劑的粉化速率明顯增加；而且，系統運行30 d后，固定床出口和進口的壓差越來越大，且最大壓差為139 kPa，長時間超負荷的運轉導致壓縮機的氣閥、活塞環和支撐環被加速損害，極大威脅甲醇合成反應的安全生產。油污吸附劑異常粉化主要表現為如下幾點：

1)油污吸附劑被嚴重粉化且部分吸附劑已經成為板結狀態；

2)系統中的氣體分布器被嚴重堵塞，堵塞比例高達50%；

3)吸附劑與瓷球和絲網摻雜在一起[3]。

為確實掌握油污吸附劑異常粉化的根本原理，項目組設計如圖2所示的分析流程。

圖2 吸附劑異常粉化原因分析流程圖

機械強度作為衡量吸附劑性能的主要技術指標。機械強度越高，其抵抗氣流沖擊的能力越強，具備更強的保持完整性的能力。因此，吸附劑被異常粉化的根本原因為其結構被破壞導致機械強度降低，導致在外力作用下無法保持其完整性，繼而被粉化。針對油污吸附劑被異常粉化的原因，作出如下假設：

1)油污吸附劑在運輸過程中被撞擊，導致其質量不合格；

2)油污吸附劑裝填時配置的氧化鋁瓷球配置比例不合理，在高速氣流的影響下導致其被加速粉化；

3)在實際生產中焦爐煤氣合成氣的流量波動較大，進而對吸附劑的磨損嚴重；

4)苯萘晶體在吸附劑上的附著，導致氣流通道被堵塞，加劇對吸附劑的磨損；

5)固定床的分布板存在故障導致吸附劑分散不均勻，在強氣流的影響下對吸附劑造成更大的沖擊，加劇了對吸附劑的磨損；

6)我公司所采用的吸附劑為堿性物質，而合成氣中含有大量的酸性氣體，上述堿性物質和酸性氣體反應導致吸附劑的結構被損壞，導致其進行強度被降低[4]。

3 油污吸附劑異常粉化的解決及效果

3.1 油污吸附劑異常粉化的解決

針對上文中“2”中分析的可能導致油污吸附劑被異常粉化原因，本節將針對性地提出解決方案，具體闡述如下：

1)針對油污吸附劑質量不合格所導致的異常粉化問題，可通過替換機械強度更高的吸附劑、減少吸附劑在運輸過程中的損耗以及保證吸附劑在狀態過程中盡可能少地形成溝流等措施進行解決；

2)針對油污吸附劑裝填不合理導致其異常粉化的問題，可通過減少吸附劑在層狀中的相對運行解決。具體方案為：將合成系統中涉及的固定床進行改造，并適當地增加相應的主動壓緊部件，確保吸附劑裝填完成后無位移現象。

3)針對系統中合成氣體氣流波動加劇吸附劑磨損的問題，可通過盡可能減少不必要的放空時間，煤氣的輸送操作應盡可能緩慢進行，對煤氣量進行調節時應避免氣量的突變等措施進行解決。

4)針對氣流通道被堵塞導致其變細進而加劇吸附劑磨損的問題，在每次更換吸附劑后續對固定床中所散布的孔進行清理，并為散布的孔選用12目(1.7 mm)的絲網。

5)針對苯萘晶體在吸附劑上附著導致其加劇磨損的問題，應適當增加合成系統中床槽的使用次數和頻率，從而有效減少苯萘晶體被帶入固定床的數量。

6)針對酸性氣體與堿性吸附劑反應導致吸附劑被加劇磨損的問題，采用煤質活性炭對其中的硫化氫進行吸收，盡可能地減少硫化氫氣體進入固定床中[5]。

3.2 效果驗證

將3.1中的所述的措施應用于焦爐煤氣制備甲醇的工藝中，對固定床出口和進口壓力的差值的變化進行驗證，得出如第77頁圖3所示的結果。

圖3 改進后固定床進出口壓差變化

將改進措施應用于合成甲醇工藝后，每隔一周對固定床進口和出口壓力差進行測量。如圖3所示，改進措施實施并生產60 d后，固定床進出口的壓差為70 kPa；而且，在生產80 d后固定床的壓差達到100 kPa。與改進前對比，固定床運行30 d后固定床的壓差已經達到139 kPa，說明上述解決方案具有明顯的效果。

4 結語

焦爐煤氣作為煤炭煉焦的副產品，可將其應用于合成甲醇進行再利用。在實際甲醇合成反應過程中，存在油污吸附劑被異常粉化的問題，主要與吸附劑的質量、裝填不合理以及苯萘晶體附著導致其本身的機械強度被破壞，進而加劇了吸附劑的磨損。因此，在實際應用中需采取合理的措施保證吸附劑的機械強度，保證其在外力和強對流情況下保持完整性。