煤基甲醇變換工藝中的節能創效

閆俊民（陜西長青能源化工有限公司， 陜西 寶雞 721045）

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煤基甲醇變換工藝中的節能創效

閆俊民（陜西長青能源化工有限公司， 陜西 寶雞 721045）

摘要：目前甲醇市場產能過剩，煤基甲醇項目比石油天然氣甲醇項目生產成本高很多，為降低煤基甲醇的產品成本，根據其固有的變換生產工藝，采取回收高溫冷凝液，采用廢鍋回收廢熱生產蒸汽進行發電。在變換催化劑的使用上，通過控制系統充卸壓速率，防止床層超溫，部分更換催化劑等節能創效措施，起到了較好的效果。

關鍵詞：煤基甲醇；變換；節能；創效

0 引言

現代大型煤化工項目煤基甲醇是以固態煤為原料制成煤氣，煤氣再經過催化合成為化工基礎原料——甲醇。煤是由碳和氫等元素組成一種復雜混合物，由煤制造出粗煤氣的主要成分為H2和CO，但煤中的氫含量相對較少，粗煤氣中的H2和CO不能滿足甲醇合成的需要。所以煤制氣還需經催化變換，把粗煤氣中的部分CO在催化劑的作用下變成H2，從而使H2與CO比例達到甲醇合成的要求。

煤氣的變換必須在催化劑的作用下才能完成，如何延長催化劑的使用壽命，如何能更多地回收變換過程中產生的廢熱加以利用，并盡可能多地采取節能創效措施，在目前甲醇市場價格較低的情況下具有十分重要的現實意義。

1 變換原理

粗煤氣中的CO與水蒸氣發生如下反應：

CO+H2O→CO2+H2+41.19kJ/mol

本反應是在催化劑作用下的可逆、放熱反應，在工業生產中，反應所放出的熱量在維持反應持續進行后的多余熱量可回收利用，反應溫度應維持在催化劑的活性范圍以內。要盡可能地使反應向有利于生產H2和CO2的方向進行，此反應是體積不變的反應，從理論上講，改變壓力，對反應平衡沒有影響，但是提高壓力，可加快反應速度，使設備體積減小，提高生產能力，因此工業生產多采用加壓變換。

2 工藝流程

本工藝流程為水煤漿氣化工藝變換流程（圖1為變換流程簡圖）：從氣化工段來的粗煤氣首先進入煤氣分離器V1中分離固體細灰和冷凝液，然后通過水煤氣廢鍋E1冷卻，調整煤氣的水汽比約為1.3，經第一水分離器V2分離冷凝液。分離后的氣體分成兩股，第一股氣量約為總氣量的55%，在煤氣預熱器E3殼程中與變換后變換氣換熱，加熱到275～305℃后進入變換爐R，在耐硫變換催化劑作用下進行CO變換反應。變換后的氣體溫度約為423℃，變換氣進入煤氣預熱器E3的管程，預熱參加變換的水煤氣，再通過2.5MPa廢鍋E4降溫、回收熱能，變換氣溫度降為243℃。

第二股不經變換反應的水煤氣經變換爐副線在2.5MPa廢鍋E4管程出口與第一股變換后氣體混合，通過1.0MPa 廢鍋E5降溫、回收能量，變換氣溫度降為210℃，然后進入第二水分離器V3。分離冷凝液后進入0.5MPa 廢鍋E6再次降溫、回收熱能，變換氣溫度降為180℃，進入第三水分離器V4。

第三水分離器V4分離冷凝液后，變換氣進入脫鹽水加熱器E7，將脫鹽水加熱到90℃以回收低位熱能，然后進入第四水分離器V5。分離出冷凝液后進入變換氣水冷器E8與循環水換熱，變換氣冷卻至40℃后送入洗氨塔C1。

在洗氨塔C1的上部設置了6層塔板，噴入高壓鍋爐給水對變換氣進行洗滌，脫除微量氨、氰后，送至脫硫脫碳工段脫除多余CO2及有毒有害的H2S、COS等酸性氣體，以達到甲醇合成氣的要求。

圖1 變換流程簡圖

3 節能創效

3.1 高溫冷凝液的利用

本工段第一水分離器V2分離的高溫工藝冷凝液，經鍋爐給水加熱器E2管程，預熱殼程的2.5MPa 廢鍋E4的鍋爐給水后，進入高溫冷凝液槽V8。

煤氣分離器V1、第二水分離器V3、第三水分離器V4分離的高溫工藝冷凝液，經液位調節閥也直接進入高溫冷凝液槽V8。

高溫冷凝液槽V8的工藝冷凝液則經高溫冷凝液泵加壓，送回到氣化裝置碳洗滌塔循環使用，不但節省用水還可利用冷凝液的顯熱。

3.2 廢熱的回收利用

本工藝設置了水煤氣廢鍋E1，用來降低進變換爐工藝氣的水氣比，并回收粗煤氣顯熱，E1吸收出變換爐變換氣的熱量，產生2.5MPa蒸汽并通過減壓閥減壓到1.0MPa后送入管網，廢鍋E5產生的1.0MPa低壓蒸汽也送入全廠1.0MPa蒸汽管網利用。

廢鍋E6產生0.5MPa 蒸汽送入全廠0.5MPa管網作為儀表拌熱站、采暖及浴室的氣源回收利用；

廢鍋E4產生2.5MPa蒸汽被送至該項目配套余熱發電機作為發電氣源使用。

在實際生產過程中，1.0MPa蒸汽有富裕，時常放空，為此，在E1廢鍋的減壓閥前重新接一管路把E1產生蒸汽通過控制閥部分送至2.5 MPa蒸汽管網進行發電，經過運行驗證效果較好，每小時可多發電約2MWh，每年創效200余萬元。

3.3 催化劑的使用

本公司使用的是鈷-鉬系寬溫耐硫變換催化劑，該催化劑是以活性很低的氧化物形式出廠的，只有其轉化為金屬硫化物時才具有較高的變換活性。因此催化劑裝進變換爐使用前應進行硫化，硫化過程主要發生以下反應：

硫化反應是放熱反應，所以須控制床層溫度，在進行硫化操作時嚴格按照催化劑廠家提供的硫化曲線進行硫化。若溫度過高，則易發生如下還原反應而使催化劑的活性降低。

使用工藝氣（粗煤氣）硫化時，硫化過程中可能發生下述反應：

為了使產生的熱量盡可能的少，在硫化過程中應盡可能地抑制這兩個反應，特別是反應（5）。通常催化劑轉化成硫化態后，對反應（4）是有利的，但催化劑為氧化態時，并在較高壓力下對反應（5）是有利的，所以應通過控制壓力來限制此反應。

該催化劑是氧化鈷、氧化鉬及其他填充物的柱狀混合物，雖然有一定的強度，但遇水易粉化，如粉化，會大大降低催化劑的活性，并增加催化劑床層阻力。煤氣中含有砷化物，易使催化劑中毒。粗煤氣中還有部分灰塵，如該部分灰塵覆蓋在催化劑表面也影響催化劑活性發揮。所以在操作過程中應采取以下控制措施延長催化劑的使用壽命：

嚴格控制變換爐催化劑床層溫度在500℃以內，防止超溫失去活性。

精心操作，嚴密監控煤氣分離器V1、第一水分離器V2的液位，嚴禁粗煤氣帶水進入變換工段；開車導氣時，對變換爐前管線充分暖管，低點排凝。為防止粗煤氣中水蒸氣冷凝成水，應把進入變換爐的入口粗煤氣溫度控制在高于露點溫度30℃。系統充卸壓速率不可太快，應控制在0.1MPa/min以內，以減少催化劑的粉化；嚴禁逆向從進入變換界區的放空閥卸壓，以免吹翻催化劑上部鋼絲網，吹出催化劑形成溝流，影響粗煤氣變換率。

控制原料煤的采購，嚴禁使用高砷煤，以免氣化的粗煤氣中砷化物含量超標，致使變換催化劑中毒。

催化劑的整體使用壽命一般在3年左右，由于粗煤氣中不可避免的帶有灰塵，并含有微量的砷化物，催化劑使用一年左右，床層上部催化劑活性就因灰塵包裹覆蓋、粉化、中毒，活性就很小了，從而一定程度上影響煤氣的變換率，并影響了后續的甲醇產量。為了確保甲醇產量，必須對催化劑進行更換，我公司年產60萬噸甲醇變換爐催化劑的裝填約為70m3，56噸，催化劑價格目前每噸約為5萬元，如全部更換，價格較高。經過催化劑床層溫降分析認為：中下部的催化劑活性較好，尚能使用。經研究采取了只更換上部約20m3的催化劑的方案，并利用每年停產檢修的間隙進行更換，經過2年實踐驗證，效果較好，能滿足生產需要。每年可節約催化劑的采購費約250萬元。

4 結語

每個生產項目建成后，因其生產工藝已確定，項目盈利與否，除市場因素影響外，主要還在于運行和經營，在生產運行過程中，應不斷地總結經驗，進行技術改造，開源節流，節能創效，以降低生產成本，提升產品市場競爭力。特別是產能過剩項目，更應如此。

作者簡介：閆俊民（1966- ），男，江蘇徐州人，高級工程師，經濟師，1992年畢業于中國礦業大學煤化工專業，2008年獲山東科技大學項目管理專業工程碩士學位，現主要從事煤基甲醇產品的生產技術及管理工作。

The process of transformation Coal based methanol in of energy saving and the effect

YAN Jun-min (Shaanxi evergreen energy chemical industry co., LTD., shaanxi baoji 721045)

Abstract:Methanol market capacity at present. Coal based methanol project production cost is much higher than the oil and gas of methanol project. To reduce the product cost of coal based methanol production process according to its inherent transformation, Take the recovery of high temperature condensate,Using pot scrap recycling waste heat steam to generate electricity production. On the use of conversion catalyst, Through the control system pressure relief rate, prevent bed overtemperature, Energy conservation and effi ciency.

Key words:Coal based methanol; Transformation; Energy saving; Gen effect