淺議焦爐氣制甲醇裝置大檢修的安全管理

孫波

關鍵詞：焦爐;設備維修;常見問題

引言焦炭是煤的再加工產品。隨著我國鋼鐵行業對焦炭需求的不斷增加，焦炭產量大幅增加。焦爐煤氣作為煤炭精煉過程的產物，初期采用點燈方式處理，不僅造成資源浪費，還造成環境污染。目前，焦爐煤氣可在新技術的指導下制備成甲醇、合成氨等產品。然而，對于焦爐煤氣制甲醇工藝，產能不穩定、能耗高是主要問題。為此，迫切需要焦爐煤氣制備甲醇裝置的技術，提高企業工作效率，減少資源浪費。

一、焦爐煤氣現有利用技術研究

焦爐煤氣是多種氣體形成的混合氣體，其氣體成分與焦爐的工作條件和煉焦煤的質量密切相關。凈化后的焦爐煤氣成分主要是氫氣、甲烷、一氧化碳等可燃氣體。可燃氣體的體積分數為86%～96%，燃燒可產生118000kJ/Nm3的熱值。除燃燒外，焦爐煤氣也是焦爐煤氣用于發電、化工原料和還原氣的最常見方式。用作發電燃料時，可用于蒸汽或燃氣發電。用作化工產品的原料時，可作為原料氣用于氫氣提取、甲醇合成、甲烷提取等有機化學品。作為還原性氣體，焦爐煤氣可用于還原鐵等新工藝。

1.作為燃料利用

焦爐煤氣用作燃料時，可用作民用煤氣和工業煤氣。在民用燃氣利用領域，由于天然氣的清潔度和燃燒產物優于焦爐煤氣，焦爐煤氣可作為天然氣未覆蓋地區民用燃氣的補充。在工業氣體領域，焦爐煤氣可用作工業燃料，如鋼鐵聯合企業的煉鋼和軋鋼燃料，焦化企業的加熱燃料，化工企業的加熱燃料。

2.作為發電燃料利用

作為發電燃料，焦爐煤氣是應用最為成熟的領域，可作為汽輪機、燃氣輪機、燃氣輪機和內燃機的發電燃料。當用作汽輪機發電的燃料時，焦爐煤氣可用于燃燒產生蒸汽，帶動發電機發電，但其發電效率較低，僅為30%。用作燃氣輪機燃料時，焦爐煤氣可被壓縮加熱，然后由燃氣輪機膨脹，將燃燒后的熱能轉化為機械能，帶動燃氣輪機的機械運動發電。發電效率與汽輪機基本相同。燃氣輪機發電是蒸汽輪機與燃氣輪機技術相結合而形成的發電裝置。其發電效率優于汽輪機和燃氣輪機，發電效率約為45%。內燃機發電機將焦爐煤氣轉化為煤氣作為內燃機發電機組的燃料，其發電效率約為33%。焦爐煤氣作為發電燃料的利用技術比較成熟，但由于焦爐的產能，發電機組的發電量較小，一般在20000千瓦以內，發電機組受焦爐檢修、檢修、停產等因素，導致發電機組運行不穩定，一般用于小型焦化企業自用電或部分發電并網，大型焦化企業一般不使用它作為發電燃料。

3.DRI的利用

焦爐煤氣用作直接還原鐵原料時，可用作電爐短流程煉鋼和冶煉優質鋼原料的雜質稀釋劑，也可用作轉爐煉鋼冷卻劑和生鐵原料。目前國際上鐵的直接還原多采用Midrex和HYL氣基直接還原工藝，要求氣基氣體中氫氣和一氧化碳的體積分數大于90%，氫氣和一氧化碳的比例大于90%。爐內要還原的一氧化碳為1.6和5.7，對氫含量要求較高。焦爐煤氣主要由氫氣和甲烷組成，可用于轉爐煉鋼豎爐生產直接還原鐵原料氣，可滿足直接還原鐵原料的生產要求。隨著我國從基礎設施建設向高端制造邁進，各行業對特殊鋼的需求旺盛，鋼材中非金屬材料和有色金屬的使用量增加，導致廢鋼質量下降。廢鋼用作煉鋼爐原料時，以直接還原鐵為稀釋劑，與廢鋼結合使用，以改善廢鋼的物理性能，提高優質鋼的收率和質量。據世界金屬公報統計，僅2019年，全球直接還原鐵產量為1.08億噸，主要生產國為印度和伊朗。我國鋼鐵生產主要以高爐生產為主，占全國鋼鐵產量的80%。雖然“直接還原鐵”技術從2013年就已經推出，但發展相對緩慢。在我國節能降耗、淘汰落后產能的背景下，高爐煉鋼能耗高、二氧化碳排放量大等問題日益受到關注。直接還原鐵技術的應用可以緩解鋼鐵行業的能源消耗問題，減少溫室氣體排放，提高鋼鐵生產純度，促進我國鋼鐵生產轉型發展。

4.作為化工產品原料

由于焦爐煤氣是一種多組分混合氣體，在化工生產中可作為提氫、合成氨、合成甲醇和天然氣生產的原料。①作為提氫的原料，由于焦爐煤氣中氫氣的體積分數大于50%，有的甚至可以達到60%以上，而且氫氣作為一種清潔能源被廣泛使用，焦爐煤氣可以用作提取氫氣的原料，采用變壓吸附和膜分離技術提取，借助固體吸附材料中氣體成分的不同吸附特性和膜的選擇性滲透，將氫氣與其他氣體成分分離被實現。焦爐煤氣提氫廣泛應用于鋼鐵企業生產，提氫產品可用于鋼鐵粗苯加氫精制、煤焦油加氫、連續退火爐、冷軋罩式爐等。②作為合成氨的原料，焦爐煤氣中含有大量的甲烷成分，可作為生產氨的理想原料。借助蒸汽富氧催化轉化工藝，焦爐煤氣中的甲烷不斷與氧氣、水和二氧化碳反應，生成富含一氧化碳的一氧化碳、氫氣和二氧化碳轉化氣體。根據國內生產企業的生產數據，生產1噸合成氨僅需1720m3焦爐煤氣。合成氨可作為化肥生產的原料，以焦爐煤氣為原料合成氨的成本明顯低于天然氣和無煙煤，具有顯著的經濟優勢。③甲醇的合成甲醇是重要的化工原料，是生產甲醛和農藥的原料，還可用作有機萃取劑和醇變性劑。廣泛應用于農藥、醫藥、木材加工、紡織、染料、涂料等領域。作為生產甲醇的原料，是焦爐煤氣的重要用途之一。我國甲醇生產企業近70家，年生產能力1300萬噸/年。以焦爐煤氣為原料生產甲醇時，通過對煤氣進行深度凈化，滿足催化劑催化反應要求，采用焦爐煤氣高效多元復合技術。生產工藝原理是將焦爐煤氣中的甲烷和多碳烴轉化為氫氣，一氧化碳在催化劑的催化下生成甲醇。按甲醇合成方法，按合成壓力，甲醇催化合成可分為高壓法、中壓法和低壓法。中國企業主要采用低壓法合成甲醇。甲醇合成塔反應產生的熱量可副產中壓飽和蒸汽，在甲醇分離器中進行氣液分離，分離出氣體。粗甲醇作為吹掃氣經醇洗塔洗滌回收后進入燃氣系統;分離液通過閃蒸罐分離成閃蒸蒸汽，得到粗甲醇。由于粗甲醇中含有一定量的雜醇，需要進一步精餾才能得到精甲醇。本工藝采用多塔精餾工藝，將輕組分在預精餾塔中脫除后形成的甲醇液由進料泵加入。加壓進入加壓塔，塔頂輸出的甲醇蒸汽進入常壓塔再沸器，甲醇蒸汽二次蒸餾的冷凝熱作為常壓塔的熱源，常壓產生的甲醇液塔再沸器加壓進入加壓回流罐，其余經冷卻器冷卻至40℃，為合格品。④天然氣生產以焦爐煤氣為原料生產天然氣是一項新興的利用技術。其工藝原理是對焦爐煤氣進行壓縮、預處理和甲烷化提純，然后通過氣體分離、干燥提純和低溫液化工藝生產天然氣。據我國相關數據顯示，我國現有焦爐煤氣生產天然氣廠25家，總產能超過30億立方米/年，約占焦爐煤氣產量的30%。

三、加強焦爐設備檢修相關對策

1.結合在線監測技術

在實際的軸承維護過程中，需要注重徑向和軸向游隙的準確測量和計算。由于焦爐輔助設備出現問題的主要原因是損壞和振動，也可以結合現代化設備，利用在線監督檢測相關技術，實現對運行的具體變化的準確判斷。首先要做好相應設備的巡檢工作，每次發射前，要制定相應的巡檢計劃，有針對性地安排和檢查焦爐受熱面，并根據設備的實際情況確定合適的檢查計劃和檢查。這樣，保證通過現代網絡管理系統的合理應用，實現對設備維修結果的定期監督和評估，實現診斷系統的修正，確保焦爐設備正常運行，可以進一步優化。其次，在實際檢查中，如果發現一些明顯的故障，要立即詳細檢查通風系統不同部位的阻力，盡量將風道阻力設置得盡可能短，避免安裝一些不必要的擋板在通風口。同時，要盡量避免在氣流速度比較大的區域安裝支柱，這樣會導致氣流遇到障礙。另外，磨煤機在運行過程中要特別注意，為保證在小電流條件下也能運行，加球時需要減少焦爐的啟停頻率，以及相應的齒輪損壞檢查、間隙測量工作，為焦爐更安全、更穩定的運行提供了一定的支持。

2.重視檢修安全管理

針對焦爐維修工作中存在的問題，要在準確了解維修問題原因的基礎上，做好相應的安全管理工作，確保維修工作能夠更加順利地進行，為更好地保障焦爐作業安全提供支持。首先，維修人員在實際進行工作之前，需要審核相應的安全準備是否已經落實，比如是否有斷水、斷汽等;污水照明電壓是否合適;維護所需的工具是否準備好等，這樣可以確保通過完善相應的準備工作來避免可能出現的危險問題。其次，在維修工作的實際過程中，要保證爐外有專人監控，這樣才能保證一些突發事件能夠得到有效處理，迅速采取相應措施，縮小范圍的危險。同時，為了保證檢修工作的安全，進入焦爐轉鼓和爐膛前要保證足夠的通風，使檢修人員有足夠的氧氣呼吸。最后，在進入大爐進行維護工作的過程中，要佩戴相應的安全帽、防風眼鏡等，防止細灰進入眼睛。同時，對于一些可旋轉的擋板、灰門等，一定要注意是否能承受維修人員的重量，以免因跑偏而損壞維修人員的人身安全。

3.科學進行設備維護保養

在進行設備檢修工作的同時，也要及時進行設備檢修工作，保證檢修工作的科學性和有效性，從而確保能夠更有效地避免焦爐設備的故障。焦爐設備更安全，為穩定運行提供一定的支持。首先，對于設備維修工作，需要按照大修和小修的相關工作標準執行。大修主要是指全面系統的維修工作，包括定期檢查設備系統、零部件等。實驗鑒定等。一般情況下，由于大修工程工作量大，需要使用多種設備，成本也比較高。小修主要是對容易磨損的部位進行定期檢查，重點檢查包括受熱面、全閥門等，以確保有效避免安全事故。其次，對于焦爐的檢修工作，要落實主動發現缺陷、主動消除缺陷的工作。同時，即使是同一個焦爐，由于使用時間的不同，焦爐的狀態也會受到燃燒條件、工藝、工作量的影響，會有不同程度的磨損。因此，有必要對相應的熱力系統進行維護工作。這樣就保證了通過有效的巡檢工作，能夠及早發現并及時解決安全隱患，確保焦爐運行更加安全。最后，在維護過程中，要注意監控手段的科學性和合理性。通過集成現代計算機維修相關系統，將相應的維修檔案形成電子數據，及時上傳至設備管理系統。這不僅可以為焦爐設備的后續維護提供數據支持，還可以實施有效的信息化管理，提高設備維護效率，保障焦爐運行的穩定性。

四、天然氣制甲醇工藝流程及其控制研究分析

1.精餾工藝及控制分析

粗甲醇的熱處理是重要的精餾工藝之一。在加熱甲醇的過程中，首先送入預塔進行處理，嚴格控制加熱溫度使其達到沸點，進行氣液分離處理，分離液應始終保持沸騰狀態，因為甲醇是輕餾分，主要存在于塔頂，而塔前塔頂的量相對較少。為防止浪費，可用作轉化處理的燃料。甲醇進入精餾塔后，為保證甲醇精餾過程的成功，需要對各個工藝進行改進，以降低能耗和生產成本。節能工藝主要是對蒸餾塔串聯處理，因為大部分甲醇在沒有較高溫度的情況下進行蒸餾，在蒸餾塔上形成熱源，對熱能的利用效率具有重要意義。在蒸餾塔頂部冷凝后可生成甲醇產品。在這種特殊情況下，甲醇產品的整體質量較高，可以進一步提高甲醇的產量。在這個過程中，甲醇產量占總產量的一半以上。節能精餾工藝有利于提高甲醇產品的質量和收率，但同時也會產生廢水。通過水循環預塔的抽提和后續的汽化處理，可以實現鹵水的循環利用，達到廢水零排放的目標。具有高節能型。甲醇精餾處理有很多重要的工藝環節。在實際的精餾過程中，影響甲醇質量和產量的因素很多，包括流量因素、溫度和壓力因素。為防止不利因素造成的影響，確保天然氣甲醇生產具有較高的效率，必須做好溫度控制。有關人員要科學控制參數，注意抽檢工作，更好地了解甲醇質量。有條件的，必須每天對甲醇進行取樣檢驗，同時做好記錄。為確保甲醇質量達標，應嚴格遵守相關操作規程，防止出現各種問題。在甲醇蒸餾過程中，嚴格控制塔頂溫度在合理范圍內，以提高甲醇濃度。與其他國家的甲醇生產工藝相比，我國甲醇企業規模較小，阻礙了甲醇生產的效率。為更好地控制生產質量，應積極借鑒先進工藝流程，將反應壓力控制在一定水平，期間增加甲醇含量，保證其轉化率在60%以上。

2.天然氣制甲醇的轉化工藝

在甲醇生產過程中，天然氣制備比例不斷提高。與發達國家的80%相比，我國天然氣與甲醇的比例約為35%。因此，應不斷優化工藝流程，提高我國天然氣制備比例，其中轉化工藝最為關鍵。要做好各項參數的控制，確保天然氣制甲醇的成功率。一般來說，天然氣轉化分為直接轉化和間接轉化。間接轉換比較常見，可以保證良好的轉換效果。天然氣間接轉化為甲醇的主要原理是蒸汽裂解原理，通過碳氫比合成相應的生產原料。目前，隨著科學技術的不斷發展，間接轉化技術也不斷成熟和完善，但同時也存在一定的不足，直接轉化法可以改善生產過程中的缺陷，能耗比較小，節省了實際運行的消耗成本。在天然氣制合成氣的過程中，會出現二氧化碳和一氧化碳不足的問題，影響轉化效率。為了防止這個問題，使用了二氧化碳蒸汽重整法。為了滿足合成氣的需要，也可以通過兩段重整法將整個轉化過程分為兩段。首先，對天然氣進行蒸汽重整，這是一個蒸汽催化重整過程。在重整過程中，充分考慮了催化劑積碳的影響，合理控制水碳比，與爐管壁溫度密切相關。通常應嚴格控制水碳比在一定范圍內，逐步降低甲烷裂解脫碳率，防止積碳的發生，還應合理控制原材料的質量，確定質量范圍。為保證管壁溫度，需要控制好天然氣的氧化反應，防止甲烷裂解和脫碳的發生，不斷提高反應溫度，控制甲烷滯留量，實現轉化。在此過程中，剩余物質完成反應，可以保證天然氣生產的有效性。提高甲醇的有效氣體組成具有重要意義。為保證甲醇制備的有效氣量，需要在制備過程中對溫度和流速進行觀察和監控。如果出現異常情況，需要及時調整。抽樣工作非常關鍵。采樣過程中如有相關問題，及時報告。例如在采樣CH4、CO、CO2等時，做好樣品的實驗室分析工作，為下一步的準備工作提供參考。

五、結語

目前，甲醇市場供需基本保持平衡狀態。甲醇作為其他下游產品的中間體，仍有較高的市場需求。隨著工業化水平的不斷提高，甲醇生產技術仍不能適應社會發展的要求，自動化程度較低。目前，國內煤化工項目基本依靠國外技術和設備完成生產，我國自主研發能力有待提高，為更好地提高生產效率，節約能源，滿足甲醇生產工藝的技術要求，需要積極引進國內外先進工藝技術，因地制宜進一步改進優化生產工藝，并降低投資成本，減少并有效提高生產效率。

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