焦炉煤气制甲醇技术的研究分析

2022-09-10

一、我国的焦炉煤气资源的现状

1. 我国的焦炉煤气的组成和杂质的含量

焦炉煤气的组成是随着操作的工艺参数以及炼焦配比的不同而不同的, 一般的焦炉煤气经过净化之后是由干煤气和杂质一起组成的, 干煤气主要包括氢气、甲烷、一氧化碳、碳氢化合物、二氧化碳以及氮气等组成, 其中甲烷大概为百分之二十二左右, 是很好的化工原料气和燃料。杂质的成分主要是由焦油、粗苯、硫化氢、氰、氰化氢以及萘等组成, 含量都比较少。

2. 对于焦炉煤气的综合利用和途径

净化之后的焦炉煤气能够用来作为燃料, 提取出氢气, 并且用苯来加氢, 然后进行还原炼铁, 生产出硫化钠, 然后发电, 并且制造合成氨和甲醇, 其中, 制造甲醇的经济性价值比较大。根据文献介绍, 每生产一吨的甲醇需要2200立方米的焦煤炉气。

二、焦炉煤气制甲醇技术的基本原理

焦炉煤气制造甲醇的工艺流程很复杂, 焦炉煤气作为合成气的气源。它合成的工艺和要求是通过焦炉煤气的特性和组成来决定的。第一, 焦炉煤气之中含有一定的氮气和硫等一些污染物, 所以需要深度的净化处理, 进而消除对催化剂的影响。第二, 煤气之中也含有一定的焦油和烃类的组分, 需要使其饱和, 然后减少过程的升温。第三, 煤气之中的甲烷需要进一步合成气体。第四, 合成反应中的氢气和一氧化碳的理论比有一定的标准。第五, 甲醇合成气属于气相的反应, 是要在高温、高压和催化剂存在的条件下进行反应。

1. 精脱硫

焦炉煤气之中含有无机硫和有机硫大约的含量为三克每立方米, 湿法脱硫之后能够达到二十毫克每立方米, 加氢脱硫和干法脱硫是比较常用的精馏和脱硫的方法。一般采用的是铁钼加氢氧化锰的方法, 在氧化锰槽之中再加入钴钼加氢的串氧化锌工艺, 来满足转化以及甲醇合成触媒对于硫含量的要求。煤气精馏脱硫的过程为首先将加氢转化器把气体之中的有机硫转化成为无机硫, 不饱和的烃进行加氢达到饱和。再次, 加氢转化器可以把残留的有机硫进行转化, 然后中温氧化锌的脱硫。

2. 催化氧化

焦炉煤气的催化氧化又可以称为焦炉煤气的增碳, 使煤气之中的甲烷以及烃类等通过氧化来转化为一氧化碳, 转化的工艺主要有催化部分氧化法、蒸汽转化法以及简写催化转化法。目前, 比较经常使用的是纯氧催化部分的氧化转化工艺, 如果对于钢铁联合企业, 可以利用高炉煤气之中的一氧化碳来增碳。

3. 甲醇的合成

甲醇的催化合成可以按照压力来分类, 能够分为高压法、中压法、低压法。反应器主要是管壳式的等温反应器, 管子内部装有甲醇合成触媒, 壳程主要为沸腾的热水, 我国比较经常使用的是低压合成技术。在反应过程中产生的热量可以用来生产中压的饱和蒸汽, 目的是控制反应温度, 产生的产品经过换热、冷却之后, 能够在甲醇分离器之内进行气液分离并且分离出气体, 一部分能够作为循环气来进入循环的压缩机, 在升压之后和原料气进行混合进而合成甲醇。接着就是进入到下一个循环系统;另一部分气体能够作为排放气, 使得经过洗醇塔的洗涤之后把甲醇进行回收, 然后送到燃料气的系统。粗甲醇可以通过闪蒸槽进行闪蒸之后得到。

4. 甲醇精馏

合成气产品之中一般含有一定量的杂质醇, 对于粗甲醇必须要经过精馏然后得到精甲醇, 采用的工艺一般是多塔精馏, 预精馏塔一般是要蒸去其中的粗组分, 并且预留精馏塔底部的甲醇液, 然后通过给料泵进行加压并且把其送入加压塔, 塔顶蒸出的冷凝热能够作为常压的塔热源。由常压塔和再沸器出来的甲醇液再通过加压塔回流槽, 使得其中一部分通过加压塔回流泵进行加压之后送到加压塔来作为回流液;其余的部分要经过精甲醇的冷却器将其冷却到四十度之后作为合格的产品送去精甲醇槽。

三、焦炉煤气的烷烃转化技术

1. 蒸汽转化的工艺

焦炉煤气的蒸汽转化工艺和天然气制造甲醇过程中的一段转化炉的转化机理相似, 其主要的反应为:CH4+H2O-CO+3H2该反应是吸热反应, 如果提高温度, 能够帮助甲烷的转化, 在反应过程中需要在反应管的外部燃烧燃料气体之间供给热量, 反应管需要用耐高温的镍镉不锈钢来制造, 转化炉的结构比较复杂, 喷嘴很多, 造价比较高, 经常用于天然气的一段转化, 焦炉煤气之中的甲烷含量只为天然气的四分之一, 所以一般情况不采用蒸汽转化的工艺。

2. 纯氧非催化部分的氧化转化工艺

该工艺主要分为两个阶段:第一步是甲烷、一氧化碳和氢气的燃烧反应, 第二步是甲烷转化成一氧化碳的阶段, 反应方程式为:CH4+H2O-CO+3H2该方法生成的合成气的氢碳比比较理想, 合成甲醇的时候, 循环气之中惰性气体的含量比较低, 能够有利于节能减排。主要的缺点是在转化气的净化工艺过程中如果选择湿法的脱硫工艺就必须要同时脱碳。

3. 纯氧催化部分的氧化转化工艺

该方法要在高温1300到1400的条件下进行, 主要的化学反应式如下:

总结

焦炉煤气作为甲醇生产的原料气, 其中煤气里的氢气含量比较高。所以如果在以后发展其它的化工产品的时候可以考虑从合成气之中来提取氢气, 并且使得合成气之中的碳氢比最合理, 并提高装置的利用率, 进一步发挥出焦炉煤气的作用。焦炉煤气的高效除尘和深度的净化技术、二氧化碳的富集、转化利用、减排技术、多像催化反应合成醇、烃等技术是焦炉煤气制造甲醇技术的重要理论的支撑。

摘要：焦炉煤气制造甲醇的技术已经成为当今社会节能降本的一种化工生产趋势, 钢铁工业对于焦炭的需求越来越大, 与此同时也产生了很多炼焦的副产品, 即焦炉煤气, 我们需要研究合理利用焦炉煤气, 这对建设我国资源节约型的社会和实现经济的可持续发展具有重大的意义。炼焦炉目前在向大型化、机械化以及自动化发展的过程中, 焦炉煤气的净化技术和装备等也都得到了明显的提高。本文对焦炉煤气制造甲醇的技术进行了概述, 并且对于焦炉煤气制造甲醇的原理和主要工艺以及进展进行了阐述, 最后还对于该技术的应用做了简要介绍。

关键词：焦炉煤气,工艺,甲醇