焦炉气制甲醇补碳技术改造讨论

2022-09-11

引言

随着焦炉气制甲醇工艺的不断成熟和发展, 增产增效成为了装置研究的新课题。补碳技术就是其中简单快捷的改造, 我公司曾采用压缩工序前进行纯CO2补碳改造, 经过实际运行实践后改造为闪蒸汽补碳, 此项改造不仅起到补碳作用, 同时更好的对合成废气进行了充分利用, 减少碳损失, 积极响应了国家环保要求。

一、主要工艺流程

焦炉煤气制甲醇装置工艺“纯氧—蒸汽部分转化、低压合成、三塔精馏”工艺, 在原料焦炉气中CO及CO2含量较低, H2和CH4含量高, 甲烷转化后的转化气氢碳比高于理论2.15, 甲醇弛放气中氢含量高, H2利用率低。

二、补碳改造原则

1. 液态高纯度CO2补碳

二氧化碳的影响

(1) 甲烷转化CO2作用

转化甲烷反应方程式:

由反应中可知, CO2既是甲烷转化的产物, 也是反应物, 因此为了提高甲烷蒸汽转化率可以适当补充CO2, 同时还能又有利于第三个反应式的进行, 提高CO。

(2) 对甲醇合成影响

甲醇合成反应原理:

由反应式可以看出, 甲醇合成为放热反应, CO2放热少近一半, 因此适当控制CO2有利于合成催化剂床层温度控制, 对CO、CO2的转化率有所提高。但CO2含量并不是越高越好, 要适当控制, CO2含量高不仅影响主反应, 且多产生一分子水, 影响粗甲醇水分。

2. 闪蒸气补碳

闪蒸气的产生来自合成闪蒸槽, 由甲醇分离器出来的粗醇进闪蒸槽后, 闪蒸气体减压后与驰放气混合送去燃料气缓冲罐, 其主要气体成分含CO为3.36% (v) , CO2为45.78% (v) , 甲烷为6.14% (v) 。经分析讨论可补充到压缩机进口作为系统补碳气源。

三、具体实施方案

1. 高纯度液态CO2补碳

(1) 改造方案

外部采购CO2为罐车运输液态的, 到厂后将其卸车于低温液体储槽, 利用公司富裕低压蒸汽做热源对CO2气化, 气化后的CO2采用弛放气压力作为动力, 补充至压缩机一段入口混入原料焦炉气中, 进行补碳。

(2) 增产分析

补碳后情况如下:

通过改造, 采用炉前补碳法进行补碳调整氢碳, 使得氢碳比趋近去于理论值2.05——2.15之间, 经数据实际测算CO2每增加500Nm3/h, 精甲醇产量增加0.44t/h。

(3) 结论

①采用炉前补碳调整了合理的氢碳比, 提高了有效气体反应率;

②经测算补入的碳约68%生成甲醇;

③改造后总碳转化率达到85.8%, 提高甲醇产量约3000吨/年。

2. 闪蒸气补碳改造

(1) 改造方案

对合成闪蒸槽排放的闪蒸气进行管路改造, 将闪蒸气并入压缩机一段入口焦炉气管道, 与原料气混合进入焦炉气压缩机压缩, 到后系统利用。

(2) 改造后分析

改造实施后, 对新鲜气进行气体分析, 发现CO2含量有所增加, 氢碳比降低, 说明改造成功, 采用闪蒸气补碳技改可实施。

采用闪蒸气补碳改造后CO单程转化率提高约1%, 总碳转化率没什么变化, 按照补碳量为6.38kmol/h计算全年增加甲醇产量约1400吨。甲醇合成的反应式:

(3) 总结

①闪蒸气补碳改造费用较低, 合理的调整了系统氢碳比, 有利于提高气体反应率;

②按照实际测算增加甲醇产量约1400吨/年, 达到了增产增效目的。

③改造后减少了碳损失, 减少了碳外排量, 改善了大气质量, 符合环保措施。

四、结束语

焦炉气制甲醇工艺已发展到成熟阶段, 受气体成分氢多碳少的影响, 产量受到一定局限, 富裕氢气无法再利用明显突出, 为此我公司采用两种补碳方式进行改造, 通过高纯度液态二氧化碳补碳和合成闪蒸气补碳利用对比, 最终确定采用投资少易操作闪蒸气补碳工艺, 充分利用闪蒸气中的碳优化焦炉煤气氢碳比 (入塔气氢碳比由4.661降低到4.155, CO单程转化率提高近1%, ) , 不仅达到增加甲醇产量和增加公司效益的目的, 更好的减少了CO2排放, 达到节能减排降耗的目的。

摘要：本文介绍了焦炉气制甲醇装置补碳技术改造。针对以焦炉煤气为原料生产甲醇中, 氢碳比高于甲醇合成理论比例, 氢气富裕量过大, 因此由补碳来提高氢气利用率, 从而实现增产增效目的。分别从纯二氧化碳补充和利用合成闪蒸汽补碳来进行对比介绍。

关键词：焦炉气,甲醇,补碳,氢碳比,增产