焦炉煤气制甲醇造气工序碳转化率计算分析

2022-10-21

1.前言

当前基础化工原料中,甲醇消耗量仪居第四,无论是从现代工业生产还是化工能源来看甲醇都是其中不可缺少的原料[1]。同时甲醇是城市中汽车理想的替代燃料,汽车用甲醇燃料的技术发展一定会给甲醇的发展带来巨大的机遇和广阔的市场。但造气工序中气化装备中碳转化率的高低,会直接影响甲醇产量,文章就某企业造气实际运行数据为例,阐述碳转化计算过程。

2.造气工艺流程

原料焦炭经破碎、筛分后,由皮带运输机送到煤气发生炉顶部焦炭料仓里,由加料斗经自动加焦机连续加入固定床煤气发生炉。蒸汽和氧气连续进入炉中,焦炭和氧气进行不完全燃烧产生大量的热量,温度升高,供蒸汽在炽热的炭中分解,制得水煤气。水煤气出来进入废热锅炉,将水煤气由约700℃(<750℃)降至280℃左右。经过过热蒸汽预热器再次回收热量后约170℃进入洗气箱、煤气洗涤塔将水煤气冷却至35℃送往气柜,经缓冲后进入除尘器,经过除尘后送入电滤器将其焦油和灰尘脱除至3mg/m³(标)以下,送入煤气增压系统。废热锅炉副产的2.5MPa蒸汽外送,造气炉夹套副产的蒸汽供造气自用。

3.造气工序碳转化率计算分析

焦炭造气工序:主要为原料焦产水煤气。

造气是以焦为原料,空气、水蒸汽为气化剂,制取水煤气,排出废气、废渣及送下游装置的工艺物料。气化炉内反应方程式如下:

C+O2→CO2+408841kJ/kcal

2C+O2→2CO+248292kJ/kcal

CO2+C→2CO-157885kJ/kcal

C+H2O→CO+H2-117667kJ/kcal

根据某企业实际运行数据统计,造气工序物料平衡见表1。

(1)造气工序碳转化率计算

造气工序的主要用能设备气化炉,根据企某业实际运行数据,参照《化学工业燃烧炉燃料燃烧设计计算规定》(HG/T20682-2005)和《设备热效率计算通则》(GB/T2588-2000)对单台气化炉气化率进行核算。

①入炉原料

根据某企业实际运行数据,本次选用入炉原料焦分析数据和热值见表2,空气数据见表3。

②根据某企业实际运行数据,本次造气采用常压固定床常压间歇式制气工艺,出炉气组份见表4及表5。

③造气中各组分小时消耗量及入(出)炉参数见如下:

投入:

原料焦:19083.56kg/h

空气:53347.17kg/h

蒸汽(0.5Mpa,158℃):20000kg/h

投入合计:92430.73kg/h

产出:

吹风气(常压,150℃):59890.03kg/h

废渣:3748kg/h

水煤气(0.06Mpa,40℃):27997.76kg/h

产出合计:91635.79kg/h

④气化工艺指标综合计算

根据水煤气中各组分含量计算水煤气含碳量:

水煤气含碳量=∑[水煤气消耗量×w(含碳组分)%×C元素相对分子质量÷相对分子质量]

根据吹风气中各组分含量计算吹风气含碳量:

吹风气含碳量=∑[吹风气消耗量×w(含碳组分)%×C元素相对分子质量÷相对分子质量]

碳转化率=(C气÷C焦)×100%=(5260.49+4876.76)÷ (19083.56×76.5%)×100%=69%

气化炉碳转化率为69%<75%,该企业碳转化率不符合其采用的固定床气化技术能效要求,建议企业尝试焦炉气中补入二氧化碳,以小技改提高甲醇产量。

(2)改进分析

①在催化剂允许范围内,尽量降低转化系统加入蒸汽量,提高转换气中一氧化碳含量。

②尝试焦炉气中补入二氧化碳,以小技改提高甲醇产量。

③精心操作,将转化炉出口温度控制在要求范围内。

④在保证转化炉安全运行的情况下,尽量提高出口温度,以保证转化气质量。

4.结束语

生产甲醇所采用的原料有焦炉煤气、焦炭等,文章采纳拥有较大的焦炭生产装置的企业,因此原料选用焦炭,将焦炭生产与煤化工紧密结合起来,把放散的焦炉气加工成为用途广泛的甲醇。另外企业考虑不造成焦炉气中氢的浪费,对副产驰放气进行提氢,补充到合成气中,使制得的合成气中氢碳比较为理想。可见,选用焦炉气为主要原料,配少量焦粒来制得合成气,原材料的选择较为清洁。但造气工序中碳转化率不符合固定床技术的要求,碳转化率的高低将影响粗甲醇产量。可通过在转换前补充二氧化碳,在反应器中进行逆变反应,从而增加甲醇产量。也可在保证转化炉安全运行的情况下,尽量提高出口温度,以保证转化气质量。

摘要：碳转化率高低将直接影响粗甲醇产量,文章通过计算某企业造气工序碳转化率,简要提出增加甲醇产量的方法。

关键词：焦炉气制甲醇,造气,碳转化率