水煤气与焦炉气

水煤气、焦炉煤气联产甲醇工艺的探索与实践作者/来源：李毓良，杨国祥(七台河宝泰隆煤化工股份有限公司，黑龙江七台河154600)日期：2011-12-01点击率：808摘要：焦炉煤气生产甲醇工艺中，氢气过量，需要排放，浪费了资源。水煤气生产甲醇工艺中，氢气不足，需要将碳提取、排放，既污染环境，又降低了资源的利用率。将两种工艺有机结合后，实现资源互补，既降低了生产成本，又减少了排放，实现经济效益和社会效益的最大化。关键词：焦炉煤气；水煤气联产甲醇工艺；探索；实践中图分类号：TQ223.121文献标识码：B文章编号：1008—021X(2011)04—0070—02黑龙江宝泰隆煤化工集团有限公司是集煤炭开采、洗选加工、炼焦、化工、发电、供热于一体的新兴资源综合利用型的大型民营企业。始建于2000年，在位于鸡西市的黑龙江宝泰隆焦化有限公司的基础上发展起来的。位于七台河市的七台河宝泰隆煤化工有限公司、七台河宝泰隆甲醇有限公司均是其子公司。七台河宝泰隆甲醇有限公司以集团公司内自产焦炉煤气为原料，年产甲醇10万t。由化二院设计，采用化二院开发的焦炉煤气制甲醇工艺。七台河宝泰隆甲醇有限公司于2006年建设，于2007年顺利投产，并产出合格精甲醇。甲醇投产后，甲醇合成工段的弛放气中氢含量高，为回收甲醇弛放气，进行了水煤气、焦炉煤气联产甲醇工艺的探索及实践。1水煤气、焦炉煤气联产甲醇工艺的探索1.1焦炉煤气合成甲醇工艺路线七台河宝泰隆甲醇有限公司的设计生产能力为年产甲醇10万t，工艺流程主要由湿法脱硫、焦炉煤气压缩、焦炉煤气净化、焦炉煤气转化、甲醇合成、合成气压缩、甲醇精馏等工段所组成。焦炉煤气组成见表1。湿法脱硫工段：由焦化厂送来的焦炉煤气进入气柜存储、缓冲后，由罗茨风机加压到25kPa后，进入脱硫塔，在脱硫塔内与脱硫碱液逆流接触，经碱液洗涤，初步脱除H2S后，送往焦炉气压缩工段。焦炉煤气压缩工段：由湿法脱硫来的压力为22kPa的焦炉煤气经往复压缩机加压后，送往焦炉煤气净化工段，为后续工段提供加工的动力。焦炉煤气净化工段：焦炉气压缩机送来的焦炉煤气经脱油、加氢转化、氧化铁脱硫、氧化锌脱硫处理后，将焦炉煤气中的有机硫、无机硫通过转化、吸收的方式脱除，达到甲醇合成的要求。焦炉煤气转化工段：焦炉煤气中的甲烷是合成甲醇的无效气体，通过焦炉煤气转化工段加工，得到转化气。在转化工段将焦炉煤气中的CH4转变为甲醇合成的有效气体CO和CO2，达到甲醇合成的最大收率，减少无效气体的排放。从转化气的气体成分看，不能满足甲醇合成原料气的H2／C比控制在2.05～2.15条件，转化气的H2／C为：H2／C＝(H2－CO2)／(CO＋CO2)＝2.83说明以焦炉煤气为甲醇合成的原料时，H2／C高于甲醇合成的H2／C比要求，即H2过量。转化工段加工后的气体为转化气，气体组成如表2。甲醇合成工段：将前工段处理、转变后的转化气，通过换热加温、合成、冷却、分离等处理得到粗甲醇，通过管路送往精馏工段处理。因甲醇合成率达不到气体的完全转化，没有反应的气体则以循环反应的方式继续合成为甲醇，并将部分不能反应的气体以排放的形式排出系统。合成循环气组成如表3。从表3可以看到循环气的H2／C为：H2／C＝(H2－C02)／(CO＋CO2)＝8.6根据有关化学计量和实际的生产经验得出，需将合成人塔气中氢碳比控制为H2／C＝5～6。为了控制合成入塔气的H2／C，需将循环气中的部分气体排放，达到减少H2在系统积累的目的。经过排放控制后的入塔气组成见表4。合成入塔气的H2／C为：H2／C＝(H2－CO2)／(CO＋CO2)＝6.4略高于入塔气的控制要求。甲醇生产负荷达到设计能力时，甲醇合成系统的气体排放量为14920Nm3／h，其中的H2含量为81.9％，如果加以回收，其经济效益十分显著。合成气压缩工段：对分离器分离甲醇后没有反应的气体，用压缩机提供循环、反应的动力，提高气体的甲醇合成率。甲醇精馏工段：将合成送来的粗甲醇，通过精馏单元的处理，用三塔精馏的工艺，得到合格的精甲醇产品，送往罐区储存、销售。1.2水煤气合成甲醇工艺路线典型的水煤气合成甲醇生产工艺流程[1]主要由：煤气化、脱硫、压缩、变换、脱碳、净化、合成、精馏等工段组成。其脱硫、压缩、净化、合成、精馏的特点与操作同焦炉煤气合成甲醇基本相似。煤气化工段将原料煤气化，生产合成甲醇的原料水煤气，水煤气组成如表5。水煤气合成甲醇工艺中，不考虑1.0％的CH4转化时，则水煤气合成甲醇的H2／C为：H2／C＝(H2－CO2)／(CO＋CO2)＝0.84水煤气合成甲醇工艺中H2／C比低于合成甲醇的2.05～2.15的要求，即H2不足。为此设置变换、脱碳两工段，根据需要脱除部分CO2，用以控制甲醇合成的H2／C比。1.3水煤气、焦炉煤气联产甲醇工艺焦炉煤气合成甲醇工艺路线中H2过量，需要排放部分H2。水煤气合成甲醇工艺路线中CO＋CO2过量，需要提取、排放部分CO2。H2和CO2又同时为甲醇合成的有效气体，则可以将两种工艺相结合，将焦炉煤气与水煤气按照一定的比例，共同作为甲醇生产的原料气，同时取消水煤气生产甲醇工艺中的变换、脱碳两工段，共同使用焦炉煤气生产甲醇的脱硫、压缩、净化、转化、合成、合成气压缩、精馏等工段，达到取长补短，互补双赢的目的，最终达到经济效益和社会效益的最大化。水煤气为合成甲醇原料时的H2／C为0.84，则每Nm3水煤气需补充0.4Nm3的H2，可以达到合成甲醇的H2／C比2.05～2.15的要求，焦炉煤气生产甲醇的设计负荷30000Nm3／h时，若完全减少甲醇合成排放的H2，需要补充水煤气约30000Nm3／h。2水煤气、焦炉煤气联产甲醇工艺的实践七台河宝泰隆甲醇有限公司的生产能力设计为加工焦炉煤气30000mM3／h，综合考虑甲醇系统中N2等惰性气体需要排放，以及甲醇的设计生产能力后，决定建设水煤气生产能力为15000Nm3／h的装置，利用现有的10万t甲醇生产装置，实现水煤气与焦炉煤气联产甲醇的目的。水煤气发生炉于2008年4月动工，于2008年9月投产后，每小时可回收多产甲醇3t左右，达到了投资小、见效快的目的，实现了当年建设，当年投产，当年见效的目标。3结论(1)水煤气、焦炉煤气联产甲醇工艺在理论上是可行的，在实践中得到了应用，并取得了一定的社会效益和经济效益。在工程建设的过程中，水煤气生产装置可以借用甲醇生产的公用工程部分，降低工程投资，从而降低生产成本，达到开发水煤气、焦炉煤气联产甲醇工艺的目的。(2)水煤气、焦炉煤气联产甲醇工艺实践中，要充分考虑到甲醇的原设计负荷和联产后负荷之间的关联，避免甲醇生产工艺的超负荷运转。水煤气、焦炉煤气联产甲醇工艺生产中，水煤气的生产可利用焦炉生产的部分产品作原料，达到降低水煤气生产成本的目的。