焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝改造及效果分析

葉田友

(山西焦煤五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 032202)

引 言

甲醇作為化學(xué)工業(yè)的源頭，是非常重要的有機(jī)化工原料。隨著工業(yè)中對甲醇的需求量越來越大，對甲醇制備的方法提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。目前，我國主要以煤氣和焦煤為原材料制備甲醇，而且采用上述兩種原料制備甲醇的工藝水平已相對成熟[1]。根據(jù)甲醇制備過程中所采用催化劑的不同，將甲醇制備流程分為高壓和低壓流程。目前，工業(yè)制備甲醇的主流工藝為低壓法合成。

本文以XX廠為研究對象，該廠制備甲醇的工藝為低壓合成法，制備甲醇的原料為焦?fàn)t煤氣，在制備過程中主要經(jīng)歷濕脫硫、壓縮、精脫硫、甲烷轉(zhuǎn)化合成以及精餾等工藝。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該廠在采用上述工藝制備甲醇過程中的產(chǎn)量無法達(dá)到最大。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，造成甲醇產(chǎn)量上不去的主要原因有壓縮機(jī)打氣量有限、合成塔負(fù)荷大以及轉(zhuǎn)化效率低等問題。本文將針對上述甲醇制備工藝中的不足進(jìn)行改造，已達(dá)到提升甲醇產(chǎn)量的目的。

1 甲醇制備工藝現(xiàn)狀分析

經(jīng)研究可知，造成甲醇制備產(chǎn)量低下的主要原因包括有壓縮機(jī)打氣量有限、合成塔負(fù)荷大以及轉(zhuǎn)化效率低等問題[2]。具體闡述如下。

1.1 壓縮機(jī)打氣量有限

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于溫度的升高導(dǎo)致焦?fàn)t煤氣的體積增大，導(dǎo)致其密度降低，進(jìn)而影響單位體積內(nèi)焦?fàn)t煤氣的有效成分，從而使得甲醇的產(chǎn)量降低。以焦?fàn)t煤氣為例，對于6萬m3/h的煤氣量而言，隨著溫度從19 ℃升至32 ℃，其體積可膨脹4 057 m3/h。以該廠當(dāng)?shù)貧鉁貫榛A(chǔ)，不同季節(jié)壓縮機(jī)打氣量隨溫度變化的曲線，如圖1所示。

圖1 壓縮機(jī)打氣量隨溫度變化曲線

如圖1所示，在一年中該廠壓縮機(jī)打氣量呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，此種變化趨勢完全取決于溫度先升高后降低的變化趨勢。1月份的氣溫最低，此時(shí)壓縮機(jī)打氣量為3.26 m3/h；8月份的氣溫最高，此時(shí)的壓縮機(jī)的打氣量為2.96 m3/h。

通過對該廠以往甲醇產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)氣溫最低時(shí)，此時(shí)甲醇的產(chǎn)量為最大，大約為750 t/d；當(dāng)氣溫最高時(shí)，此時(shí)甲醇的產(chǎn)量為最小，大約為687.67 t/d。即，夏天較冬天每天可減產(chǎn)62.33 t。

1.2 轉(zhuǎn)化率低

該廠單塔制備甲醇的設(shè)計(jì)產(chǎn)量為每天10萬t(已達(dá)到最大負(fù)荷)，以某次甲醇制備為例，焦?fàn)t煤氣中所含CO和CO2的比例分別為6.06%和4.51%，檢測出口氣體中的CO和CO2的比例分別為4.5%和4.23%。作為制備甲醇的關(guān)鍵原料CO和CO2,通過試驗(yàn)表明，在實(shí)際制備過程中CO和CO2的轉(zhuǎn)化率較低，不僅造成原料的浪費(fèi)，在制約了甲醇的產(chǎn)量[3]。

因此，在實(shí)際制備過程中可將為被轉(zhuǎn)化的CO和CO2進(jìn)行回收，避免對原料浪費(fèi)的同時(shí)，達(dá)到提升甲醇產(chǎn)量的目的。

2 焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝改造

基于對影響甲醇產(chǎn)量因素的分析，針對焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)和合成塔甲醇制備工藝中必不可少的設(shè)備進(jìn)行改造。

2.1 壓縮機(jī)的改造

針對壓縮機(jī)打氣量有限的問題，將采用對壓縮機(jī)進(jìn)行擴(kuò)能的措施進(jìn)行改造；此外，鑒于溫度是影響壓縮機(jī)打氣量的關(guān)鍵因素，擬采用人工降低溫度的措施以確保單位體積內(nèi)焦?fàn)t煤氣的有效成本未減少[4]。具體措施改造方案如下。

1) 在壓縮機(jī)前段增加煤氣冷卻器，確保焦?fàn)t煤氣的進(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)其有效成分為最高；

2) 可增設(shè)一臺焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)或?qū)ΜF(xiàn)有的壓縮機(jī)進(jìn)行擴(kuò)缸改造。就該方案而言，其成本及改造周期，如表1所示。

表1 壓縮機(jī)改造方案對比

對比表1可知，在新增打氣量相當(dāng)?shù)那闆r下，增設(shè)一臺壓縮機(jī)的成本比對現(xiàn)有壓縮機(jī)進(jìn)行擴(kuò)缸改造的成本高372萬元；且新增一臺壓縮機(jī)需9個月的改造周期，而對現(xiàn)有壓縮機(jī)進(jìn)行擴(kuò)缸改造僅需3個月的時(shí)間。綜上所述，對現(xiàn)有壓縮機(jī)進(jìn)行擴(kuò)缸改造具有低成本、改造周期短等優(yōu)勢。因此，該廠采用對現(xiàn)有壓縮機(jī)進(jìn)行擴(kuò)缸改造的方案。

2.2 合成塔的改造

針對現(xiàn)有合成塔負(fù)荷大、轉(zhuǎn)化率低的問題，擬采用增加一臺合成塔的改造方案?？紤]到新增合成塔與老合成塔存在串聯(lián)和并聯(lián)的問題，將分析新老合成塔串聯(lián)和并聯(lián)的改造效果。

2.2.1 新老合成塔串聯(lián)

甲醇制備過程中必不可少的為催化劑，為了保證催化劑能夠在單位時(shí)間內(nèi)處理更多的原料，要求催化劑盡可能的在原料層上長時(shí)間停留，以確保原料能夠得到充分反應(yīng)。要求新老合成塔串聯(lián)時(shí)，合成塔的空速更小或在原空速的基礎(chǔ)上增加催化劑的裝填量及其他附近設(shè)置[5]。

2.2.2 新老合成塔并聯(lián)

當(dāng)新老合成塔采用并聯(lián)的方式連接是，原料焦?fàn)t煤氣可分為兩部分進(jìn)入合成塔中。為保證新老合成塔中CO和CO2的轉(zhuǎn)化率能夠提升，降低新老合成塔中的空速。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算可知，串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)改造方案的成本，如表2所示。

表2 串聯(lián)與并聯(lián)系統(tǒng)改造成本對比

分析表2可知，采用并聯(lián)方式新增合成塔的直徑小于串聯(lián)方式下的合成塔的直徑；采用并聯(lián)方式新增合成塔催化劑的裝填量小于串聯(lián)方式，間接了降低了甲醇的制備成本；采用并聯(lián)方式改造的成本低于串聯(lián)方式。因此，針對合成塔的改造方案為新增一臺直徑為2.8 m的合成塔與老合成塔并聯(lián)。新老合成塔連接方式，如圖2所示。

圖2 新老合成塔連接示意圖

3 改造效果分析

針對甲醇制備中存在的問題，采用對現(xiàn)有壓縮機(jī)擴(kuò)缸+增設(shè)合成塔與老合成塔并聯(lián)的改造方案，將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，試運(yùn)行一年期間內(nèi)甲醇的產(chǎn)量與改造前的對比，如表3所示。

表3 改造前后甲醇產(chǎn)量對比

分析表3可知，改造后該廠甲醇產(chǎn)量不會隨著季節(jié)溫度的變化而存在波動，各個季節(jié)甲醇的產(chǎn)量相當(dāng)；改造后夏季甲醇的產(chǎn)量較改造前有明顯提升，且改造后甲醇夏季產(chǎn)量與冬季產(chǎn)量相當(dāng)，說明此次改造的可行性和有效性。

4 結(jié)語

甲醇作為工業(yè)生產(chǎn)中重要的原料之一，當(dāng)前對甲醇的需求量越來越大。目前，所采用的低壓合成催化法制備甲醇工藝存在產(chǎn)量受季節(jié)波動大、產(chǎn)量低下的問題。為此，應(yīng)對甲醇制備工藝中的壓縮機(jī)進(jìn)行擴(kuò)缸，新增合成塔與老合成塔并聯(lián)的改造方案以達(dá)到穩(wěn)定并提升甲醇產(chǎn)量的目的。