水煤漿氣化生產(chǎn)甲醇配套變換工藝與布置探討

劉廣業(yè) 馬華鋒（陜西煤化能源有限公司，陜西咸陽(yáng)713600）

水煤漿氣化生產(chǎn)甲醇配套變換工藝與布置探討

劉廣業(yè) 馬華鋒（陜西煤化能源有限公司，陜西咸陽(yáng)713600）

文章將水煤漿氣化生產(chǎn)甲醇的工藝流程進(jìn)行解釋，同時(shí)對(duì)此套變換工藝設(shè)備的布置特點(diǎn)進(jìn)行了合理化的分析，接著開(kāi)展了有關(guān)于CO變換工藝條件的選擇。希望大家對(duì)于甲醇配套變換工藝有一個(gè)較為全面的了解，同時(shí)能夠掌握此套工藝的主要特點(diǎn)，對(duì)于工藝的選擇有一個(gè)基礎(chǔ)的保障，從而達(dá)到對(duì)設(shè)備的最優(yōu)處理，使得設(shè)備可以安全平穩(wěn)運(yùn)行，消除一些不必要的安全隱患，幫助更好的使用此種工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

水煤漿；生產(chǎn)；甲醇；配套變換工藝；布置

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源結(jié)構(gòu)的變化越來(lái)越不穩(wěn)定，同時(shí)國(guó)際原油的價(jià)格也在不斷進(jìn)行浮動(dòng)，這對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的影響，目前我國(guó)的煤化工技術(shù)處于一個(gè)相對(duì)成熟的階段，對(duì)于煤的深度加工已經(jīng)較為熟練地進(jìn)行了掌握，水煤漿氣化生產(chǎn)甲醇技術(shù)就是其中最為成熟的方式之一。配套變換是整個(gè)工程的核心所在，在變換的過(guò)程中可以對(duì)煤氣中氫氣和一氧化碳的比例進(jìn)行較好的調(diào)節(jié)。以下就是具體的施工工藝和方法措施。

1 工藝流程概述及分析

1.1 主工藝流程概述

此項(xiàng)目的生產(chǎn)規(guī)模是180萬(wàn)噸甲醇，雙系列設(shè)置是目前常見(jiàn)的工藝標(biāo)準(zhǔn)。部分耐硫變換流程是主要要求：對(duì)于煤氣化的粗煤氣一部分經(jīng)廢熱鍋爐降溫、分離冷凝液后進(jìn)入變換爐參與變換反應(yīng)，其余的粗煤氣起到調(diào)節(jié)的作用，可以對(duì)鍋爐進(jìn)行降溫處理、繼而與氣體進(jìn)行變換，通過(guò)對(duì)爐子中流量的具體分配，從而可以保證甲醇過(guò)程中的原材料的控制。產(chǎn)生的變換氣可以實(shí)現(xiàn)后期的甲醇降溫使用。[1]

1.2 CO變換工藝條件的選擇

最佳的工藝條件是實(shí)現(xiàn)CO變換的基礎(chǔ)要求。在選擇好工藝條件的過(guò)程中，要保證CO的產(chǎn)量和質(zhì)量，除此以外對(duì)于甲醇的產(chǎn)量也可以進(jìn)行較好的提升，使用更低的能耗。在選取工藝條件的過(guò)程中必須綜合實(shí)際情況，選擇最優(yōu)。

2 變換工藝的具體參數(shù)

2.1 變換壓力

由于轉(zhuǎn)化的存在，CO屬于等分子反應(yīng)，轉(zhuǎn)化反應(yīng)在所有氣體分子發(fā)生之后，氣體的量是恒定的，總的來(lái)說(shuō)，總體積不會(huì)發(fā)生過(guò)大變化。因此，在正常運(yùn)行的情況下，可以忽略變換壓力的效果。但在實(shí)驗(yàn)條件下，為了保證轉(zhuǎn)化的效率，施加適當(dāng)?shù)膲毫?duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)往往是會(huì)產(chǎn)生一定影響的。[2]

在整個(gè)施工過(guò)程中，一旦壓力發(fā)生提升，使得反應(yīng)的速度不斷增加，針對(duì)此種情況，增加壓力的過(guò)程中也可以使得催化劑的效果得到充分的發(fā)揮。有一些數(shù)據(jù)表明，在4兆帕的變換條件之下，6.5兆帕的配套，對(duì)于催化劑的節(jié)約程度一般可以減少三分之一的數(shù)量。對(duì)于一些系統(tǒng)的熱回收可以起到較好的幫助。同等規(guī)模甲醇產(chǎn)量下，壓力越高就對(duì)于水蒸氣的產(chǎn)量越高，可以起到較好的節(jié)能減排作用。未來(lái)8.7兆帕的水煤漿氣化在未來(lái)會(huì)有很好的發(fā)展空間。

2.2 變換溫度

由于CO變換反應(yīng)比較特殊，屬于可逆放熱反應(yīng)，溫度的升高同時(shí)對(duì)變換反應(yīng)速率和化學(xué)平衡會(huì)產(chǎn)生比較大的影響，所以在這種情況下，試劑和催化劑的條件一般是保持不變的，往往會(huì)調(diào)節(jié)反應(yīng)的溫度，從而使得在轉(zhuǎn)換反應(yīng)中釋放大量的熱，再出現(xiàn)故障的情況下可以用溫度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以起到真正的變換效果。因此，在實(shí)際的實(shí)踐中，溫度控制應(yīng)遵循以下原則：首先，我們必須保證反應(yīng)溫度在正常的操作溫度范圍內(nèi)；其次要對(duì)于溫度和反應(yīng)的熱量進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)，保持反應(yīng)溫度是最合適的，例如冷卻等等，產(chǎn)生的變換氣可以實(shí)現(xiàn)后期的甲醇降溫使用。最后是催化劑的應(yīng)用，充分利用其活初始溫度、操作溫度，一般控制在20-40攝氏度，值得一提的是，催化劑的使用可延長(zhǎng)使用壽命和提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 工藝設(shè)備布置特點(diǎn)

3.1 傳統(tǒng)布置方案存在的問(wèn)題

(1)由于粗煤氣的數(shù)量比較多，所以在處理工藝的過(guò)程中會(huì)存在比較多的占地面積。最大為DN900，最小也為DN600。管道的材料一般是不銹鋼，所以管壁往往比較厚。一般是按照實(shí)際的工藝流程對(duì)管道進(jìn)行安排的。由于工藝流程較長(zhǎng)，所以設(shè)備占地的面積是比較大的，前期的投資數(shù)量也比較大。

(2)變換爐操作檢修不便

變換爐是主要設(shè)備，在使用前需要向其中加入催化劑，同時(shí)中途需要更換催化劑，在實(shí)際操作的工作中，需要對(duì)溫度和壓力進(jìn)行詳細(xì)的關(guān)注和理解。由此可見(jiàn)，在實(shí)際操作的過(guò)程中，要給后期的維修進(jìn)行空間預(yù)留。舊方式中是將變換爐布置在框架內(nèi)，變換爐四周都是管道，這對(duì)后期的維修以及實(shí)際的管理加催化劑都起到了極為不良影響。

3.2 布置工藝的改造

根據(jù)設(shè)備的實(shí)際特點(diǎn)，可以將其大致分為兩類：其中第一類的立式設(shè)備，變換爐、水分離器等是最主要的設(shè)備；第二類就是臥式設(shè)備，臥式儲(chǔ)槽、廢熱鍋爐和加熱器是主要的使用設(shè)備。由于操作的壓力是比較大的，在換熱的設(shè)備中需要使用焊接的操作，使得使用穩(wěn)定，不至于產(chǎn)生裂縫。全焊接的方式可以不用預(yù)留裝修空間，只需要保留操作空間就可以。

優(yōu)化后的配套變換工藝設(shè)備采用新型的框架式集成布置，通過(guò)上高層擴(kuò)展的方式有效提高空間利用率，減少對(duì)于土地的占用。通過(guò)優(yōu)化可以吧變換爐改造為平地，多余的地點(diǎn)可以作為通車通道。一般的立式設(shè)備往往是在同一條直線上，整體美觀，廢熱爐底部的管道可以適當(dāng)放低，但是要保持高于水分離器的入口，如此就會(huì)從鍋爐的低端直接“步步低”的規(guī)律逐漸接入水分離器的入口。保證冷凝水可以順暢流到底部，對(duì)于底部“積液”的現(xiàn)象可以較好的避免。在將廢鍋轉(zhuǎn)移到位于框架頂部的平臺(tái)之后，這樣可以使得安全法的位置高于頂部的平臺(tái)，從而排放的效果可以更好的完善。

4 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)的煤化工技術(shù)處于一個(gè)相對(duì)成熟的階段，對(duì)于煤的深度加工已經(jīng)較為熟練地進(jìn)行了掌握，水煤漿氣化生產(chǎn)甲醇技術(shù)就是其中最為成熟的方式之一,文章對(duì)有關(guān)于CO變換工藝條件的選擇進(jìn)行了分析。希望大家對(duì)于甲醇配套變換工藝有一個(gè)較為全面的了解，同時(shí)能夠掌握此套工藝的主要特點(diǎn)。

[1] 向國(guó)軍.水煤漿氣化生產(chǎn)甲醇配套變換工藝與布置探討[J].廣東化工,2016,43(7):165-166.

[2] 孫銘緒,趙黎明,林彬彬等.水煤漿氣化生產(chǎn)甲醇配套變換工藝[J].化學(xué)工程,2015,39(11):99-102.