甲醇生產(chǎn)中幾種原料造氣補碳的對比分析

張 杰

(山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 032200)

甲醇生產(chǎn)中幾種原料造氣補碳的對比分析

張 杰

(山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 032200)

由于焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)甲醇時氫碳比低，需生產(chǎn)水煤氣進(jìn)行補碳，通過對固定床造氣爐使用小塊冶金焦、無煙塊煤及半焦原料生產(chǎn)的補碳水煤氣有效氣體成分、生產(chǎn)成本情況進(jìn)行對比，總結(jié)出山西某甲醇廠使用小塊冶金焦作為補碳原料制氣是較為經(jīng)濟合理的選擇。

補碳；小塊冶金焦；無煙塊煤；半焦；有效氣體

以焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)甲醇時，由于氫碳比高于甲醇合成所需的理想比例(2.05∶1.00)，導(dǎo)致氫氣浪費，通過補碳的方式來達(dá)到提高氫氣利用率，進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)增效的目的。補碳的方法有煙道氣回收二氧化碳補碳、氣化法造氣補碳、購買純CO2補碳和閃蒸氣補碳等4種方式[1]。山西某甲醇廠主導(dǎo)產(chǎn)品是冶金焦，結(jié)合自身實際，采用自產(chǎn)的冶金焦為原料，利用固定床常壓UGI爐生產(chǎn)水煤氣補碳，補碳裝置主要包括固定床造氣裝置、壓縮裝置、煤氣凈化裝置等。

甲醇合成所需原料氣焦?fàn)t氣、水煤氣組分情況分別見表1和表2。

表1 焦?fàn)t煤氣的組分情況

表2 水煤氣的組分情況

固定床造氣是利用空氣、蒸汽與小塊冶金焦或其他外購原料，在造氣爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，制出甲醇補碳所需的水煤氣。

自2008年該廠造氣爐系統(tǒng)開車以來，結(jié)合原料市場情況，造氣爐先后使用過25 mm～40 mm小塊冶金焦、無煙塊煤，得出了一些操作經(jīng)驗。另外，通過外出考察的方式，對一些相關(guān)單位使用小塊冶金焦、無煙塊煤及半焦的情況也進(jìn)行了總結(jié)。

1 三種造氣原料比較

1.1 小塊冶金焦造氣

由原料性質(zhì)來看，小塊焦粒度均勻、機械強度好，灰熔點高、固定碳含量高，揮發(fā)分低，運輸及輸送過程中破碎率低，使用時生產(chǎn)水煤氣的氣體成分好，特別適合于作為固定床造氣爐的原料，缺點為使用中對管道、設(shè)備的沖刷較厲害，影響管道、設(shè)備的使用壽命，日常應(yīng)注意加強維護(hù)[2]。25 mm～40 mm小塊焦的計入成本價格為1 399.76元/t。

1.2 無煙煤造氣

晉城、陽城及沁水等地的無煙煤進(jìn)廠后經(jīng)過預(yù)處理(過篩、挑揀煤矸石及大塊破碎等工作)，也基本可以保持較好的粒度，其灰熔點較高，固定碳含量也較高，固定床造氣爐使用時也較合適，當(dāng)前為一般固定床造氣爐使用時的首選。在使用時，造氣爐的單爐煤氣產(chǎn)量及消耗同使用小塊焦時數(shù)值接近，但其缺點為機械強度較差。由于采購控制、運輸、輸送及預(yù)處理，往往會產(chǎn)生20%左右的煤末，造氣爐無法使用，造成很大的浪費，在進(jìn)行成本比較時要考慮在內(nèi)；另外，其揮發(fā)分含量較高，所生產(chǎn)的煤氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)要高于使用塊焦時約1.0%～1.5%，對后工序的弛放氣排量大小有明顯影響。無煙煤進(jìn)廠后入爐前一般要進(jìn)行過篩、挑揀煤矸石及大塊破碎等預(yù)處理工作，需增加費用，同時，考慮到冬季儲存的需要及生產(chǎn)過程中必要的庫存、預(yù)處理工作，需要相當(dāng)面積的場地及配備一定數(shù)量的人員。

據(jù)了解，在晉城、陽城當(dāng)?shù)?5 mm～80 mm粒度無煙煤的坑口價格為1 300元/t左右，將出境費及運輸費用考慮在內(nèi)，到我廠的價格在1 600元/t左右[3]。使用中所產(chǎn)生的20%的煤末，一般化肥企業(yè)都用于鍋爐燃料或用于制作煤棒，該廠無此類用途，只能低價外銷，銷售所得可抵消預(yù)處理費用，不再計算其價值。

1.3 半焦造氣

半焦一般為弱黏性煤(長焰煤等年輕煙煤)的低溫干餾固體產(chǎn)物，其固定碳含量較高，其機械強度、揮發(fā)分含量等指標(biāo)與無煙煤相似。

半焦的主要產(chǎn)地是山西大同、陜西神木等地，大同當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)量不高，出廠價為1 307元/t，考慮到運輸費用，到我廠的價格應(yīng)在1 600元/t左右，神木半焦的當(dāng)?shù)貎r為950元/t，到我廠的價格應(yīng)為1 250元/t左右。使用半焦所產(chǎn)生的20%的焦末，與無煙煤末一樣，只能考慮低價銷售，不再考慮其價值。交通運輸方式同樣以汽運為主，使用時同樣需要相當(dāng)面積的場地及配備一定數(shù)量的勞務(wù)及管理人員。

從使用效果來看，由于半焦機械強度較差，輸送及裝卸過程中產(chǎn)生的焦末較多，將20%的焦末率考慮在內(nèi)進(jìn)行成本分析時成本方面并不具有明顯的優(yōu)勢；另一方面，由于半焦是由弱黏結(jié)性煤經(jīng)低溫干餾所制得，其灰熔點往往較低，用于固定床造氣爐生產(chǎn)

時極易在爐內(nèi)結(jié)疤、結(jié)塊，使氣化層的溫度無法提高，造成氣化強度較低，煤氣產(chǎn)量、質(zhì)量及消耗均受到影響，同樣爐型時，單爐產(chǎn)氣量僅為使用塊焦的50%～70%，入爐成本反而高于使用塊焦時的成本。據(jù)了解，許多原來使用半焦的企業(yè)大多已停產(chǎn)或改換了原料，目前使用半焦的企業(yè)已寥寥無幾。

2 所產(chǎn)水煤氣組分對比

2.1 氣體成分比較(見表3)

從表3可知，冶金焦有效氣體成分含量(CO+H2)最高，為87.00%～90.22%；無煙煤次之，86.00%；半焦最差,為60.30%～77.70%。

2.2 經(jīng)濟性方面的比較

根據(jù)以上各單位的經(jīng)濟技術(shù)數(shù)據(jù)，以該甲醇廠造氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為統(tǒng)一基數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的折算，從煤氣有效成分含量、單爐水煤氣產(chǎn)量、煤焦消耗、煤焦成本等4方面進(jìn)行了綜合比較，見表4。

表4 焦?fàn)t煤氣的組分情況

從表4可知，某甲醇廠結(jié)合自身實際，采用小塊焦生產(chǎn)的水煤氣成本相比還是最低的。

3 結(jié)論

由以上對比可見，以小塊冶金焦、無煙塊煤、半焦為原料利用固定床造氣爐生產(chǎn)水煤氣，小塊冶金焦制氣有效氣體(CO+H2)含量最高，可滿足甲醇生產(chǎn)φ(CO+H2)≥85%的工藝要求。具體對該廠而言，因為煤種取地的特點，無煙塊煤用于制氣的成本相對小塊冶金焦來說基本無成本優(yōu)勢。因而，綜合考慮對我廠來說用小塊冶金焦為原料制氣是較為經(jīng)濟合理的選擇。

[1] 張子鋒，張凡軍.甲醇生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2] 楊福升，齊淑芳.甲醇生產(chǎn)工藝與操作[M].北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1974.

[3] 宋維端,肖任堅，房鼎業(yè)等.甲醇工學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991.

Comparison and analysis of several carbon supplement and gasification materials in methanol production

ZHANG Jie

(Shanxi Coking Coal Xishan Wulin Coal Coke Development Co., Ltd., Lvliang Shanxi 032200, China)

The methanol produced by coke oven gas has low hydrogen-carbon ratio, which requires water gas to supple carbon. Through comparison of effective gas and the production cost of water gas in carbon supplement produced by small metallurgical coke, anthracite and semi-coke in fixed bed gasifier, it is summed up that small metallurgical coke used as carbon supplement and gasification in a Shanxi methanol plant is a economical and reasonable selection.

carbon supplement; small metallurgical coke; anthracite; semi-coke; effective gas

2017-04-11

張 杰，男，1981年出生，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料專業(yè),大學(xué)本科，工程師。研究方向：煤化工技術(shù)管理。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.26

TQ546

A

1004-7050(2017)04-0078-02

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