楊積忠

（山西焦化集團有限公司，山西 臨汾 041600）

焦爐煤氣為對煤炭進行焦化處理時所產(chǎn)生的副產(chǎn)物，對焦爐煤氣的再利用不僅可以解決其對環(huán)境污染的問題，而且還可提高煤炭資源的利用率。目前，可以焦爐煤氣為原料制備工業(yè)生產(chǎn)中的甲醇，其作為潔凈能源被廣泛應(yīng)用。但是，當前焦爐煤氣制備甲醇工藝存在的問題可以歸結(jié)為原料單一、氫碳比例與甲醇合成理想比例不相符，進而造成了氫氣的浪費[1-2]。為提高焦爐煤氣制備甲醇的效率，減少氫氣的浪費，通過采用補碳技術(shù)達到提高氫氣利用率和甲醇產(chǎn)量的目的。

1 現(xiàn)狀分析

本文所研究焦爐煤氣制備甲醇的工藝流程為純氧-蒸汽部分轉(zhuǎn)化、低壓合成以及三塔精餾等；目前，我公司焦爐煤氣制甲醇裝備的生產(chǎn)負荷已經(jīng)達到90%，并處于穩(wěn)定生產(chǎn)的狀態(tài)。焦爐煤氣制備甲醇原料中氫氣和甲烷的占比較高，而一氧化碳和二氧化碳的占比較低；從理論上焦爐煤氣制備甲醇工藝中氫碳的理想比例為2.05～2.15。目前，我廠該項工藝的氫氣利用率偏低。

目前，我廠焦爐煤氣制備甲醇的工藝流程如圖1所示：

圖1 焦爐煤氣制甲醇工藝流程圖

如圖1 所示，焦爐煤氣制備甲醇的工藝流程包括焦爐煤氣的預(yù)處理、焦爐煤氣壓縮、干法脫硫、純氧轉(zhuǎn)化、合成氣壓縮以及甲醇合成精餾。其中，經(jīng)過預(yù)處理后的焦爐煤氣中ρ（焦油+塵）≤0.1 mg/m3，ρ（萘）≤4 mg/m3，ρ（硫化氫）≤1 mg/m3；經(jīng)壓縮后焦爐煤氣的壓力控制在1.7～2.5 MPa；經(jīng)干法脫硫后，其中的總硫質(zhì)量分數(shù)小于0.1×10-6；合成氣經(jīng)壓縮后壓力控制在6～7.1 MPa。在焦爐煤氣制備甲醇裝置的各個階段氣體的主要成分如表1 所示：

表1 焦爐煤氣制備甲醇裝置中氣體的組分比例

分析表1 中的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知，當前轉(zhuǎn)化氣中的氫碳比為2.34，合成氣中氫碳比為4.66。總的來講，焦爐煤氣制備甲醇裝置中氫碳比例大于理想比例值。因此，為提高氫氣的利用率，最終提高甲醇的產(chǎn)率急需采用補碳技術(shù)對工藝進行改造。

具體改造原則為：在保證最終甲醇產(chǎn)量的前提下，盡可能地發(fā)揮當前焦爐煤氣制備甲醇裝飾的潛能，降低生活成本；最終改造目標為：保證甲醇質(zhì)量分數(shù)為99.99%，其中乙醇的質(zhì)量分數(shù)控制在50×10-6以下[3]。

2 補碳方式的確定

在對當前焦爐煤氣制甲醇工藝分析的基礎(chǔ)上，擬采用補碳措施提高氫氣的利用率和增加甲醇的產(chǎn)量。具體補碳操作可以轉(zhuǎn)化工藝前補二氧化碳，也可在轉(zhuǎn)化工藝后補二氧化碳。針對前補碳和后補碳的綜合性思路提出了如下4 種補碳方式，具體分析如下：

2.1 煙道氣回收二氧化碳

焦爐煤氣制備甲醇過程中不可避免地會產(chǎn)生大量的煙道氣，煙道氣中含有大量的二氧化碳氣體。因此，煙道氣直接排放會加劇溫室效應(yīng)，污染環(huán)境。因此，可通過對煙道氣中的二氧化碳進行回收作為補碳的碳源。

在實際操作中發(fā)現(xiàn)，煙道氣中的二氧化碳相對于其他氣體的比例較高，但是其總體積分數(shù)僅為4%～7%。因此，對于煙道氣中二氧化碳的分離難度較大，若采用化學(xué)吸收法回收煙道其中的二氧化碳需要在當前裝置的基礎(chǔ)上增加吸收塔和再生塔等設(shè)備，極大地提高改造成本。

2.2 氣化法造氣補碳

基于氣化法造氣需要保證氫碳比小于2 的氣體；因此，在實際操作中需要進行凈化、壓縮等操作后對氫碳比例進行調(diào)節(jié)。在實際調(diào)節(jié)過程中工藝復(fù)雜，而且投資較大。

此外，采用純二氧化碳和閃蒸氣液可作為補碳的碳源。綜合對比上述4 種補碳方式的優(yōu)劣勢，最終確定采用前補碳的總體思路，具體通過利用合成系統(tǒng)閃蒸槽的閃蒸氣和純二氧化碳為碳源進行補碳操作[4-5]。

3 補碳技術(shù)的應(yīng)用與效果評估

在補碳方式確定的基礎(chǔ)上，本章對具體的補碳工藝進行設(shè)計，并對補碳效果進行綜合評估。

3.1 純二氧化碳補碳工藝的改造

純二氧化碳為碳源的補碳工藝流程如圖2 所示：

圖2 純二氧化碳補碳工藝流程圖

如圖2 所示，將純二氧化碳儲存于低溫液體儲罐中，通過一級加氫反應(yīng)的熱量將二氧化碳氣化，并采用馳放氣對二氧化碳氣體進行加壓處理；經(jīng)過上述一系列處理后的二氧化碳與焦爐煤氣充分混合送入壓縮機中。上述工藝的優(yōu)勢如下：

1）本工藝采用二氧化碳液體進行補碳操作，可實現(xiàn)對合成氣氫碳比的高效調(diào)節(jié)，從而達到提高合成氣轉(zhuǎn)化率的目的；

2）本工藝采用馳放氣對二氧化碳氣體進行加壓處理，節(jié)約了能耗；

3）采用一級加氫反應(yīng)的熱量對二氧化碳氣體進行氣化操作，減少了蒸汽的消耗。

基于此工藝補碳操作后甲醇裝置的氫碳比對比如表2 所示：

表2 純二氧化碳補碳效果對比

如表2 所示，采用純二氧化碳進行補碳操作后，轉(zhuǎn)化氣和合成氣的氫碳比明顯降低，說明提高了氫氣的利用率；而且，所補入的碳對應(yīng)有68%生成了甲醇，甲醇產(chǎn)量每年增加1.4×104t。

3.2 閃蒸氣補碳工藝的改造

閃蒸氣補碳工藝流程如圖3 所示：

圖3 閃蒸氣補碳工藝流程圖

基于閃蒸氣補碳前后的氫碳比對比如表3 所示：

表3 閃蒸氣補碳前后效果對比

分析表3 數(shù)據(jù)可知，基于閃蒸氣補碳工藝后轉(zhuǎn)化氣和合成氣的氫碳比明顯降低，提高了氫氣的利用率；同時，對應(yīng)的甲醇產(chǎn)量每年增加1441 t，可創(chuàng)造效益360 萬元；同時對應(yīng)每年可減少二氧化碳的排放量為1.19×106m3。

4 結(jié)語

焦爐煤氣為煤炭焦化過程中不可避免的副產(chǎn)物，對焦爐煤氣的充分利用不僅可以減小其對環(huán)境的污染，而且可實現(xiàn)對煤炭資源的深化利用。本文針對焦爐煤氣制備甲醇的工藝流程中存在的氫氣利用率低的問題，提出了補碳的方式對現(xiàn)有工藝進行改造?？偨Y(jié)如下：

1）通過對比不同的補碳方式，最終確定采用前補碳的總體思路，具體通過利用合成系統(tǒng)閃蒸槽的閃蒸氣和純二氧化碳為碳源進行補碳操作。

2）經(jīng)對比可知，采用純二氧化碳和閃蒸氣作為碳源進行補碳均可達到提高氫氣利用率和增加甲醇產(chǎn)量的效果。但是，基于閃蒸氣進行補碳不僅可以達到上述效果，還可減少二氧化碳氣體的排放，同時達到了節(jié)能減排的效果。