张猛
(山西焦煤五麟公司甲醇厂，山西 汾阳 032200)
气体成分对甲醇生产的影响及对策
张猛
(山西焦煤五麟公司甲醇厂，山西 汾阳 032200)
从山西焦煤五麟公司甲醇生产的实际运行出发，针对不同焦炉煤气气体成分时甲醇的生产情况，分析了气体成分对甲醇产量的影响，并提出解决措施，以优化甲醇的生产运行。
甲醇;气体成分;水气比
山西焦煤五麟公司甲醇厂甲醇生产工艺由山西赛鼎公司设计，规模为10万t/a。甲醇生产的原料气来自本公司焦化厂。随焦炭市场供需关系的变化，焦炭产品的品种会发生变化，同时也造成了焦炉煤气成分的变化，直接影响了甲醇的生产运行。为了适应焦化厂的变化，我们针对气体成分的变化进行分析，并提出解决方案，以保证甲醇生产高效运行［1－2］。
1 生产不同焦炭时原料气和甲醇生产过程气体成分变化取半个月生产1#焦炭和2#焦炭时原料煤气和生产甲醇过程气体分析数据，见表1。
从表1中可以看到，生产2#焦炭时，氮气体积分数增加了约1%;甲烷体积分数降低了3%;一氧化碳体积分数升高了9.22%，是1#焦炭的2.4倍;二氧化碳体积分数升高了3.66%，是1#焦炭的2倍;氢气体积分数降低了10.5%;总碳增加了9.57%。生产1#焦炭时的焦炉煤气为设计院设计甲醇生产的基础条件，生产2#焦炭的焦炉煤气为非标准条件。
表1 气体组分表%
2 生产不同焦炭时甲醇生产过程工艺指标变化［3－4］生产1#焦炭和2#焦炭时，甲醇生产过程工艺指标变化情况见表2。
表2 工艺指标变化表
2.1 转化水气比
转化反应方程式见式(1)～(3)。
从反应式(3)分析，为了减少CO与水蒸气反应生成CO2，可以通过减少水蒸气的量进行控制。因此，2#焦炭生产期间降低了蒸汽加入量，水气比由0.70降至0.58。
降低水气比能够降低CO2浓度，但水气比调节幅度有限。一是因为，水蒸气是甲烷转化为CO的反应物，水蒸气不能太少;二是因为，水气比过低，容易造成催化剂析炭，影响催化剂活性。同时，调节蒸汽量的同时，还需要兼顾催化剂床层温度。
2.2 氧气消耗量
转化反应所需的热量由氢气和氧气的燃烧反应提供，氧气量的变化很快反应在转化炉出口温度上。因此，加氧量是控制炉温和转化甲烷含量的手段。生产2#焦炭时，由于煤气中甲烷含量降低，甲烷转化需要的热量减少以及蒸汽添加量减少，所以，转化炉加入的氧气量也相应减少。
2.3 新鲜气氢碳比
氢碳比的大小直接影响甲醇的产量，是甲醇生产中的一个重要工艺指标。
新鲜气的组成如下:
理论要求:n(H2－CO2)/n(CO+CO2)=2.05～2.15
实际为:n(H2－CO2)/n(CO+CO2)=2.63
理论要求新鲜气氢碳摩尔比为2.05～2.15。生产1#焦炭时新鲜气氢碳比为2.71，氢气过剩;生产2#焦炭时，新鲜气氢碳比为1.66，氢气严重不足。2种状况均不是理想的合成气，前者需要补碳，后者需要补氢。但前者更接近实际生产值，后者相差较大。
2.4 合成塔入口氢碳比
合成塔入口氢碳摩尔比最好控制在5～6。氢碳比太低，副反应会增加;氢碳比太高，能耗会增加。生产1#焦炭时，氢气过剩，氢气在合成系统快速积累，合成塔入口氢碳比高达11.87;生产2#焦炭时，氢气不足，氢气在合成系统快速减少，合成塔入口氢碳比低至1.27。2种状况均不利于甲醇生产，并且合成操作只能通过加大驰放气排放量才能改善合成塔入口氢碳比，不仅导致合成系统压力低，不利于甲醇合成，而且增加了有效成分的流失，影响总碳转化率。
2.5 合成气CO、CO2单程转化率和总碳转化率
一般来说，合成塔入口CO2体积分数控制在6%以下，不超过8%。如果CO2浓度过高，不仅CO2反应不充分，而且会抑制CO反应生产甲醇。从表2可看出，生产1#焦炭时，CO单程转化率达56.60%，CO2单程转化率为28.64%，总碳转化率为97.45%。生产2#焦炭时，CO单程转化率达23.74%，CO2单程转化率为－1.61%，总碳转化率为70.23%。
生产2#焦炭时，总碳转化率不高的原因，一是氢碳比低，氢气不足;二是CO2含量太高，CO2没有与氢气反应生产甲醇，降低了CO的转化率。
2.6 惰性气体含量
因生产2#焦炭时N2含量高，N2在合成系统积累更快，故惰性气体含量增加。惰性气体增加，会降低CO、CO2与H2的分压，对甲醇的合成反应不利，而且增加了压缩机的动力消耗。
2.7 对甲醇产量的影响
按总碳转化率估算，生产2#焦炭时对甲醇产量的影响约为:
从生产甲醇的各项过程指标进行分析，生产2#焦炭和1#焦炭时，生成的焦炉煤气对甲醇的产量影响比较明显。因此，焦炉煤气的成分对甲醇的生产有较大的影响。
3 改善措施1)控制好转化水气比。蒸汽加入量越多，产生的CO2含量越高，而水气比的调节还要考虑CH4的转化过程和转化炉床层温度的控制。应尽可能减少蒸汽加入量，并将CO2体积分数控制在10%以下。
2)保持转化炉温度稳定(视情况适当提温)。因为在转化炉上层空间的反应主要是O2和H2、CO、CH4发生燃烧反应，在此燃烧过程中也将带来大量的CO2。控制好氧气的加入量和出口甲烷含量，并尽量降低出口甲烷含量，可以降低合成系统惰性气体含量。
3)总结探索最佳合成惰性气体含量指标，将氢碳比和系统压力控制在利于反应的范围，提高CO、CO2转化率。
4)适当提高合成塔出口温度，提高总碳转化率。但幅度不宜过大，应充分考虑催化剂使用寿命。
5)尽量提高煤气中甲烷含量，降低N2含量。
6)调整焦炉煤气氢碳比，加强对配煤的管理。
4 结论不同煤气的气体成分对甲醇生产具有直接影响，为保证甲醇的产量，应该严格控制工艺指标的操作。同时，通过数据的分析统计，总结合适的气体成份，合理配煤，以达到甲醇高效生产。
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The effects of gas composition in methanol production and countermeasures
ZHANG Meng
(Methanol Plant of Shanxi Coking Coal Wulin Company，Fenyang Shanxi 032200，China)
Based on the actual operation of methanol production in Shanxi Coking Coal Wulin Company，according to methanol production with different gas composition from coke oven，this analyzed the influence of gas components on methanol production，and put forward corresponding solving measures to optimize production operation of methanol.
methanol;gas composition;water vapor ratio
TQ223.1
A
1004－7050(2016)06－0090－03
10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.28
2016－06－23
张 猛，男，1981年出生，2009年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事甲醇生产工作。
