探讨焦炉煤气制作甲醇的工艺技术

探讨焦炉煤气制作甲醇的工艺技术
摘要：随着钢铁工业的快速发展,尤其是在焦煤燃料等的需求逐渐增大,出现了一系列的环境与经济社会发展的问题。

如果一味的追求焦炭产能的无序扩张,在追求产量的增长,这样,就会导致环境的进一步恶化,特别是在以牺牲自然环境为前提的焦炭发展,给人们的生活健康带来了一定的影响。

因此,在全面思考如何解决大量的焦炉煤气燃烧放散的存在问题基础上,通过对技术层面的研究,将这些焦炉煤气化为一种有效的物质,既环保又能促进经济的循环进步,将是有着重要的现实意义。

本文从焦炉煤气的利用途径来分析,对其中的组成和杂质含量进一步分析,从而提出焦炉煤气制甲醇的工艺技术,实现甲醇合成与精馏工艺技术,更好的促进经济社会的快速发展。

关键词：焦炉煤气制作甲醇合成工艺技术
合成甲醇是一个多相催化反应的过程,通过各种选择性的限制还有合成压力、温度、气组等因素的影响,在合成甲醇之外,还会伴随有烃、高碳醇、醛等一些产物,因此,全面形成合成甲醇的技术参数,分离和闪蒸出的气体大部分送合成气压缩工段与新鲜合成气混合加压后进入合成塔循环反应,提升催化剂的活性和选择性工艺的操作水平。

1、简述焦炉煤气的利用途径
1.1 分析焦炉煤气的组成与杂质含量
从当前焦炉煤气的构成成分来看,主要集中组成部分就是如H2、CO、CH4、CO2等,在具体的应用中,由于炼焦过程中,配比和工艺参数的不同,在焦炉煤气的组成上也会有一定的变化,可以通过下面的表格进行分析探讨。

一般焦炉煤气的组成见（表1),杂质含量见(表2)。

1.2 概述焦炉煤气的综合利用途径
焦炉煤气作为一种很好的气体燃料,同时也是一种最有效的化工原料气,在通过采取进化的措施之后,可以作为一种最佳的燃气,应用到制作甲醇、合成甲醇类等各种需要,还能作用于工业生产,譬如合成氨、提取氢气等,并能用在发电行业中,尤其是在合成甲醇的价值上,能体现出更高的效果和附加值,能收取很好的经济效益。

有研究显示,如果能将放散的350×108m3焦炉煤气全用于制造甲醇,可产出1600万吨的甲醇,从而有效缓解石油供应不足的现状,实现经济效益的全面发展和带动作用。

2、探讨焦炉煤气制甲醇的工艺技术
2.1 焦炉煤气制甲醇的工艺流程
在焦炉煤气制作甲醇的工艺技术掌握上,可以采取有效地流程,通过将焦化厂经过各种预处理的焦炉煤气送进储气罐缓冲稳压、压缩增压,接着进行加氢转化精脱硫,使其总硫体积分数≤0.1×10－6,此即焦炉煤气的净化;在此基础上,采取补炭的方式,具体的操作就是,就是应用煤炭制气,采取压缩、脱硫、脱碳等措施,形成碳多氢少的水煤气,并注入到原材料的配比中,实现调整原材料中碳与氢的比例,制成比例符合甲醇需求的合成气,这是合成甲醇的工艺第一步[1];通过将合成气压缩后增压送入甲醇合成塔参与化学合成反应,制作出粗甲醇,这样,就可以通过采取进一步的技术应用,在对粗甲醇进行精馏之后,制成与煤基清洁能源和用途广泛的有机化工原料精甲醇,在这个全过程中,充分把握焦炉煤气技术应用中的关键点,就是净化和转化,这是最关键的技术应用,直接影响着甲醇合成的成功率。

2.2 焦炉煤气的净化工艺
净化过程是合成甲醇的最关键环节,在这个过程中,有效的掌握各种化学反应,严格焦炉煤气的净化要求,将焦炉煤气中的杂质含量比较高,净化程度难、成本使用高的局限性化整为零。

在对焦炉煤气中含有的微量焦油、笨、萘、氨、氰化氢、Cl－、不饱和烯烃、硫化氢、噻吩、硫醚、硫醇、COS和二硫化碳等杂质进行严格的删选和净化[2],其中,焦油、苯、萘、不饱和烯烃会在后续的焦炉煤气转化和甲醇合成中分解析碳而影响催化剂的活性;由无机硫与有机硫组成的混合硫化物和C1－及羰基金属等杂质是焦炉煤气转化和甲醇合成催化剂的毒物,会导致转化与合成催化剂永久性中毒而失活。

因此,彻底脱除杂质,深度净化焦炉煤气,是焦炉煤气资源化利用的关键。

精脱硫的技术方案。

焦炉煤气中含有的绝大部分无机硫和极少部分有机硫可在焦化厂的湿法脱硫时脱掉,而绝大部分有机硫只能采用干法脱除。

干法脱除有机硫有4种方法,即吸收法、热解法、水解法、加氢转化法,目前国内外主要采用水解法和加氢转化法脱除有机硫[3]。

其主要化学反应为:C4H4S+4H2→C4H10＋H2S;R-SH+H2→RH+H2S;R1-S-R2+2H2→R1H＋R2H ＋H2S;COS＋H2→H2S;COS＋H2O→CO2＋H2S;CS2＋4H2→CH4＋2H2S;C2H4＋H2→C2H6,C2H2＋2H2→C2H6等。

2.3 焦炉煤气加氢转化的技术难点
加氢转化是一个技术性很强的应用过程,对合成甲醇具有很大的支持效果,因此,要准确把握好加氢的转化,采取效果良好的铁钼、镍钼催化剂,在催化剂的使用中,将焦炉煤气中的化学性质稳定的有机物例如噻吩类有机硫,采取加氢之后分解成为很容易脱除掉的无机硫,从而减少焦炉煤气中的杂质含量。

同时,考虑焦炉煤气原材料中高浓度的CO和CO2,在通过加氢的方式,建立各种化学反应方程式,在分析例如①CO＋3H2→CH4+H2O②CO2＋4H2→CH4＋2H2O③2CO→C＋CO2三种副作用的放反应原理公式,尤其是前面两个方程式放出的反应热会起到强烈的催化剂作用,导致催化剂的活性慢慢降低或者失去效用,造成催化剂的床温失控,严重影响甲醇的合成效果[4]。

因此,要全面防止这些副反应的现象出现,采取相应的技术攻坚,严格工艺措施,抑制各种副反应的发生,将催化剂床温掌控在350℃以下,防止催化剂的严重过热和老化。

2.4 焦炉煤气的烷烃转化技术
通常,焦炉煤气中CH4的体积分数约23%-27%,CmHn的体积分数约2％-3%,在甲醇合成中,CH4和CmHn都不参与甲醇的合成反应,其作为惰性气体存在于合成气中并往复循环。

如何将占焦炉煤气体积分数约30％的烷烃(CH4和CmHn)全部转化为合成气的有效组分(H2＋CO),提高合成效率,最大限度地降低了不参加甲醇合成反应的气体组分(CH4、CmHn、N2、Ar),减少甲醇合成回路的循环气量,降低单位甲醇产量的功耗,是焦炉煤气制甲醇的关键技术和难点之一。

蒸汽转化工艺。

焦炉煤气的蒸汽转化工艺类似于天然气制甲醇两段转化中的一段炉转化机理,其主要反应为:CH4＋H2O→CO＋3H2。

反应式为吸热反应,提高温度,有利于甲烷的转化。

反应中需在反应管外燃烧燃料气间接外供热量,反应管需用耐高温的镍铬不锈钢制造,转化炉喷嘴多,结构复杂,制造要求高,造价高。

常用于天然气的一段转化,焦炉煤气的甲烷含量仅为天然气的1/4,一般不采用蒸汽转化工艺。

2.5 甲醇合成与精馏工艺技术
作为一道重要的工序,甲醇的合成在由粗甲醇精馏成为实际运用的甲醇,可以采取各种工艺流程和技术手段,在工艺技术的掌握上,主要采取合成压力的方式,通过高压、中压、低压的三种方法,在高压方法的使用中,高压方法存在能耗高、
设备结构复杂、产品质量较差的缺陷,在避免这些缺陷的基础上,采取高压合成法,使用活性较低的锌铬催化剂,合成压力为30MPa,合成温度为300-400℃,这样能充分发挥出高压法的优势和特点。

在当前新建或者改造的甲醇合成装置中,绝大部分采用低压法,主要工艺使用技术,就是使用活性较高的铜锌基催化剂,合成压力为5-10MPa,合成温度为220-280℃,相对于高压法,低压方法具有设备简单、操作方便、质量较高、能量消耗少、节省造价等功能,是一种大受欢迎的甲醇合成方法,具有明显的优势,也可以在实际操作中应用。

3、结语
甲醇合成是一个技术层面的应用过程,在受到不同温度、气压等条件的影响下,就会造成反应热的移走等现象,因此,要避免反应热的积累烧坏催化剂,早催化剂的保护上,可以采取积极的技术应对措施,通过副产的中压蒸汽与催化器转化工段的并网,形成合成气压缩机驱动透平的动力,更好的实现焦炉煤炭的甲醇应用技术,提升甲醇合成的效率,更好的服务于经济社会发展和环境保护的多方面功能实现。

参考文献
[1]姜旭明.焦炉煤气制取甲醇工艺探讨.煤质技术,2005年第05期.
[2]杜娟,高建军,刘伟军.焦炉煤气制甲醇项目的环境影响问题及防治对策.山西化工,2010年第05期.
[3]张清东,牛文亮.焦炉煤气制甲醇的精馏工艺选择与生产指标控制探讨.科技与企业,2012年第3期.
[4]丁昌福,林方敏.公众参与在环境影响评价中的应用——以化工项目为例.广西轻工业,2010年第06期.。