CN103435443A - 焦炉煤气制甲醇过程的补碳工艺和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦炉煤气制甲醇过程的补碳工艺和装置，其工艺为：所述焦炉煤气制甲醇过程的转化工段入口和合成工段入口补入二氧化碳。本工艺针对甲醇合成气碳含量低，氢碳比过高，限制甲醇产量的问题进行了改进；本工艺通过向甲醇合成系统补入二氧化碳，调节合成气中的C/H比，促进甲醇合成反应的进行，有效提高甲醇产量。本工艺将CO₂直接补入合成工段，提高合成系统碳的含量，同时，从化学反应热力学角度分析，补入适量的CO₂，可促进反应向体积缩小的方向进行，即甲醇合成反应的进行，提高甲醇产量。本工艺当将CO₂补入转化工段入口时，不但可提高合成系统的碳含量，而且可有效提高合成气中CO的含量，而CO的反应活性更高。

Description

焦炉煤气制甲醇过程的补碳工艺和装置

技术领域

本发明涉及一种煤化工企业焦炉煤气制甲醇工艺，尤其是一种焦炉煤气低压合成甲醇系统的补碳工艺和装置。 

背景技术

煤化工企业利用焦炉煤气为原料，通过脱硫，转化，合成，精馏等过程制备甲醇。在合成工段，甲醇合成气经加压升温后，进入合成塔在Cu触媒作用下，CO、CO₂与H₂ 反应生成甲醇和水。反应后的气体经冷却分离出粗甲醇后，一部分作为循环气与新鲜的合成气汇合重新进入合成塔参与甲醇的合成反应。 

在焦炉煤气制甲醇工艺的实际生产中， 当合成气中CO、CO₂转化率较高时，导致反应后循环气中剩余CO和CO₂含量较低，CO和CO₂的总含量会降至循环气的3%～4%，有时甚至降到了2%以下，循环气中碳含量严重不足。而进入合成塔的合成气中，循环气是其中的主要成分，含量占到85%以上，循环气中碳含量不足会直接导致合成气中碳含量不足，氢气过剩，C/H比严重失衡，影响甲醇产量的进一步提高。调节合成气中的C/H比，将有利于甲醇合成反应的进行，有效提高甲醇产量。 

可以通过对转化工艺进行调控来提高CH₄转化率，提高合成气中CO和CO₂的含量。但是调控转化工艺要受甲烷含量，转化气气体成分，氧气量或氧气纯度，转化炉炉膛温度，转化炉出口温度，转化催化剂寿命活性等诸多工艺设备条件限制影响，不能及时缓解合成气中碳含量低，合成反应不充分的问题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高焦炉煤气制甲醇工艺合成工段碳含量的焦炉煤气制甲醇过程的补碳工艺；本发明还提供了一种焦炉煤气制甲醇过程的补碳装置。 

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：所述焦炉煤气制甲醇过程的转化工段入口和合成工段入口补入二氧化碳。 

本发明工艺所述二氧化碳为汽化状态，所述二氧化碳补至转化工段的系统压力为2.1～2.4MPa，至合成工段的系统压力为1.9～2.2MPa。 

本发明工艺所述二氧化碳的最大流量为1075NM³/h。 

本发明工艺转化出口气体CO₂控制8%以下，合成出口气体CO₂控制3.6～4.2%。 

本发明装置由两个液态CO₂储槽或储罐并联设置后通过管路接入主汽化器的入口，主汽化器的出口通过管路分别接入焦炉煤气制甲醇系统的转化工段入口和合成工段入口。 

本发明装置所述两个液态CO₂储槽或储罐均设置有自增压汽化器。 

本发明装置所述液态CO₂储槽或储罐的压力保持在2.3～2.5MPa。 

本发明装置所述自增压汽化器水浴温度保持在60～70℃，主汽化器水浴温度保持在40～50℃。 

本发明装置所述主汽化器上设有循环水泵。 

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明方法针对甲醇合成气碳含量低，氢碳比过高，限制甲醇产量的问题进行了改进，提出对甲醇合成补碳工艺来提高氧气产量的方法。该方法通过向甲醇合成系统补入二氧化碳，调节合成气中的C/H比，促进甲醇合成反应的进行，有效提高甲醇产量。该方法的主要特点如下：1.将CO₂直接补入合成工段，提高合成系统碳的含量，同时，从化学反应热力学角度分析，补入适量的CO₂，可促进反应向体积缩小的方向进行，即甲醇合成反应的进行，提高甲醇产量。2.当将CO₂补入转化工段入口时，不但可提高合成系统的碳含量，而且可有效提高合成气中CO的含量，而CO的反应活性更高。 

本发明装置通过对当前焦炉气制甲醇技术焦炉煤气合成甲醇的特性及液态二氧化碳汽化装置的研究探索，增加液态二氧化碳汽化装置，采用液态CO₂储槽或储罐以及汽化器为转化工段、合成工段补入汽化状态的CO₂，两个CO₂储槽并联安装一开一备，能有效地保证连续的补入二氧化碳，方便液体CO₂采取外购方式由罐车输入液态CO₂储槽或储罐。本发明装置通过设置自增压汽化器，能有效地保持液态CO₂储槽或储罐内的压力，以有效满足补碳过程中的CO₂压力需要。本发明装置通过在主汽化器上设置循环水泵，能使整个主汽化器受热均匀，同时有效缓解蒸汽进入主汽化器壳程加热循环水时发生水击现象。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

图1是本发明装置的工艺流程图。 

具体实施方式

本焦炉煤气制甲醇过程的补碳装置由2个100m³的液态CO₂储槽、两台自增压汽化器和1台主汽化器构成；两个液态CO₂储槽或储罐并联设置后通过管路接入主汽化器的入口；外购液态CO₂输入液态CO₂储槽，自增压汽化器给液态CO₂储槽增压，以保证液体CO₂顺利进入主汽化器。主汽化器出口补碳主管线上引出两条分支连接到补碳位置，分别设在转化工段入口和合成工段合成气压缩机入口，可根据实际运行情况，调整两处补碳点的补入量，最大程度地优化转化气和合成气指标。当将CO₂补入转化工段的系统入口时，不但可提高合成系统的碳含量，由于转化工段存在CH₄ + CO₂ = 2CO + 2H₂的反应，所以可有效提高合成气中CO的含量，而CO的反应活性更高。而当转化系统氧气压力较低，或液态二氧化碳汽化装置液位较低，提压困难时，可将CO₂补入压力相对较低的合成气压缩机入口，直接提高合成系统CO₂的含量。甲醇合成反应：CO₂ + 3H₂= CH₃OH + H₂O是一个气体体积缩小的反应，故从化学反应热力学角度分析，补入适量的CO₂可有效促进甲醇合成的进行，提高甲醇产量。本补碳装置在主汽化器上装有循环水泵，使整个汽化器受热均匀，同时有效缓解蒸汽进入汽化器壳程加热循环水是发生水击现象。 

本焦炉煤气制甲醇过程的补碳工艺采用上述装置，在转化工段入口和合成工段入口补入汽化状态的二氧化碳。补碳过程中两个液态CO₂储槽并联安装一开一备，方便外购的罐车装卸车操作，将液态CO₂输入液态CO₂储槽。补碳过程中，低压蒸汽管线接入汽化器壳程，通过调节阀调节蒸汽量，调节汽化器水浴温度，使自增压汽化器水浴温度保持在60～70℃，主汽化器水浴温度保持在40～50℃，根据需要利用自增压汽化器使二氧化碳贮罐压力保持在2.3～2.5MPa的范围；从而使二氧化碳补至转化工段的系统压力为2.1～2.4MPa，至合成工段的系统压力为1.9～2.2MPa，二氧化碳的最大流量为1075NM³/h。这样，可将合成工段的CO₂含量提高至3.0%以上，氢碳比达到6.0～6.5。 

河北某煤化工企业20万吨/年的焦炉煤气制甲醇系统，在未采用本装置和工艺补气时，正常生产过程中合成气的成分（体积比%）： CO：7.88，N₂：7.33，CH₄：3.30，H₂:79.49，CO₂：2，氢碳比为7.8。采用本装置和工艺补气后，每小时向合成气压缩机入口补入二氧化碳600NM³，合成气成分：CO：7.34，N₂：5.87，CH₄：2.79，H₂：79.85，CO₂：4.3，氢碳比为6.5，有效提高了合成气中的碳含量，改善了氢碳比，每天甲醇产量多出26吨左右。经测算，应用本装置和工艺后，该河北某煤化工企业年可增产甲醇约7800吨，年创效益约可达237多万元。 

Claims (9)

1.一种焦炉煤气制甲醇过程的补碳工艺，其特征在于：所述焦炉煤气制甲醇过程的转化工段入口和合成工段入口补入二氧化碳。

2.根据权利要求1所述的焦炉煤气制甲醇过程的补碳工艺，其特征在于：所述二氧化碳为汽化状态，所述二氧化碳补至转化工段的系统压力为2.1～2.4MPa，至合成工段的系统压力为1.9～2.2MPa。

3.根据权利要求2所述的焦炉煤气制甲醇过程的补碳工艺，其特征在于：所述二氧化碳的最大流量为1075NM³/h。

4.根据权利要求1-3所述的补碳工艺，其特征在于：转化出口气体CO₂控制8%以下，合成出口气体CO₂控制3.6～4.2%。

5.一种焦炉煤气制甲醇过程的补碳装置，其特征在于：其由两个液态CO₂储槽或储罐并联设置后通过管路接入主汽化器的入口，主汽化器的出口通过管路分别接入焦炉煤气制甲醇系统的转化工段入口和合成工段入口。

6.根据权利要求4所述的焦炉煤气制甲醇过程的补碳装置，其特征在于：所述两个液态CO₂储槽或储罐均设置有自增压汽化器。

7.根据权利要求5所述的焦炉煤气制甲醇过程的补碳装置，其特征在于：所述液态CO₂储槽或储罐的压力保持在2.3～2.5MPa。

8.根据权利要求5所述的焦炉煤气制甲醇过程的补碳装置，其特征在于：所述自增压汽化器水浴温度保持在60～70℃，主汽化器水浴温度保持在40～50℃。

9.根据权利要求4－7任意一项所述的焦炉煤气制甲醇过程的补碳装置，其特征在于：所述主汽化器上设有循环水泵。

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