CN104086368B - 焦炉煤气制甲醇氢碳比h/c调节工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节工艺方法，以纯氧+水蒸汽为气化剂常压固定床气化炉连续法生产水煤气与焦炉气混合，混合气经处理后作合成甲醇原料气；通过DCS控制水煤气的产量，控制甲醇原料气的氢碳比H/C在2.05-2.1范围。本发明的有益效果是：根据焦炉气体成分以及生产负荷变化确定气化水煤气配入量，混合成氢碳比H/C适宜甲醇合成的原料气，使每吨甲醇的焦炉气消耗降低,H2利用提高到。
Description
技术领域
本发明涉及焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节工艺方法，属于在甲醇制备领域。
背景技术
甲醇合成化学反应2H2+CO=CH3OH 3H2+CO2=CH3OH+H2O，合成原料气有效成分为H2 、CO 、CO2， 氢碳比（体积百分比）H/C（H2-CO2/CO+CO2)在2.05-2.1较为适宜。焦化企业以焦炉煤气为原料制取甲醇生产工艺，焦炉煤气中的有效成分含量一般为：H2 58-60% CO 5-7% CO2 2-3 % CH4 24-26%,总的H/C在2.6左右，C不足H2过剩。焦炉煤气生产甲醇需要经过气体压缩、脱硫净化、CH4转化等一系列耗能工艺处理后才能作为甲醇合成原料气，因为C不足甲醇合成反应进行不完全而产生大量驰放气，降低了产量、增加消耗、浪费能源,H2利用率＜76%，每吨甲醇消耗焦炉煤气约2000Nm3 。目前，焦炉煤气制甲醇补碳调节氢碳比H/C方式有两种：一种是采用间歇法制取半水煤气配入焦炉煤气补碳，其过程中吹风气作为废气排放，不仅浪费资源而且污染环境。第二种方式是进甲醇合成工段的原料气中直接补入压缩CO2气体来补碳，其化学反应为3H2+CO2=CH3OH+H2O 采用该方法虽然能够调节H/C,但是有生成无效成分H2O的副产物,不仅降低甲醇产量和H2利用率，而且去除H2O在甲醇精馏过程中消耗加热蒸气浪费能源，还需要制备或者购买99.9%CO2气体，增加成本。粉煤、水煤浆、固定床加压炉也可以连续制取水煤气作为补碳气，但是需要一定规模，投资较大应用于焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节受到制约。
发明内容
为了解决背景技术中描述的问题，本发明提供了焦炉煤气制甲醇氢碳比调节工艺方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节工艺方法，以纯氧+水蒸汽为气化剂常压固定床气化炉连续法生产水煤气与焦炉气混合，混合气经处理后作合成甲醇原料气； 所述的纯氧与水蒸汽经混合器混合后由常压固定床气化炉底部进入气化炉，所述的纯氧、水蒸汽进入混合器前的管线上分别设置有控制阀，分别控制纯氧和水蒸汽进入混合器的量，所述的控制阀连接DCS控制系统；所述的焦炉气管线上设置有气体成分分析仪A1和气体流量测量仪F3，所述的水煤气管线上设置有气体成分分析仪A2和气体流量测量仪F4，所述的气体成分分析仪A1、A2和气体流量测量仪F3、F4连接DCS控制系统；所述的合成甲醇原料气管道上设置有气体成分分析仪A3，所述的气体分析仪A3连接DCS控制系统；所述的DCS控制系统还连接常压固定床气化炉固体原料加料装置；DCS控制系统根据焦炉气成分分析仪 A1、水煤气成分分析仪A2、原料气气体分析仪A3的数值，结合焦炉气气体流量测量仪F3的数值，控制纯氧进入常压固定床气化炉的用量和固体原料的加料量，从而控制水煤气的产量，控制甲醇原料气的氢碳比H/C在2.05-2.1范围；所述的常压固定床气化炉，气化炉内径2600mm-3200mm，高径比为2.7-2.9。
所述的常压固定床气化炉以8-25mm焦粒、无烟煤、兰炭、型煤为原料，纯氧+水蒸汽气化剂压力为30-40KPa。
所述的常压固定床气化炉连接除尘器，除尘器再连接余热锅炉；所述的常压固定床气化炉设置有气化炉夹套锅炉蒸发汽包，余热锅炉设置有蒸发汽包；来自外管网的脱氧水送至气化炉夹套汽包和余热锅炉汽包蒸发成水蒸汽与外来的补充蒸气作为气化剂用水蒸汽。
所述的常压固定床气化炉内设置有料位检测器H，料位检测器H连接DCS控制系统，常压固定床气化炉底部设置有排灰炉条机, 排灰炉条机受DCS控制系统控制，DCS控制系统根据料位检测器H信号确定加料机动作频率和排灰炉条机转速实现气化炉内物料平衡自控。
所述的常压固定床气化炉内设置有气化炉温度检测装置T1-12，温度检测装置T1-12连接DCS控制系统， DCS控制系统根据温度检测装置T1-12信号调节水蒸汽进入混合器的量F2实现气化炉内温度、热量平衡自控。
本发明的有益效果是：
1、本发明可根据焦炉气体成分以及生产负荷变化确定气化水煤气配入量，混合成H/C适宜甲醇合成的原料气补充气。每吨甲醇焦炉气消耗可以降到1450Nm3 每吨混合气消耗可以降到1780 Nm3,比不补C工艺气体消耗降低12%,H2利用提高到84%，同样的焦炉气气量配入20%气化水煤气产量提高27.5%。
2、本发明常压固定床气化炉高径比为2.7~2.9与传统的固定床气化炉高径比1.8~2.0相对炉堂高度提高50%，有利于提高气化层高度增加气化剂与焦炭接触时间，反应更完全，灰渣C含量＜8%比传统的固定床气化炉降低7~10%，同时有利于降低气化炉出口气体温度，减少气化炉内热量损失。
3、本发明常压固定床气化炉以成本低廉的8-25mm小焦粒为原料，与传统的固定床原料粒度30~80mm成品焦为原料降低了成本，资源综合利用。
4、本发明利用气化炉夹套锅炉和余热锅炉实现余热综合利用，热利用率高。
5、本发明在气化炉设置料位探测器、气化层温度测量装置，采用DCS实现气化工艺过程物料、热量平衡自控。
附图说明
图1是本发明提供的实施例的结构示意图总图。
图2是本发明提供的实施例的结构示意图局部图一。
图3是本发明提供的实施例的结构示意图局部图二。
图4是本发明提供的DCS控制系统原理结构框图。
图中：1.加料机，2.常压固定床气化炉，3.纯氧控制阀，4.混合器，5.水蒸汽控制阀，6.炉箅，7. 除尘器，8. 余热锅炉，9. 洗气塔，10. 静电除尘器，11. 脱硫塔，12. 气化炉夹套锅炉汽包，13. 余热锅炉汽包，14.气柜，15.净化除硫装置，16.合成塔，17.排灰炉条机，100.DCS控制系统，101.纯氧流量测量仪F1，102.水蒸汽流量测量仪F2，103. 料位检测器H,104. 温度检测装置T1-12,105. 焦炉气流量测量仪F3,106. 焦炉气成分分析仪A1,107. 水煤气流量测量仪F4,108. 水煤气成分分析仪A2,109. 原料气气体分析仪A3。
具体实施方式：
下面结合附图，对本发明的具体方式进行详细描述。
焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节工艺方法,生产装置及流程如图1所示，DCS控制系统控制原理如图2所示。
如图所示，本发明常压固定床以纯氧+水蒸汽为气化剂连续制取水煤气的过程具体包括以下步骤:
(1).将8-25mm小焦粒固体原料，或为无烟煤、或为兰炭、或为型煤，通过加料机1加入气化炉中2，形成一定高度的固定床气化层。生成灰渣从炉底排出。DCS控制系统根据料位检测器H信号确定加料机1动作频率排灰炉条机17转速实现气化炉内物料平衡自控。常压固定床气化炉，气化炉内径2600mm-3200mm，高径比为2.7-2.9，可根据生产规模进行选择。
(2).来自空分的纯氧通过自控调节阀3调节至工艺所需的压力P、流量F1送入混合器4。来自外管网的脱氧水送至气化炉夹套汽包12和余热锅炉汽包13蒸发成水蒸汽与外来的补充水蒸汽作为气化剂水蒸汽，通过蒸气过热器，与热煤气换热加热后成为过热蒸汽经蒸汽自控调节阀5调节到工艺所需压力P、流量F2送入混合器4。
为了克服8-25mm小焦粒固体原料在气化炉2内带来的阻力增大，纯氧+水蒸汽气化剂进入气化炉2以前压力控制在30-40KPa，满足气化来煤气进入气柜或工艺管网所需的压力。
(3).混合后的气化剂送入气化炉底部通过入炉箅6均匀分布与高温炭层发生化学反应，
C+O2=CO2+Q 2C+O2=2CO+Q C+CO2=2CO-Q
C+H2O=CO+H2-Q C+2H2O=CO2+2H2-Q
生产水煤气成分：CO+H2≥80%
氧气与碳的反应是放热反应，水蒸汽与碳的反应是吸热反应，在入炉氧气一定的条件下，通过调节进入气化炉2的水蒸汽的量可以实现提高或降低气化炉2内部温度的目的。DCS控制系统根据气化炉温度检测装置T1-12信号调节阀5，实现水蒸汽流量F2的控制，从而实现气化炉内温度、热量平衡自控。
(4).生成水煤气，从气化炉顶部引出进入除尘器7除掉固体颗粒物进入余热锅炉8回收余热后温度降至130-140℃进入洗气塔9底部自下而上与塔顶自上而下喷淋的冷却水通过填料作用充分接触降温至≤40℃，进入静电除尘器10进一步净化。
(5).从静电除尘器出来水煤气含H2S等硫化物，气体经脱硫塔11与脱硫液接触将95%的硫化物脱除送入进气柜或管网。
DCS控制系统根据焦炉气成分分析仪A1的数据，水煤气成分分析仪A2的数据，参考合成甲醇原料气成分分析仪A3的数据,以及焦炉气流量测量仪F3的数据确定气化水煤气配入流量F4，保持合成补充气A3的数据氢碳比H/C在2.05-2.1范围内。
以年产20万吨焦炉煤气制甲醇工艺为例过程如下：
(1) 来自焦化厂焦炉煤气气体成分
| 组分 | H2 | CH4 | CO | CnHm | CO2 | N2 | O2 | Σ |
| % | 58 | 26 | 7 | 2.5 | 2.5 | 3.5 | 0.5 | 100 |
流量36111Nm3 /h 压力0.004MPa
来自气化工段纯氧+水蒸汽连续制取的水煤气 气体成分
| 组分 | H2 | CH4 | CO | CO2 | N2 | O2 | Σ | 硫化氢 | 有机硫 |
| 体积% | 35 | 0.4 | 45.8 | 17.5 | 1.1 | 0.2 | 100 | 20mg/Nm3 | 100mg/Nm3 |
流量9008Nm3 /h 压力0.007MPa
两种气体在20000m3气柜中混合,混合气成分
| 组分 | H2 | CH4 | CO | CO2 | N2 | O2 | CnHm | Σ | 硫化氢 | 有机硫 |
| 体积% | 53.4 | 20.88 | 14.76 | 5.50 | 3.02 | 0.44 | 2.00 | 100 | 84mg/Nm3 | 180mg/Nm3 |
流量45119 Nm3 /h 压力 0.004 MPa
（2） 自气柜来的温度为25～35℃，压力为0.004MPa（g）的混合气由总管送进入喷水螺杆压缩机加压至0.45 MPa(g)后,装有中温有机硫水解催化剂水解槽，将工艺气体中有机硫中的大部分COS、CS2等转化为H2S。COS、CS2的转化率大于90%，转化后工艺气体中H2S含量～228mg/Nm3，有机硫≤36mg/Nm3，其它组分无变化，进入湿法脱硫工段。
压力～0.4MPa(g),温度～40℃，进入脱硫塔的下部，与塔顶喷淋而下的脱硫贫液逆流接触，混合气中的H2S被吸收，出塔混合气中的H2S含量约20mg/Nm3，送往压缩工段。
本工段出口气体成分：
| 组分 | H2 | CH4 | CO | CO2 | N2 | O2 | CnHm | Σ | 硫化氢 | 有机硫 |
| 体积% | 53.4 | 20.88 | 14.76 | 5.50 | 3.02 | 0.44 | 2.00 | 100 | 20mg/Nm3 | 36mg/Nm3 |
流量44688Nm3 压力0.4Mpa
(3)在本工段气体经过精脱硫净化以及CH4转化，成为甲醇合成的原料气。
通过通入氧气、水蒸汽反应将CH4转换成H2、CO、CO2，主要反应如下：
2H2+O2=2H2O +114.1148kcal (1)
2CH4+O2=2CO+4H2 +17.0kcal (2)
CH4+H2O=CO+3H2 -49.3kcal (3)
CH4+CO2=2CO+2H2 -59.1kcal (4)
CO+H2O=CO2+H2 +9.8kcal (5)
本工段出口气体成分：
| 组分 | H2 | CH4 | CO | CO2 | N2 | O2 | CnHm | Σ | 总硫 |
| 体积% | 65.73 | 0.91 | 22.14 | 9.02 | 2.20 | 0 | 0 | 100 | 0.1ppm |
流量62904Nm3 压力2.1MPa
在线自动分析仪A3对本工段出口气体成分不间断分析，分析数据实时传给气化作为调整H/C的依据。
（4）甲醇合成的原料气，先经油过滤器除去其中夹带的少量油污等，与循环气混合后进入气气换热预热到225℃，进入甲醇合成塔，在催化剂的作用下进行甲醇合成反应
CO+2H2=CH3OH+Q
CO2+3H2=CH3OH+H2O+Q
及副反应 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O
8CO+17H2=C8H18+8H2O 等
合成塔出口气进气气换热器与合成塔入口气换热，把入口气加热到活性温度以上，然后进入空冷冷却到40℃，再进入甲醇分离器进行气液分离。出甲醇分离器气体大部分作为循环气去循环机压缩增压并补充新鲜甲醇合成的原料气，一小部分作为弛放气,送氢回收工段回收氢。闪蒸槽出来的贮罐气送往转化工段作燃料气。
甲醇分离器底部出来的粗甲醇经一级过滤器和二级过滤器过滤掉其中的石蜡、催化剂粉尘等固体杂质，送往甲醇精馏。
本发明可根据焦炉气体成分以及生产负荷变化确定气化水煤气配入量，混合成H/C适宜甲醇合成的原料气补充气。每吨甲醇焦炉气消耗可以降到1450Nm3 ，每吨混合气消耗可以降到1780 Nm3,比不补C工艺气体消耗降低12%,H2利用提高到84%，同样的焦炉气气量配入20%气化水煤气产量提高27.5%。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方法替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书定义的范围。
Claims (5)
1.焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节工艺方法，其特征在于，以纯氧+水蒸汽为气化剂常压固定床气化炉连续法生产水煤气与焦炉气混合，混合气经处理后作合成甲醇原料气； 所述的纯氧与水蒸汽经混合器混合后由常压固定床气化炉底部进入气化炉，所述的纯氧、水蒸汽进入混合器前的管线上分别设置有控制阀，分别控制纯氧和水蒸汽进入混合器的量，所述的控制阀连接DCS控制系统；所述的焦炉气管线上设置有气体成分分析仪A1和气体流量测量仪F3，所述的水煤气管线上设置有气体成分分析仪A2和气体流量测量仪F4，所述的气体成分分析仪A1、A2和气体流量测量仪F3、F4连接DCS控制系统；所述的合成甲醇原料气管道上设置有气体成分分析仪A3，所述的气体分析仪A3连接DCS控制系统；所述的DCS控制系统还连接常压固定床气化炉固体原料加料装置；DCS控制系统根据焦炉气成分分析仪 A1、水煤气成分分析仪A2、原料气气体分析仪A3的数值，结合焦炉气气体流量测量仪F3的数值，控制纯氧进入常压固定床气化炉的用量和固体原料的加料量，从而控制水煤气的产量，控制甲醇原料气的氢碳比H/C在2.05-2.1范围；所述的常压固定床气化炉，气化炉内径2600mm-3200mm，高径比为2.7-2.9。
2.根据权利要求1所述的焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节工艺方法，其特征在于，所述的常压固定床气化炉以8-25mm焦粒、无烟煤、兰炭、型煤为原料，纯氧+水蒸汽气化剂压力为30-40KPa。
3.根据权利要求1所述的焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节工艺方法，其特征在于,所述的常压固定床气化炉连接除尘器，除尘器再连接余热锅炉；所述的常压固定床气化炉设置有气化炉夹套锅炉蒸发汽包，余热锅炉设置有蒸发汽包；来自外管网的脱氧水送至气化炉夹套锅炉汽包和余热锅炉汽包蒸发成水蒸汽与外来的补充蒸气作为气化剂用水蒸汽。
4.根据权利要求1或2或3所述的焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节工艺方法，其特征在于，所述的常压固定床气化炉内设置有料位检测器H，料位检测器H连接DCS控制系统，常压固定床气化炉底部设置有排灰炉条机, 排灰炉条机受DCS控制系统控制，DCS控制系统根据料位检测器H信号确定加料机动作频率和排灰炉条机转速实现气化炉内物料平衡自控。
5.根据权利要求1或2或3所述的焦炉煤气制甲醇氢碳比H/C调节工艺方法，其特征在于,所述的常压固定床气化炉内设置有气化炉温度检测装置T1-12，温度检测装置T1-12连接DCS控制系统， DCS控制系统根据温度检测装置T1-12信号调节水蒸汽进入混合器的量F2实现气化炉内温度、热量平衡自控。
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