甲醇生产中几种原料造气补碳的对比分析

张 杰

(山西焦煤集团五麟煤焦开发有限责任公司，山西 吕梁 032200)

甲醇生产中几种原料造气补碳的对比分析

张 杰

(山西焦煤集团五麟煤焦开发有限责任公司，山西 吕梁 032200)

由于焦炉煤气为原料生产甲醇时氢碳比低，需生产水煤气进行补碳，通过对固定床造气炉使用小块冶金焦、无烟块煤及半焦原料生产的补碳水煤气有效气体成分、生产成本情况进行对比，总结出山西某甲醇厂使用小块冶金焦作为补碳原料制气是较为经济合理的选择。

补碳；小块冶金焦；无烟块煤；半焦；有效气体

以焦炉煤气为原料生产甲醇时，由于氢碳比高于甲醇合成所需的理想比例(2.05∶1.00)，导致氢气浪费，通过补碳的方式来达到提高氢气利用率，进而达到增产增效的目的。补碳的方法有烟道气回收二氧化碳补碳、气化法造气补碳、购买纯CO2补碳和闪蒸气补碳等4种方式[1]。山西某甲醇厂主导产品是冶金焦，结合自身实际，采用自产的冶金焦为原料，利用固定床常压UGI炉生产水煤气补碳，补碳装置主要包括固定床造气装置、压缩装置、煤气净化装置等。

甲醇合成所需原料气焦炉气、水煤气组分情况分别见表1和表2。

表1 焦炉煤气的组分情况

表2 水煤气的组分情况

固定床造气是利用空气、蒸汽与小块冶金焦或其他外购原料，在造气炉内进行气化反应，制出甲醇补碳所需的水煤气。

自2008年该厂造气炉系统开车以来，结合原料市场情况，造气炉先后使用过25 mm～40 mm小块冶金焦、无烟块煤，得出了一些操作经验。另外，通过外出考察的方式，对一些相关单位使用小块冶金焦、无烟块煤及半焦的情况也进行了总结。

1 三种造气原料比较

1.1 小块冶金焦造气

由原料性质来看，小块焦粒度均匀、机械强度好，灰熔点高、固定碳含量高，挥发分低，运输及输送过程中破碎率低，使用时生产水煤气的气体成分好，特别适合于作为固定床造气炉的原料，缺点为使用中对管道、设备的冲刷较厉害，影响管道、设备的使用寿命，日常应注意加强维护[2]。25 mm～40 mm小块焦的计入成本价格为1 399.76元/t。

1.2 无烟煤造气

晋城、阳城及沁水等地的无烟煤进厂后经过预处理(过筛、挑拣煤矸石及大块破碎等工作)，也基本可以保持较好的粒度，其灰熔点较高，固定碳含量也较高，固定床造气炉使用时也较合适，当前为一般固定床造气炉使用时的首选。在使用时，造气炉的单炉煤气产量及消耗同使用小块焦时数值接近，但其缺点为机械强度较差。由于采购控制、运输、输送及预处理，往往会产生20%左右的煤末，造气炉无法使用，造成很大的浪费，在进行成本比较时要考虑在内；另外，其挥发分含量较高，所生产的煤气中甲烷体积分数要高于使用块焦时约1.0%～1.5%，对后工序的弛放气排量大小有明显影响。无烟煤进厂后入炉前一般要进行过筛、挑拣煤矸石及大块破碎等预处理工作，需增加费用，同时，考虑到冬季储存的需要及生产过程中必要的库存、预处理工作，需要相当面积的场地及配备一定数量的人员。

据了解，在晋城、阳城当地25 mm～80 mm粒度无烟煤的坑口价格为1 300元/t左右，将出境费及运输费用考虑在内，到我厂的价格在1 600元/t左右[3]。使用中所产生的20%的煤末，一般化肥企业都用于锅炉燃料或用于制作煤棒，该厂无此类用途，只能低价外销，销售所得可抵消预处理费用，不再计算其价值。

1.3 半焦造气

半焦一般为弱黏性煤(长焰煤等年轻烟煤)的低温干馏固体产物，其固定碳含量较高，其机械强度、挥发分含量等指标与无烟煤相似。

半焦的主要产地是山西大同、陕西神木等地，大同当地的产量不高，出厂价为1 307元/t，考虑到运输费用，到我厂的价格应在1 600元/t左右，神木半焦的当地价为950元/t，到我厂的价格应为1 250元/t左右。使用半焦所产生的20%的焦末，与无烟煤末一样，只能考虑低价销售，不再考虑其价值。交通运输方式同样以汽运为主，使用时同样需要相当面积的场地及配备一定数量的劳务及管理人员。

从使用效果来看，由于半焦机械强度较差，输送及装卸过程中产生的焦末较多，将20%的焦末率考虑在内进行成本分析时成本方面并不具有明显的优势；另一方面，由于半焦是由弱黏结性煤经低温干馏所制得，其灰熔点往往较低，用于固定床造气炉生产

时极易在炉内结疤、结块，使气化层的温度无法提高，造成气化强度较低，煤气产量、质量及消耗均受到影响，同样炉型时，单炉产气量仅为使用块焦的50%～70%，入炉成本反而高于使用块焦时的成本。据了解，许多原来使用半焦的企业大多已停产或改换了原料，目前使用半焦的企业已寥寥无几。

2 所产水煤气组分对比

2.1 气体成分比较(见表3)

从表3可知，冶金焦有效气体成分含量(CO+H2)最高，为87.00%～90.22%；无烟煤次之，86.00%；半焦最差,为60.30%～77.70%。

2.2 经济性方面的比较

根据以上各单位的经济技术数据，以该甲醇厂造气系统的数据为统一基数进行相应的折算，从煤气有效成分含量、单炉水煤气产量、煤焦消耗、煤焦成本等4方面进行了综合比较，见表4。

表4 焦炉煤气的组分情况

从表4可知，某甲醇厂结合自身实际，采用小块焦生产的水煤气成本相比还是最低的。

3 结论

由以上对比可见，以小块冶金焦、无烟块煤、半焦为原料利用固定床造气炉生产水煤气，小块冶金焦制气有效气体(CO+H2)含量最高，可满足甲醇生产φ(CO+H2)≥85%的工艺要求。具体对该厂而言，因为煤种取地的特点，无烟块煤用于制气的成本相对小块冶金焦来说基本无成本优势。因而，综合考虑对我厂来说用小块冶金焦为原料制气是较为经济合理的选择。

[1] 张子锋，张凡军.甲醇生产技术[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2] 杨福升，齐淑芳.甲醇生产工艺与操作[M].北京：石油化学工业出版社，1974.

[3] 宋维端,肖任坚，房鼎业等.甲醇工学[M].北京：化学工业出版社，1991.

Comparison and analysis of several carbon supplement and gasification materials in methanol production

ZHANG Jie

(Shanxi Coking Coal Xishan Wulin Coal Coke Development Co., Ltd., Lvliang Shanxi 032200, China)

The methanol produced by coke oven gas has low hydrogen-carbon ratio, which requires water gas to supple carbon. Through comparison of effective gas and the production cost of water gas in carbon supplement produced by small metallurgical coke, anthracite and semi-coke in fixed bed gasifier, it is summed up that small metallurgical coke used as carbon supplement and gasification in a Shanxi methanol plant is a economical and reasonable selection.

carbon supplement; small metallurgical coke; anthracite; semi-coke; effective gas

2017-04-11

张 杰，男，1981年出生，2003年毕业于太原理工大学材料科学与工程学院高分子材料专业,大学本科，工程师。研究方向：煤化工技术管理。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.26

TQ546

A

1004-7050(2017)04-0078-02

专题讨论