焦炉煤气制甲醇工艺改造及效果分析

叶田友

(山西焦煤五麟煤焦开发有限责任公司，山西 吕梁 032202)

引 言

甲醇作为化学工业的源头，是非常重要的有机化工原料。随着工业中对甲醇的需求量越来越大，对甲醇制备的方法提出了更高的要求和挑战。目前，我国主要以煤气和焦煤为原材料制备甲醇，而且采用上述两种原料制备甲醇的工艺水平已相对成熟[1]。根据甲醇制备过程中所采用催化剂的不同，将甲醇制备流程分为高压和低压流程。目前，工业制备甲醇的主流工艺为低压法合成。

本文以XX厂为研究对象，该厂制备甲醇的工艺为低压合成法，制备甲醇的原料为焦炉煤气，在制备过程中主要经历湿脱硫、压缩、精脱硫、甲烷转化合成以及精馏等工艺。经调研发现，该厂在采用上述工艺制备甲醇过程中的产量无法达到最大。经研究发现，造成甲醇产量上不去的主要原因有压缩机打气量有限、合成塔负荷大以及转化效率低等问题。本文将针对上述甲醇制备工艺中的不足进行改造，已达到提升甲醇产量的目的。

1 甲醇制备工艺现状分析

经研究可知，造成甲醇制备产量低下的主要原因包括有压缩机打气量有限、合成塔负荷大以及转化效率低等问题[2]。具体阐述如下。

1.1 压缩机打气量有限

在实际生产中，由于温度的升高导致焦炉煤气的体积增大，导致其密度降低，进而影响单位体积内焦炉煤气的有效成分，从而使得甲醇的产量降低。以焦炉煤气为例，对于6万m3/h的煤气量而言，随着温度从19 ℃升至32 ℃，其体积可膨胀4 057 m3/h。以该厂当地气温为基础，不同季节压缩机打气量随温度变化的曲线，如图1所示。

图1 压缩机打气量随温度变化曲线

如图1所示，在一年中该厂压缩机打气量呈现先减小后增大的趋势，此种变化趋势完全取决于温度先升高后降低的变化趋势。1月份的气温最低，此时压缩机打气量为3.26 m3/h；8月份的气温最高，此时的压缩机的打气量为2.96 m3/h。

通过对该厂以往甲醇产量数据分析可知，当气温最低时，此时甲醇的产量为最大，大约为750 t/d；当气温最高时，此时甲醇的产量为最小，大约为687.67 t/d。即，夏天较冬天每天可减产62.33 t。

1.2 转化率低

该厂单塔制备甲醇的设计产量为每天10万t(已达到最大负荷)，以某次甲醇制备为例，焦炉煤气中所含CO和CO2的比例分别为6.06%和4.51%，检测出口气体中的CO和CO2的比例分别为4.5%和4.23%。作为制备甲醇的关键原料CO和CO2,通过试验表明，在实际制备过程中CO和CO2的转化率较低，不仅造成原料的浪费，在制约了甲醇的产量[3]。

因此，在实际制备过程中可将为被转化的CO和CO2进行回收，避免对原料浪费的同时，达到提升甲醇产量的目的。

2 焦炉煤气制甲醇的工艺改造

基于对影响甲醇产量因素的分析，针对焦炉煤气压缩机和合成塔甲醇制备工艺中必不可少的设备进行改造。

2.1 压缩机的改造

针对压缩机打气量有限的问题，将采用对压缩机进行扩能的措施进行改造；此外，鉴于温度是影响压缩机打气量的关键因素，拟采用人工降低温度的措施以确保单位体积内焦炉煤气的有效成本未减少[4]。具体措施改造方案如下。

1) 在压缩机前段增加煤气冷却器，确保焦炉煤气的进入压缩机时其有效成分为最高；

2) 可增设一台焦炉煤气压缩机或对现有的压缩机进行扩缸改造。就该方案而言，其成本及改造周期，如表1所示。

表1 压缩机改造方案对比

对比表1可知，在新增打气量相当的情况下，增设一台压缩机的成本比对现有压缩机进行扩缸改造的成本高372万元；且新增一台压缩机需9个月的改造周期，而对现有压缩机进行扩缸改造仅需3个月的时间。综上所述，对现有压缩机进行扩缸改造具有低成本、改造周期短等优势。因此，该厂采用对现有压缩机进行扩缸改造的方案。

2.2 合成塔的改造

针对现有合成塔负荷大、转化率低的问题，拟采用增加一台合成塔的改造方案。考虑到新增合成塔与老合成塔存在串联和并联的问题，将分析新老合成塔串联和并联的改造效果。

2.2.1 新老合成塔串联

甲醇制备过程中必不可少的为催化剂，为了保证催化剂能够在单位时间内处理更多的原料，要求催化剂尽可能的在原料层上长时间停留，以确保原料能够得到充分反应。要求新老合成塔串联时，合成塔的空速更小或在原空速的基础上增加催化剂的装填量及其他附近设置[5]。

2.2.2 新老合成塔并联

当新老合成塔采用并联的方式连接是，原料焦炉煤气可分为两部分进入合成塔中。为保证新老合成塔中CO和CO2的转化率能够提升，降低新老合成塔中的空速。

根据经验计算可知，串联系统和并联系统改造方案的成本，如表2所示。

表2 串联与并联系统改造成本对比

分析表2可知，采用并联方式新增合成塔的直径小于串联方式下的合成塔的直径；采用并联方式新增合成塔催化剂的装填量小于串联方式，间接了降低了甲醇的制备成本；采用并联方式改造的成本低于串联方式。因此，针对合成塔的改造方案为新增一台直径为2.8 m的合成塔与老合成塔并联。新老合成塔连接方式，如图2所示。

图2 新老合成塔连接示意图

3 改造效果分析

针对甲醇制备中存在的问题，采用对现有压缩机扩缸+增设合成塔与老合成塔并联的改造方案，将其应用于实际生产中，试运行一年期间内甲醇的产量与改造前的对比，如表3所示。

表3 改造前后甲醇产量对比

分析表3可知，改造后该厂甲醇产量不会随着季节温度的变化而存在波动，各个季节甲醇的产量相当；改造后夏季甲醇的产量较改造前有明显提升，且改造后甲醇夏季产量与冬季产量相当，说明此次改造的可行性和有效性。

4 结语

甲醇作为工业生产中重要的原料之一，当前对甲醇的需求量越来越大。目前，所采用的低压合成催化法制备甲醇工艺存在产量受季节波动大、产量低下的问题。为此，应对甲醇制备工艺中的压缩机进行扩缸，新增合成塔与老合成塔并联的改造方案以达到稳定并提升甲醇产量的目的。