焦炉煤气制甲醇油污吸附剂异常粉化问题的解决

张厚钢

(山西焦煤集团五麟煤焦开发有限责任公司，山西 吕梁 032200)

引 言

焦炉煤气为煤炭炼焦过程中的产物，其作为工业燃料和化工原料具有极大的再利用价值。目前，绝大多数的焦炉煤气均制备成甲醇后再利用。虽然我国针对焦炉煤气制备甲醇工艺已相对成熟，但是在实际生产中仍存在较大的问题。就我公司而言，焦炉煤气制备甲醇工艺中经常出现吸附剂固定床进口压力和出口压力的差值在极短的时间内迅速增大的问题，为保证后续脱硫剂甲烷生产中所需的压力还需对压缩机的出口压力进行调整。针对上述问题，我公司在更换吸附剂时发现其被严重粉化，从而导致板结现象的发生[1]。为保证合成甲醇的质量、效率和成本，本文将针对焦炉煤气制备甲醇中油污吸附剂异常粉化问题提出解决方案。

1 甲醇合成工艺概述

目前，我公司制备甲醇的工艺流程如图1所示。

图1 焦炉煤气制备甲醇工艺流程

如图1所示，焦炉煤气经图中(1)的提压操作后进入气柜，气柜再次经(2)的提压操作后进行压缩操作；压缩完成后第三次经(3)提压操作后对焦炉煤气进行精脱硫处理，所得的净煤气经转化后一部分当废气(5)进行处理，另一部分进入合成塔中混合为合成气(6)；在甲醇合成塔的作用下形成粗甲醇(7)，期间产生的废气(8)通过驰放气排出；粗甲醇经精馏处理后进入甲醇库中，即得到最终产品精甲醇。值得注意的，制备甲醇过程中所产生的废气均需通过合成氨处理后才允许排放。其中，各个工序详细阐述如下：

1)焦炉煤气压缩：我公司针对焦炉煤气的压缩操作由3台往复式压缩机完成，期间采用“两开一备”的应用原则。焦炉煤气经压缩处理后的压力为2.5 MPa，对应焦炉煤气的流量为50 000 m3/h。

2)精脱硫：焦炉煤气中含有各种硫化物(硫化氢、无机硫)，硫化物会影响后续反应的速度和催化剂的活性。对焦炉煤气进行精脱硫处理后其中含硫量降低至0.1×10-6。

3)转化：转化工序的主要目的是将焦炉煤气中的甲烷与氧气充分反应形成合成甲醇所需的氢气、一氧化碳、二氧化碳等；期间通过控制氧气的量实现对碳水的比例。

4)合成气压缩：合成气压缩工艺将氢气、一氧化碳、二氧化碳等组成的合成气的压力控制在6 MPa左右。

5)甲醇合成：该工序为焦炉煤气制备甲醇的关键工序，其中包括有合成塔、换热器、分离装置、洗涤装置等；期间未反应的合成气返回压缩机后与新鲜空气再次混合后进行下一次的合成反应。

6)甲醇精馏：该工序对已合成的甲醇通过预塔、加压塔和常压塔将其中的杂质进行去除，最终得到精甲醇[2]。

2 吸附剂异常粉化原因分析

在对固定床出口压力和进口压力差值观察中发现，当系统开始运行20 d左右时，固定床吸附剂的粉化速率明显增加；而且，系统运行30 d后，固定床出口和进口的压差越来越大，且最大压差为139 kPa，长时间超负荷的运转导致压缩机的气阀、活塞环和支撑环被加速损害，极大威胁甲醇合成反应的安全生产。油污吸附剂异常粉化主要表现为如下几点：

1)油污吸附剂被严重粉化且部分吸附剂已经成为板结状态；

2)系统中的气体分布器被严重堵塞，堵塞比例高达50%；

3)吸附剂与瓷球和丝网掺杂在一起[3]。

为确实掌握油污吸附剂异常粉化的根本原理，项目组设计如图2所示的分析流程。

图2 吸附剂异常粉化原因分析流程图

机械强度作为衡量吸附剂性能的主要技术指标。机械强度越高，其抵抗气流冲击的能力越强，具备更强的保持完整性的能力。因此，吸附剂被异常粉化的根本原因为其结构被破坏导致机械强度降低，导致在外力作用下无法保持其完整性，继而被粉化。针对油污吸附剂被异常粉化的原因，作出如下假设：

1)油污吸附剂在运输过程中被撞击，导致其质量不合格；

2)油污吸附剂装填时配置的氧化铝瓷球配置比例不合理，在高速气流的影响下导致其被加速粉化；

3)在实际生产中焦炉煤气合成气的流量波动较大，进而对吸附剂的磨损严重；

4)苯萘晶体在吸附剂上的附着，导致气流通道被堵塞，加剧对吸附剂的磨损；

5)固定床的分布板存在故障导致吸附剂分散不均匀，在强气流的影响下对吸附剂造成更大的冲击，加剧了对吸附剂的磨损；

6)我公司所采用的吸附剂为碱性物质，而合成气中含有大量的酸性气体，上述碱性物质和酸性气体反应导致吸附剂的结构被损坏，导致其进行强度被降低[4]。

3 油污吸附剂异常粉化的解决及效果

3.1 油污吸附剂异常粉化的解决

针对上文中“2”中分析的可能导致油污吸附剂被异常粉化原因，本节将针对性地提出解决方案，具体阐述如下：

1)针对油污吸附剂质量不合格所导致的异常粉化问题，可通过替换机械强度更高的吸附剂、减少吸附剂在运输过程中的损耗以及保证吸附剂在状态过程中尽可能少地形成沟流等措施进行解决；

2)针对油污吸附剂装填不合理导致其异常粉化的问题，可通过减少吸附剂在层状中的相对运行解决。具体方案为：将合成系统中涉及的固定床进行改造，并适当地增加相应的主动压紧部件，确保吸附剂装填完成后无位移现象。

3)针对系统中合成气体气流波动加剧吸附剂磨损的问题，可通过尽可能减少不必要的放空时间，煤气的输送操作应尽可能缓慢进行，对煤气量进行调节时应避免气量的突变等措施进行解决。

4)针对气流通道被堵塞导致其变细进而加剧吸附剂磨损的问题，在每次更换吸附剂后续对固定床中所散布的孔进行清理，并为散布的孔选用12目(1.7 mm)的丝网。

5)针对苯萘晶体在吸附剂上附着导致其加剧磨损的问题，应适当增加合成系统中床槽的使用次数和频率，从而有效减少苯萘晶体被带入固定床的数量。

6)针对酸性气体与碱性吸附剂反应导致吸附剂被加剧磨损的问题，采用煤质活性炭对其中的硫化氢进行吸收，尽可能地减少硫化氢气体进入固定床中[5]。

3.2 效果验证

将3.1中的所述的措施应用于焦炉煤气制备甲醇的工艺中，对固定床出口和进口压力的差值的变化进行验证，得出如第77页图3所示的结果。

图3 改进后固定床进出口压差变化

将改进措施应用于合成甲醇工艺后，每隔一周对固定床进口和出口压力差进行测量。如图3所示，改进措施实施并生产60 d后，固定床进出口的压差为70 kPa；而且，在生产80 d后固定床的压差达到100 kPa。与改进前对比，固定床运行30 d后固定床的压差已经达到139 kPa，说明上述解决方案具有明显的效果。

4 结语

焦炉煤气作为煤炭炼焦的副产品，可将其应用于合成甲醇进行再利用。在实际甲醇合成反应过程中，存在油污吸附剂被异常粉化的问题，主要与吸附剂的质量、装填不合理以及苯萘晶体附着导致其本身的机械强度被破坏，进而加剧了吸附剂的磨损。因此，在实际应用中需采取合理的措施保证吸附剂的机械强度，保证其在外力和强对流情况下保持完整性。