煤基甲醇变换工艺中的节能创效

闫俊民（陕西长青能源化工有限公司， 陕西 宝鸡 721045）



煤基甲醇变换工艺中的节能创效

闫俊民（陕西长青能源化工有限公司， 陕西 宝鸡 721045）

摘要：目前甲醇市场产能过剩，煤基甲醇项目比石油天然气甲醇项目生产成本高很多，为降低煤基甲醇的产品成本，根据其固有的变换生产工艺，采取回收高温冷凝液，采用废锅回收废热生产蒸汽进行发电。在变换催化剂的使用上，通过控制系统充卸压速率，防止床层超温，部分更换催化剂等节能创效措施，起到了较好的效果。

关键词：煤基甲醇；变换；节能；创效

0 引言

现代大型煤化工项目煤基甲醇是以固态煤为原料制成煤气，煤气再经过催化合成为化工基础原料——甲醇。煤是由碳和氢等元素组成一种复杂混合物，由煤制造出粗煤气的主要成分为H2和CO，但煤中的氢含量相对较少，粗煤气中的H2和CO不能满足甲醇合成的需要。所以煤制气还需经催化变换，把粗煤气中的部分CO在催化剂的作用下变成H2，从而使H2与CO比例达到甲醇合成的要求。

煤气的变换必须在催化剂的作用下才能完成，如何延长催化剂的使用寿命，如何能更多地回收变换过程中产生的废热加以利用，并尽可能多地采取节能创效措施，在目前甲醇市场价格较低的情况下具有十分重要的现实意义。

1 变换原理

粗煤气中的CO与水蒸气发生如下反应：

CO+H2O→CO2+H2+41.19kJ/mol

本反应是在催化剂作用下的可逆、放热反应，在工业生产中，反应所放出的热量在维持反应持续进行后的多余热量可回收利用，反应温度应维持在催化剂的活性范围以内。要尽可能地使反应向有利于生产H2和CO2的方向进行，此反应是体积不变的反应，从理论上讲，改变压力，对反应平衡没有影响，但是提高压力，可加快反应速度，使设备体积减小，提高生产能力，因此工业生产多采用加压变换。

2 工艺流程

本工艺流程为水煤浆气化工艺变换流程（图1为变换流程简图）：从气化工段来的粗煤气首先进入煤气分离器V1中分离固体细灰和冷凝液，然后通过水煤气废锅E1冷却，调整煤气的水汽比约为1.3，经第一水分离器V2分离冷凝液。分离后的气体分成两股，第一股气量约为总气量的55%，在煤气预热器E3壳程中与变换后变换气换热，加热到275～305℃后进入变换炉R，在耐硫变换催化剂作用下进行CO变换反应。变换后的气体温度约为423℃，变换气进入煤气预热器E3的管程，预热参加变换的水煤气，再通过2.5MPa废锅E4降温、回收热能，变换气温度降为243℃。

第二股不经变换反应的水煤气经变换炉副线在2.5MPa废锅E4管程出口与第一股变换后气体混合，通过1.0MPa 废锅E5降温、回收能量，变换气温度降为210℃，然后进入第二水分离器V3。分离冷凝液后进入0.5MPa 废锅E6再次降温、回收热能，变换气温度降为180℃，进入第三水分离器V4。

第三水分离器V4分离冷凝液后，变换气进入脱盐水加热器E7，将脱盐水加热到90℃以回收低位热能，然后进入第四水分离器V5。分离出冷凝液后进入变换气水冷器E8与循环水换热，变换气冷却至40℃后送入洗氨塔C1。

在洗氨塔C1的上部设置了6层塔板，喷入高压锅炉给水对变换气进行洗涤，脱除微量氨、氰后，送至脱硫脱碳工段脱除多余CO2及有毒有害的H2S、COS等酸性气体，以达到甲醇合成气的要求。

图1 变换流程简图

3 节能创效

3.1 高温冷凝液的利用

本工段第一水分离器V2分离的高温工艺冷凝液，经锅炉给水加热器E2管程，预热壳程的2.5MPa 废锅E4的锅炉给水后，进入高温冷凝液槽V8。

煤气分离器V1、第二水分离器V3、第三水分离器V4分离的高温工艺冷凝液，经液位调节阀也直接进入高温冷凝液槽V8。

高温冷凝液槽V8的工艺冷凝液则经高温冷凝液泵加压，送回到气化装置碳洗涤塔循环使用，不但节省用水还可利用冷凝液的显热。

3.2 废热的回收利用

本工艺设置了水煤气废锅E1，用来降低进变换炉工艺气的水气比，并回收粗煤气显热，E1吸收出变换炉变换气的热量，产生2.5MPa蒸汽并通过减压阀减压到1.0MPa后送入管网，废锅E5产生的1.0MPa低压蒸汽也送入全厂1.0MPa蒸汽管网利用。

废锅E6产生0.5MPa 蒸汽送入全厂0.5MPa管网作为仪表拌热站、采暖及浴室的气源回收利用；

废锅E4产生2.5MPa蒸汽被送至该项目配套余热发电机作为发电气源使用。

在实际生产过程中，1.0MPa蒸汽有富裕，时常放空，为此，在E1废锅的减压阀前重新接一管路把E1产生蒸汽通过控制阀部分送至2.5 MPa蒸汽管网进行发电，经过运行验证效果较好，每小时可多发电约2MWh，每年创效200余万元。

3.3 催化剂的使用

本公司使用的是钴-钼系宽温耐硫变换催化剂，该催化剂是以活性很低的氧化物形式出厂的，只有其转化为金属硫化物时才具有较高的变换活性。因此催化剂装进变换炉使用前应进行硫化，硫化过程主要发生以下反应：

硫化反应是放热反应，所以须控制床层温度，在进行硫化操作时严格按照催化剂厂家提供的硫化曲线进行硫化。若温度过高，则易发生如下还原反应而使催化剂的活性降低。

使用工艺气（粗煤气）硫化时，硫化过程中可能发生下述反应：

为了使产生的热量尽可能的少，在硫化过程中应尽可能地抑制这两个反应，特别是反应（5）。通常催化剂转化成硫化态后，对反应（4）是有利的，但催化剂为氧化态时，并在较高压力下对反应（5）是有利的，所以应通过控制压力来限制此反应。

该催化剂是氧化钴、氧化钼及其他填充物的柱状混合物，虽然有一定的强度，但遇水易粉化，如粉化，会大大降低催化剂的活性，并增加催化剂床层阻力。煤气中含有砷化物，易使催化剂中毒。粗煤气中还有部分灰尘，如该部分灰尘覆盖在催化剂表面也影响催化剂活性发挥。所以在操作过程中应采取以下控制措施延长催化剂的使用寿命：

严格控制变换炉催化剂床层温度在500℃以内，防止超温失去活性。

精心操作，严密监控煤气分离器V1、第一水分离器V2的液位，严禁粗煤气带水进入变换工段；开车导气时，对变换炉前管线充分暖管，低点排凝。为防止粗煤气中水蒸气冷凝成水，应把进入变换炉的入口粗煤气温度控制在高于露点温度30℃。系统充卸压速率不可太快，应控制在0.1MPa/min以内，以减少催化剂的粉化；严禁逆向从进入变换界区的放空阀卸压，以免吹翻催化剂上部钢丝网，吹出催化剂形成沟流，影响粗煤气变换率。

控制原料煤的采购，严禁使用高砷煤，以免气化的粗煤气中砷化物含量超标，致使变换催化剂中毒。

催化剂的整体使用寿命一般在3年左右，由于粗煤气中不可避免的带有灰尘，并含有微量的砷化物，催化剂使用一年左右，床层上部催化剂活性就因灰尘包裹覆盖、粉化、中毒，活性就很小了，从而一定程度上影响煤气的变换率，并影响了后续的甲醇产量。为了确保甲醇产量，必须对催化剂进行更换，我公司年产60万吨甲醇变换炉催化剂的装填约为70m3，56吨，催化剂价格目前每吨约为5万元，如全部更换，价格较高。经过催化剂床层温降分析认为：中下部的催化剂活性较好，尚能使用。经研究采取了只更换上部约20m3的催化剂的方案，并利用每年停产检修的间隙进行更换，经过2年实践验证，效果较好，能满足生产需要。每年可节约催化剂的采购费约250万元。

4 结语

每个生产项目建成后，因其生产工艺已确定，项目盈利与否，除市场因素影响外，主要还在于运行和经营，在生产运行过程中，应不断地总结经验，进行技术改造，开源节流，节能创效，以降低生产成本，提升产品市场竞争力。特别是产能过剩项目，更应如此。

作者简介：闫俊民（1966- ），男，江苏徐州人，高级工程师，经济师，1992年毕业于中国矿业大学煤化工专业，2008年获山东科技大学项目管理专业工程硕士学位，现主要从事煤基甲醇产品的生产技术及管理工作。

The process of transformation Coal based methanol in of energy saving and the effect

YAN Jun-min (Shaanxi evergreen energy chemical industry co., LTD., shaanxi baoji 721045)

Abstract:Methanol market capacity at present. Coal based methanol project production cost is much higher than the oil and gas of methanol project. To reduce the product cost of coal based methanol production process according to its inherent transformation, Take the recovery of high temperature condensate,Using pot scrap recycling waste heat steam to generate electricity production. On the use of conversion catalyst, Through the control system pressure relief rate, prevent bed overtemperature, Energy conservation and effi ciency.

Key words:Coal based methanol; Transformation; Energy saving; Gen effect