浅议焦炉气制甲醇装置大检修的安全管理

孙波

关键词：焦炉;设备维修;常见问题

引言焦炭是煤的再加工产品。随着我国钢铁行业对焦炭需求的不断增加，焦炭产量大幅增加。焦炉煤气作为煤炭精炼过程的产物，初期采用点灯方式处理，不仅造成资源浪费，还造成环境污染。目前，焦炉煤气可在新技术的指导下制备成甲醇、合成氨等产品。然而，对于焦炉煤气制甲醇工艺，产能不稳定、能耗高是主要问题。为此，迫切需要焦炉煤气制备甲醇装置的技术，提高企业工作效率，减少资源浪费。

一、焦炉煤气现有利用技术研究

焦炉煤气是多种气体形成的混合气体，其气体成分与焦炉的工作条件和炼焦煤的质量密切相关。净化后的焦炉煤气成分主要是氢气、甲烷、一氧化碳等可燃气体。可燃气体的体积分数为86%～96%，燃烧可产生118000kJ/Nm3的热值。除燃烧外，焦炉煤气也是焦炉煤气用于发电、化工原料和还原气的最常见方式。用作发电燃料时，可用于蒸汽或燃气发电。用作化工产品的原料时，可作为原料气用于氢气提取、甲醇合成、甲烷提取等有机化学品。作为还原性气体，焦炉煤气可用于还原铁等新工艺。

1.作为燃料利用

焦炉煤气用作燃料时，可用作民用煤气和工业煤气。在民用燃气利用领域，由于天然气的清洁度和燃烧产物优于焦炉煤气，焦炉煤气可作为天然气未覆盖地区民用燃气的补充。在工业气体领域，焦炉煤气可用作工业燃料，如钢铁联合企业的炼钢和轧钢燃料，焦化企业的加热燃料，化工企业的加热燃料。

2.作为发电燃料利用

作为发电燃料，焦炉煤气是应用最为成熟的领域，可作为汽轮机、燃气轮机、燃气轮机和内燃机的发电燃料。当用作汽轮机发电的燃料时，焦炉煤气可用于燃烧产生蒸汽，带动发电机发电，但其发电效率较低，仅为30%。用作燃气轮机燃料时，焦炉煤气可被压缩加热，然后由燃气轮机膨胀，将燃烧后的热能转化为机械能，带动燃气轮机的机械运动发电。发电效率与汽轮机基本相同。燃气轮机发电是蒸汽轮机与燃气轮机技术相结合而形成的发电装置。其发电效率优于汽轮机和燃气轮机，发电效率约为45%。内燃机发电机将焦炉煤气转化为煤气作为内燃机发电机组的燃料，其发电效率约为33%。焦炉煤气作为发电燃料的利用技术比较成熟，但由于焦炉的产能，发电机组的发电量较小，一般在20000千瓦以内，发电机组受焦炉检修、检修、停产等因素，导致发电机组运行不稳定，一般用于小型焦化企业自用电或部分发电并网，大型焦化企业一般不使用它作为发电燃料。

3.DRI的利用

焦炉煤气用作直接还原铁原料时，可用作电炉短流程炼钢和冶炼优质钢原料的杂质稀释剂，也可用作转炉炼钢冷却剂和生铁原料。目前国际上铁的直接还原多采用Midrex和HYL气基直接还原工艺，要求气基气体中氢气和一氧化碳的体积分数大于90%，氢气和一氧化碳的比例大于90%。炉内要还原的一氧化碳为1.6和5.7，对氢含量要求较高。焦炉煤气主要由氢气和甲烷组成，可用于转炉炼钢竖炉生产直接还原铁原料气，可满足直接还原铁原料的生产要求。随着我国从基础设施建设向高端制造迈进，各行业对特殊钢的需求旺盛，钢材中非金属材料和有色金属的使用量增加，导致废钢质量下降。废钢用作炼钢炉原料时，以直接还原铁为稀释剂，与废钢结合使用，以改善废钢的物理性能，提高优质钢的收率和质量。据世界金属公报统计，仅2019年，全球直接还原铁产量为1.08亿吨，主要生产国为印度和伊朗。我国钢铁生产主要以高炉生产为主，占全国钢铁产量的80%。虽然“直接还原铁”技术从2013年就已经推出，但发展相对缓慢。在我国节能降耗、淘汰落后产能的背景下，高炉炼钢能耗高、二氧化碳排放量大等问题日益受到关注。直接还原铁技术的应用可以缓解钢铁行业的能源消耗问题，减少温室气体排放，提高钢铁生产纯度，促进我国钢铁生产转型发展。

4.作为化工产品原料

由于焦炉煤气是一种多组分混合气体，在化工生产中可作为提氢、合成氨、合成甲醇和天然气生产的原料。①作为提氢的原料，由于焦炉煤气中氢气的体积分数大于50%，有的甚至可以达到60%以上，而且氢气作为一种清洁能源被广泛使用，焦炉煤气可以用作提取氢气的原料，采用变压吸附和膜分离技术提取，借助固体吸附材料中气体成分的不同吸附特性和膜的选择性渗透，将氢气与其他气体成分分离被实现。焦炉煤气提氢广泛应用于钢铁企业生产，提氢产品可用于钢铁粗苯加氢精制、煤焦油加氢、连续退火炉、冷轧罩式炉等。②作为合成氨的原料，焦炉煤气中含有大量的甲烷成分，可作为生产氨的理想原料。借助蒸汽富氧催化转化工艺，焦炉煤气中的甲烷不断与氧气、水和二氧化碳反应，生成富含一氧化碳的一氧化碳、氢气和二氧化碳转化气体。根据国内生产企业的生产数据，生产1吨合成氨仅需1720m3焦炉煤气。合成氨可作为化肥生产的原料，以焦炉煤气为原料合成氨的成本明显低于天然气和无烟煤，具有显着的经济优势。③甲醇的合成甲醇是重要的化工原料，是生产甲醛和农药的原料，还可用作有机萃取剂和醇变性剂。广泛应用于农药、医药、木材加工、纺织、染料、涂料等领域。作为生产甲醇的原料，是焦炉煤气的重要用途之一。我国甲醇生产企业近70家，年生产能力1300万吨/年。以焦炉煤气为原料生产甲醇时，通过对煤气进行深度净化，满足催化剂催化反应要求，采用焦炉煤气高效多元复合技术。生产工艺原理是将焦炉煤气中的甲烷和多碳烃转化为氢气，一氧化碳在催化剂的催化下生成甲醇。按甲醇合成方法，按合成压力，甲醇催化合成可分为高压法、中压法和低压法。中国企业主要采用低压法合成甲醇。甲醇合成塔反应产生的热量可副产中压饱和蒸汽，在甲醇分离器中进行气液分离，分离出气体。粗甲醇作为吹扫气经醇洗塔洗涤回收后进入燃气系统;分离液通过闪蒸罐分离成闪蒸蒸汽，得到粗甲醇。由于粗甲醇中含有一定量的杂醇，需要进一步精馏才能得到精甲醇。本工艺采用多塔精馏工艺，将轻组分在预精馏塔中脱除后形成的甲醇液由进料泵加入。加压进入加压塔，塔顶输出的甲醇蒸汽进入常压塔再沸器，甲醇蒸汽二次蒸馏的冷凝热作为常压塔的热源，常压产生的甲醇液塔再沸器加压进入加压回流罐，其余经冷却器冷却至40℃，为合格品。④天然气生产以焦炉煤气为原料生产天然气是一项新兴的利用技术。其工艺原理是对焦炉煤气进行压缩、预处理和甲烷化提纯，然后通过气体分离、干燥提纯和低温液化工艺生产天然气。据我国相关数据显示，我国现有焦炉煤气生产天然气厂25家，总产能超过30亿立方米/年，约占焦炉煤气产量的30%。

三、加强焦炉设备检修相关对策

1.结合在线监测技术

在实际的轴承维护过程中，需要注重径向和轴向游隙的准确测量和计算。由于焦炉辅助设备出现问题的主要原因是损坏和振动，也可以结合现代化设备，利用在线监督检测相关技术，实现对运行的具体变化的准确判断。首先要做好相应设备的巡检工作，每次发射前，要制定相应的巡检计划，有针对性地安排和检查焦炉受热面，并根据设备的实际情况确定合适的检查计划和检查。这样，保证通过现代网络管理系统的合理应用，实现对设备维修结果的定期监督和评估，实现诊断系统的修正，确保焦炉设备正常运行，可以进一步优化。其次，在实际检查中，如果发现一些明显的故障，要立即详细检查通风系统不同部位的阻力，尽量将风道阻力设置得尽可能短，避免安装一些不必要的挡板在通风口。同时，要尽量避免在气流速度比较大的区域安装支柱，这样会导致气流遇到障碍。另外，磨煤机在运行过程中要特别注意，为保证在小电流条件下也能运行，加球时需要减少焦炉的启停频率，以及相应的齿轮损坏检查、间隙测量工作，为焦炉更安全、更稳定的运行提供了一定的支持。

2.重视检修安全管理

针对焦炉维修工作中存在的问题，要在准确了解维修问题原因的基础上，做好相应的安全管理工作，确保维修工作能够更加顺利地进行，为更好地保障焦炉作业安全提供支持。首先，维修人员在实际进行工作之前，需要审核相应的安全准备是否已经落实，比如是否有断水、断汽等;污水照明电压是否合适;维护所需的工具是否准备好等，这样可以确保通过完善相应的准备工作来避免可能出现的危险问题。其次，在维修工作的实际过程中，要保证炉外有专人监控，这样才能保证一些突发事件能够得到有效处理，迅速采取相应措施，缩小范围的危险。同时，为了保证检修工作的安全，进入焦炉转鼓和炉膛前要保证足够的通风，使检修人员有足够的氧气呼吸。最后，在进入大炉进行维护工作的过程中，要佩戴相应的安全帽、防风眼镜等，防止细灰进入眼睛。同时，对于一些可旋转的挡板、灰门等，一定要注意是否能承受维修人员的重量，以免因跑偏而损坏维修人员的人身安全。

3.科学进行设备维护保养

在进行设备检修工作的同时，也要及时进行设备检修工作，保证检修工作的科学性和有效性，从而确保能够更有效地避免焦炉设备的故障。焦炉设备更安全，为稳定运行提供一定的支持。首先，对于设备维修工作，需要按照大修和小修的相关工作标准执行。大修主要是指全面系统的维修工作，包括定期检查设备系统、零部件等。实验鉴定等。一般情况下，由于大修工程工作量大，需要使用多种设备，成本也比较高。小修主要是对容易磨损的部位进行定期检查，重点检查包括受热面、全阀门等，以确保有效避免安全事故。其次，对于焦炉的检修工作，要落实主动发现缺陷、主动消除缺陷的工作。同时，即使是同一个焦炉，由于使用时间的不同，焦炉的状态也会受到燃烧条件、工艺、工作量的影响，会有不同程度的磨损。因此，有必要对相应的热力系统进行维护工作。这样就保证了通过有效的巡检工作，能够及早发现并及时解决安全隐患，确保焦炉运行更加安全。最后，在维护过程中，要注意监控手段的科学性和合理性。通过集成现代计算机维修相关系统，将相应的维修档案形成电子数据，及时上传至设备管理系统。这不仅可以为焦炉设备的后续维护提供数据支持，还可以实施有效的信息化管理，提高设备维护效率，保障焦炉运行的稳定性。

四、天然气制甲醇工艺流程及其控制研究分析

1.精馏工艺及控制分析

粗甲醇的热处理是重要的精馏工艺之一。在加热甲醇的过程中，首先送入预塔进行处理，严格控制加热温度使其达到沸点，进行气液分离处理，分离液应始终保持沸腾状态，因为甲醇是轻馏分，主要存在于塔顶，而塔前塔顶的量相对较少。为防止浪费，可用作转化处理的燃料。甲醇进入精馏塔后，为保证甲醇精馏过程的成功，需要对各个工艺进行改进，以降低能耗和生产成本。节能工艺主要是对蒸馏塔串联处理，因为大部分甲醇在没有较高温度的情况下进行蒸馏，在蒸馏塔上形成热源，对热能的利用效率具有重要意义。在蒸馏塔顶部冷凝后可生成甲醇产品。在这种特殊情况下，甲醇产品的整体质量较高，可以进一步提高甲醇的产量。在这个过程中，甲醇产量占总产量的一半以上。节能精馏工艺有利于提高甲醇产品的质量和收率，但同时也会产生废水。通过水循环预塔的抽提和后续的汽化处理，可以实现卤水的循环利用，达到废水零排放的目标。具有高节能型。甲醇精馏处理有很多重要的工艺环节。在实际的精馏过程中，影响甲醇质量和产量的因素很多，包括流量因素、温度和压力因素。为防止不利因素造成的影响，确保天然气甲醇生产具有较高的效率，必须做好温度控制。有关人员要科学控制参数，注意抽检工作，更好地了解甲醇质量。有条件的，必须每天对甲醇进行取样检验，同时做好记录。为确保甲醇质量达标，应严格遵守相关操作规程，防止出现各种问题。在甲醇蒸馏过程中，严格控制塔顶温度在合理范围内，以提高甲醇浓度。与其他国家的甲醇生产工艺相比，我国甲醇企业规模较小，阻碍了甲醇生产的效率。为更好地控制生产质量，应积极借鉴先进工艺流程，将反应压力控制在一定水平，期间增加甲醇含量，保证其转化率在60%以上。

2.天然气制甲醇的转化工艺

在甲醇生产过程中，天然气制备比例不断提高。与发达国家的80%相比，我国天然气与甲醇的比例约为35%。因此，应不断优化工艺流程，提高我国天然气制备比例，其中转化工艺最为关键。要做好各项参数的控制，确保天然气制甲醇的成功率。一般来说，天然气转化分为直接转化和间接转化。间接转换比较常见，可以保证良好的转换效果。天然气间接转化为甲醇的主要原理是蒸汽裂解原理，通过碳氢比合成相应的生产原料。目前，随着科学技术的不断发展，间接转化技术也不断成熟和完善，但同时也存在一定的不足，直接转化法可以改善生产过程中的缺陷，能耗比较小，节省了实际运行的消耗成本。在天然气制合成气的过程中，会出现二氧化碳和一氧化碳不足的问题，影响转化效率。为了防止这个问题，使用了二氧化碳蒸汽重整法。为了满足合成气的需要，也可以通过两段重整法将整个转化过程分为两段。首先，对天然气进行蒸汽重整，这是一个蒸汽催化重整过程。在重整过程中，充分考虑了催化剂积碳的影响，合理控制水碳比，与炉管壁温度密切相关。通常应严格控制水碳比在一定范围内，逐步降低甲烷裂解脱碳率，防止积碳的发生，还应合理控制原材料的质量，确定质量范围。为保证管壁温度，需要控制好天然气的氧化反应，防止甲烷裂解和脱碳的发生，不断提高反应温度，控制甲烷滞留量，实现转化。在此过程中，剩余物质完成反应，可以保证天然气生产的有效性。提高甲醇的有效气体组成具有重要意义。为保证甲醇制备的有效气量，需要在制备过程中对温度和流速进行观察和监控。如果出现异常情况，需要及时调整。抽样工作非常关键。采样过程中如有相关问题，及时报告。例如在采样CH4、CO、CO2等时，做好样品的实验室分析工作，为下一步的准备工作提供参考。

五、结语

目前，甲醇市场供需基本保持平衡状态。甲醇作为其他下游产品的中间体，仍有较高的市场需求。随着工业化水平的不断提高，甲醇生产技术仍不能适应社会发展的要求，自動化程度较低。目前，国内煤化工项目基本依靠国外技术和设备完成生产，我国自主研发能力有待提高，为更好地提高生产效率，节约能源，满足甲醇生产工艺的技术要求，需要积极引进国内外先进工艺技术，因地制宜进一步改进优化生产工艺，并降低投资成本，减少并有效提高生产效率。

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