焦?fàn)t氣的生產(chǎn)工藝與技術(shù)路線的選擇.docx

專業(yè)化工市場與投資顧問 焦?fàn)t氣的生產(chǎn)工藝與技術(shù)路線的選擇2.1 焦?fàn)t氣組成與凈化2.1.1 焦?fàn)t氣成分焦?fàn)t氣是焦炭生產(chǎn)過程中煤炭干餾后產(chǎn)生的氣體。干餾溫度一般為550650，氣體成分非常復(fù)雜，除含有H2、CO、CO2、CH4、N2、O2、CnHm外，還有大量的H2S、COS、CS2、HCN、NH3、噻吩、硫醇、硫醚、萘、苯、焦油，典型的焦?fàn)t氣成分見下表。表2.1 焦?fàn)t氣的成分組分H2CH4CnHmCOCO2N2O2H2S /mg.m-3有機(jī)硫/mg.m-3含量/%58.0026.002.506.002.704.000.763002502.1.2 焦?fàn)t氣的凈化在焦?fàn)t氣凈化過程中，除去粗煤氣中的焦油霧、水氣和各種雜質(zhì)得到凈煤氣、煤焦油、粗苯(或輕苯和重苯)、硫酸和無水氨(或硫酸銨)等。2.1.3 工藝流程因焦?fàn)t氣成分的不同，以及對氣體凈化深度要求的不同，焦?fàn)t氣的具體凈化工藝有15種以上。一般焦化廠的流程設(shè)置，只對H2S、NH3、萘、苯、焦油有一定的要求，對其他雜質(zhì)不進(jìn)行控制，焦化廠的常規(guī)流程是焦?fàn)t氣經(jīng)過冷凝鼓風(fēng)、電捕、脫硫、脫氨、脫苯，送出界區(qū)。作為生產(chǎn)甲醇和甲烷的原料氣，除需要脫除H2S、NH3、萘、苯、焦油外，還需將CO2、CS2、噻吩、硫醇、硫醚脫除，否則后續(xù)的催化劑就會中毒。因此，焦?fàn)t氣制甲醇和甲烷工藝中焦?fàn)t氣凈化的首要工作是脫硫。焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化為合成氣的催化劑同天然氣轉(zhuǎn)化催化劑類似，對焦?fàn)t氣中的總硫要求可以是10106。另外焦?fàn)t氣中的烯烴、長鏈烷烴含量不能過高，否則會在轉(zhuǎn)化催化劑表面發(fā)生析炭反應(yīng)，堵塞催化劑的有效孔隙及表面活性位，使催化劑活性降低。因此，硫的脫除及加氫，是焦?fàn)t氣凈化的主要任務(wù)。國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)了對焦?fàn)t氣中有機(jī)硫的加氫脫硫技術(shù)，但是硫醇、噻吩的加氫轉(zhuǎn)化率還不能滿足后續(xù)轉(zhuǎn)化催化劑，而甲醇合成催化劑對硫的要求為0.1106，還需另加精脫硫工藝。國內(nèi)有機(jī)硫加氫催化劑還需要改進(jìn)，另外也要對焦?fàn)t氣中的氯含量引起足夠的重視。2.2 焦?fàn)t氣合成甲醇工藝焦?fàn)t氣制甲醇工藝流程簡圖見下圖。圖2.1 焦?fàn)t氣制甲醇工藝流程簡圖2.2.1 純氧催化部分氧化工藝焦?fàn)t氣催化純氧轉(zhuǎn)化工作原理:焦?fàn)t氣中的氫氣首先與氧氣在轉(zhuǎn)化爐頂部空間發(fā)生燃燒反應(yīng)，通過燃燒消耗完加入的氧氣后，產(chǎn)生的熱量貯存在混合燃燒氣中，隨即進(jìn)人轉(zhuǎn)化爐中下部的催化劑床層，借助混合燃燒氣帶人的熱量，烴類與同時從轉(zhuǎn)化爐頂部加人的水蒸氣發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成對甲醇合成有用的H2、CO、CO2組分。圖2.2 催化純氧轉(zhuǎn)化工藝流程2.2.2 純氧非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝焦?fàn)t氣無催化純氧轉(zhuǎn)化工作原理:焦?fàn)t氣與氧氣首先在轉(zhuǎn)化爐上部發(fā)生一次燃燒反應(yīng)，生成CO2和CO，同時反應(yīng)物料溫度急劇升高，隨即進(jìn)人轉(zhuǎn)化爐中下部空間發(fā)生烴類蒸汽轉(zhuǎn)化和變換等反應(yīng)，最終使焦?fàn)t氣中的烴類絕大部分轉(zhuǎn)化為對甲醇合成有用的H2、CO、CO2組分。圖2.3 無催化純氧轉(zhuǎn)化工藝流程2.2.3 工藝技術(shù)比較表2.2 催化部分氧化工藝與非催化部分氧化工藝比較表比較內(nèi)容催化反應(yīng)(固定床反應(yīng))非催化反應(yīng)(氣流床反應(yīng))2.3 焦?fàn)t氣制甲烷的工藝路線2.3.1 工藝路線由于焦?fàn)t氣中的CH4、CO、CO2、C2+含量近40%，氫含量高，將焦?fàn)t氣進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，可以使絕大部分CO、CO2轉(zhuǎn)化成CH4，得到主要含H2、CH4、N2的混合氣體，然后通過膜分離技術(shù)得到甲烷體積分?jǐn)?shù)90%以上的合成天然氣（SNG），再經(jīng)壓縮就可以得到壓縮天然氣（CNG）。對于產(chǎn)量特別大的裝置，還可將甲烷進(jìn)一步液化生產(chǎn)液化天然氣（LNG）。同時，還可以得到清潔能源氫氣(氫氣純度在97左右)，焦?fàn)t氣中的有效組分都可以得到有效的利用。2.3.2 工藝過程焦?fàn)t氣甲烷化制CNG/LNG工藝流程簡圖見下圖。圖2.4 焦?fàn)t氣甲烷化制CNG或LNG工藝流程簡圖2.3.3 工藝技術(shù)比較焦?fàn)t氣制甲醇與CNG的比較見下表。焦?fàn)t氣甲烷化反應(yīng)器操作壓力比甲醇反應(yīng)器低得多，從而顯著降低了體系的壓縮功；且省去空分裝置，節(jié)省投資。因此，根據(jù)不同的目標(biāo)市場，選擇焦?fàn)t氣甲烷化生產(chǎn)CNG，可開辟焦?fàn)t氣利用新途徑，顯著提高能量利用率，并獲得更好的效益。表2.3 焦?fàn)t氣制甲醇和壓縮天然氣對比表項(xiàng)目焦?fàn)t氣生產(chǎn)甲醇焦?fàn)t氣生產(chǎn)SNG-CNG2.4 焦?fàn)t氣的新技術(shù)與技術(shù)進(jìn)展焦?fàn)t氣的技術(shù)發(fā)展主要方向是采用焦?fàn)t氣合成天然氣。杭州林達(dá)公司開發(fā)的是低溫甲烷化制天然氣技術(shù)。與國外技術(shù)相比，林達(dá)的工藝有四方面的優(yōu)勢：一是解決了甲烷化催化劑高溫失活的問題，可以采用國內(nèi)自主開發(fā)的低中溫甲烷化催化劑，大幅降低催化劑費(fèi)用和成本；二是不用大量循環(huán)氣稀釋合成氣中的CO，節(jié)約循環(huán)電耗，提高副產(chǎn)蒸汽量和能量利用率；三是避免了焦?fàn)t氣或煤氣制天然氣中催化劑失去活性而需添加的水蒸汽，減少了能耗；四是以一臺反應(yīng)器取代多臺甲烷化反應(yīng)器