焦炉气制合成气工艺选择

第3期杨泳涛等:焦炉气制合成气工艺选择焦炉气制合成气工艺选择杨泳涛,郭金回,肖华送(成都市通用工程技术有限责任公司,四川成都610041)摘要:介绍了焦炉气的典型组成和可用于焦炉气制合成气的工艺。详细阐述了焦炉气非催化部分氧化制合成气装置的工艺流程,并指出了其优缺点关键词:焦炉气;焦炉煤气;重整;非催化部分氧化;合成气中图分类号:TQ522.61文献标识码:文章编号:1001-9219(2014)03-63-031焦炉气条件气、合成油等,也可提取甲烷或合成天然气制LNG我国的煤炭资源比较丰富,也是世界的焦炭生产大焦炉气,又称焦炉煤气,是焦化产业主要的副产品之一。其成分除含有大量的H2、CH4外,还有国,加强对焦炉气的综合利用,不仅可降低企业运COCO2、N2、O2等组分,典型的焦炉气组成如表行费用和生产成本、提企业高竞争力,同时可减轻焦化行业对环境的污染。所示。2焦炉气制合成气工艺表1典型的焦炉气成分表以焦炉气为原料制取合成气,主要是将焦炉气中的甲烷以及其它烃类转化成H2和CO,其工艺按p%56010-1020410340252512005100其化学反应可分为蒸汽转化法和部分氧化法两大类除上述成分外,焦炉气中还含有大量的杂质,21蒸汽转化法如HS、COS、CS2、HCN、NH3、噻吩、硫醇、硫醚、萘、蒸汽转化是指烃类与水蒸气生成H2、CO以及苯、焦油等。一般情况下,焦化厂会设置化产回收装CO2的反应,目前各种烃类蒸汽转化工艺流程的差置对焦炉来的荒煤气进行除尘、除焦油、脱硫、脱异主要体现在转化和热回收两个步骤,可分为一段氨、脱苯等处理。经过化产回收装置处理过的焦炉转化和两段转化。一段转化法是将原料气经过一个气中,主要含有焦油、萘、有机硫、无机硫等杂质,典蒸汽转化炉而制得合成气,蒸汽转化过程中,烃类型的杂质组分如表2所示。在转化管内发生剧烈的吸热反应,反应热由炉管外表2焦炉气杂质成分表燃料的燃烧供给。由于一段转化需承受高温、高压尔质组分ILS有机硫茶焦油1尘N等苛刻条件,因此对转化炉管材质的要求非常高转化炉结构复杂并且非常庞大,投资非常高。同时军:mgm≤225::10≤1乐202000-4:39m0由于一段转化炉热效率较低,因而一段转化工艺能耗高、焦炉气消耗高。焦炉气是很好的气体燃料和化工原料,净化后由于一段转化工艺中转化炉出口的合成气中的焦炉气除可用作城市燃气外,还可作为生产合成的CH1含量较高,因此将原料气先经过一段转化炉气(CO+H2)的原料,进而制造甲醇、合成氨、提取氢后,再经二段转化炉用纯氧进一步将剩余的CH4进行深度转化,此法即为两段转化法。两段转化法又可分为以下两种①传统中国煤化工艺收稿日期:2014-05-20;作者简介:杨泳涛(1966-),女,高级工在传统程师、注册化工工程师,学士,从事化工工艺设计工作,电话CNMHG含纯氧二段02885532268-8206,电邮 covet@ cdtvet, con。转化炉,使出一段转化炉含CH4气体进入热效率接天然气化工(C1化学与化工)2014年第39卷近100%的绝热式二段转化炉进行CH4的深度转干基)约0.6%。化。在二段转化炉的炉头区域内,O2与H2发生燃烧由于硫是转化催化剂的毒物,因此焦炉气进转反应放出大量的热量,为CH深度转化提供足够的化炉前须经干法脱硫。焦炉气干法脱硫采用铁钼催热量,使CH4体积分数进一步降低至0.5%以下。由化剂加氢转化,使有机硫转化为HS,然后用吸收法于燃烧掉部分H2并生成部分CO,使得合成气中将HS脱除。HC比值趋于合理②非催化部分氧化法段转化串纯氧二段转化工艺将一部分热负非催化部分氧化法的工艺原理与催化部分氧荷从一段炉转移到二段炉,使得一段转化炉的热负化法相类似,只是由于非催化部分氧化炉中无催化荷降低,设备尺寸也相应减少,同时降低了转化温剂,焦炉气进转化炉前不必进行脱硫。度,放宽了转化炉管材质要求。但由于一段转化炉非催化氧化法因无催化剂,转化反应难以进行仍需要燃烧燃料来提供热量,因此该工艺能耗仍然得比较彻底,要做到转化炉岀口残余甲烷含量符合较高,有逐渐被更低能耗的换热式一段转化串纯氧要求,唯一的办法是提高反应的温度,因此该工艺二段转化工艺取代之势氧气耗量很高,转化炉的操作温度更高,这对转化②换热式一段转化串纯氧二段转化工艺炉提出了非常苛刻的要求。换热式转化工艺的流程为:原料气与工艺蒸汽由于经高温转化后,焦炉气中复杂的有机硫的混合气先进入换热式一段转化炉,一段转化炉出(COS、CS2、硫醇、硫醚、噻吩等)已绝大部分转化为口气再进入二段转化炉,并向二段转化炉内加入纯易于脱除的Hs,这极大地简化了后续脱硫的过程,氧,通过H2等气体的燃烧,为CH4深度转化提供必降低了原料气净化成本,这也是焦炉气采用非催化须的热量。出二段转化炉的高温气体经换热式一段纯氧转化的最大优点。转化炉的管间,与管内参与反应的气体发生热交非催化部分氧化工艺主要优缺点见表3。换,从而为换热式一段转化炉管内的气态烃蒸汽转化反应提供必需的热量。出换热式一段转化炉管间表3非催化部分氧化工艺主要优缺点的气体再去废热锅炉等后序设备。该工艺不但具有优点纯氧二段转化工艺将转化气中残余CH4体积分数只術要段转化、流询单,且操作条件苛刻、烧嘴寿无雷昂玻的伴化剂合较短从一段转化的~15%降低至0.5%以下并使H/C比焦妒煤个需芸非常严格的化有效’体(CO值趋于合理的特点,同时由于一段转化所需热量是2处理由二段转化炉出口的高温工艺气体提供,故该工艺投资低毛仅高还具有燃料气消耗比传统纯氧二段转化工艺低的优势3非催化部分氧化工程实例22部分氧化法某焦炉气制合成气装置采用非催化部分氧化部分氧化法是指烃类在氧不足的情况下,不完全燃烧成H和CO的反应,根据有无催化剂又工艺,焦炉气处理量Q2×10ma,其工艺流程简可分为非催化部分氧化和催化部分氧化两种工艺。图如图1所示。①催化部分氧化法催化部分氧化法制合成气,是一种流程短、投资省的生产工艺,在工业上得到普遍应用。催化部分氧化工艺采用圆筒式纯氧转化炉,炉内装二段转化催化剂,炉顶为混合烧嘴。原料气和氧气经加热上打之)第蕊在押写冷部炉预热后分别进入到转化炉的炉头,发生H2部分图1非伴化部兮氢工共溶提简图燃烧反应并放岀大量的热量。燃烧后的高温气体在中国煤化工催化床层发生甲烷与蒸汽的转化反应。转化炉出口来自界外CNMHG后进入焦炉温度为960℃~980℃,出炉转化气中甲烷体积分数气预热器被合成气加热,之后按设定的水碳比配入第3期杨泳涛等:焦炉气制合成气工艺选择水蒸汽,再经加热炉预热后从顶部进人部分氧化表4产品合成气参数一览表炉;来自界外的氧气(q(O2)=99.6%)经加热炉对流段预热,配入少量的保护蒸汽后经加热炉辐射段进C4)y%步加热后,也从顶部进入部分氧化炉。(H12预热后的焦炉气、氧气在部分氧化炉顶部混合,发生H2及CH4与O2的燃烧反应,其燃烧反应焦炉气组gcO)放出的热量使部分氧化炉顶部的燃烧区域温度上9O21%升到约1500℃的极高温度,CH4等烃类在此高温下合计%与水蒸汽发生转化反应,生产CO和H2。编灯气随着反应的进行,炉内温度从上至下逐步降MIa(G)2r/mh低,CH4含量从上到下也逐步降低,到离开部分氧化氧气流量en(O-ymm'-h.炉时混合气体的温度下降到1130℃,甲烷体积分数AcH2:%0.30(干基)下降到0.3%左右。离开部分氧化炉合成气随后依次进入第一废品气组成aCo)%锅、第二废锅回收热量并副产5.3MPa(G)饱和蒸汽,再经焦炉气预热器、锅炉给水预热器回收低位:%热,最后经水冷器冷却至40℃。冷却后的合成气经分离器分出冷凝液后,作为本装置的产品合成气送产品气参数至界外下游装置本装置的焦炉气组分、耗氧量、产品合成气的参考文献组分等参数如表4所示。1]谢克昌,房鼎业.甲醇工艺学M北京:化学工业出版社,2010[2]唐宏青.现代煤化工新技术[M.北京:化学工业出版社,2009Technology selection for reforming of coke-oven gas to syngasYANG Yong-tao, GUO Jin-Hui, XIAO Hua-songChengdu General Engineering Technology Co, Ltd, Chengdu 610041, China)Abstract: The typical composition of coke-oven gas and the processes which could be used for reforming of coke-oven gas tosyngas were described. The non-catalytic partial oxidation process was presented in detail and its merit and demerit were alsoKeywords: coke-oven gas; reforming: non-catalytic partial oxidation; syngas∷333∷∷33∷∷∷∷∷∷∷33∷∷∷3∷∷3∷∷∷∷3∷333333∷∷∷∷动态简莱斯大学开发出突破性的碳捕集新材料途。由于该技术脱除CO2在常温下进行,因此能耗较低,美国莱斯大学的科学家开发了一种新材料,可用于天然出了替代现行的高成本、高能耗的CO2脱除过程的吸引力。气井口有效地分离CO2。这种申请了专利的新型纳米多孔含而其占用空间小,则使之特别适用于海上天然气脱除CO2氮或硫的碳材料可以在常温下利用井口天然气自身的压力制造这种新型固体材料比传统的液体胺基吸收剂廉价、简使CO2聚合,一旦减压CO2又可解聚变为气体释放出来。利单。传统的有机中国煤化常需加热到用这种材料在天然气井口即可简单方便地分离CO2,而无需140℃,造成能耗子的吸收选择将其输送到专门的集气站进行分离,分离出来的CO2可以直性,吸收量大(可CNMH(环使用性能接回注井下埋藏或用于提高石油采收率,也可销售作其他用不劣化,非常结实耐用和稳定(王熙庭)