水煤浆气化制甲醇装置变换工段工业运行分析

水煤浆气化制甲醇装置变换工段工业运行分析

张言村 薛蓓

陕西长青能源化工有限公司 陕西宝鸡 721000

摘要：利用水煤浆气化制甲醇时会有一些副产物，需要对副产物进行反应处理，对于这些工序可以进行变换以达到最优的反映效果以及经济效益，对于装置变换后选择的副产品也可以进行改进，由中压蒸汽变为高压蒸汽虽然前期会增加投入，但是这些投资在一年多就可以收回然后持续产生经济效益，整体来说是值得投入的。

关键词：水煤浆气化；变换；换热网络集成；流程模拟

前言：

在水煤浆气化制甲醇装置中，一氧化碳变换工段的目的是调整合成气的氢碳比。粗合成气中的一氧化碳含量和水气比都很高，变换反应和冷却变换气/

非变换气放出的热量很大。有效利用煤制甲醇装置变换工段的工艺余热，是降低煤制甲醇装置能耗的关键点之一。本文对水煤浆制甲醇装置的变换工艺流程进行计算分析，并利用夹点技术对变换工艺换热网络进行了优化，提出了副产高压蒸汽和低压蒸汽的工艺余热利用方案，并对其可行性和经济效益进行了论证。

1、一氧化碳变换工序简介

1.1变换工序的作用

1.1.1调整氢碳比

使用水煤浆气化制造甲醇其中氢碳元素的理论比为二比一，但是由于反应不充分一般来说工业生产上采用的比例为2.05：1，而在水煤浆气化制造甲醇中调整工序就是为了调整粗合成气中氢气与一氧化碳的比例，水煤浆气化制甲醇的生产反应中，会产生一定量的硫元素以及硫化物，这些硫化物会产生污染造成很大的危害，而变换生产工艺将氢化反应放在后边与将硫化物反应生成无污染无危害的硫化氢，更加安全环保。

1.1.2回收利用工艺余热

水煤浆气化制造甲醇的工艺中，气化炉产生的水煤气中的一氧化碳含量偏高，为了满足甲醇合成时的反应配比，需要将一部分的一氧化碳与水蒸气进行催化反应生成二氧化碳以及氢气，在此过程中会产生很多的能量，根据能量转化的原理，降低反应温度可以促进该反应向正方向移动，更容易发生反应生成二氧化碳，但是较低的温度会降低反应速度；而升高反应温度则会提高反应速率，但不利于一氧化碳的转化，所以针对这一反应工序需要合理的安排反应温度，保证反应速率与一氧化碳的转化比率，所以在该工序进行处就需要设计余热回收流程，在调整碳氢比例的同时也能够对余热进行利用，有效的达到节约能源的目的。

1.2一氧化碳变换催化剂及使用条件

一氧化碳比较稳定，在反应是需要使用固体催化剂，煤制甲醇装置通常采用耐硫一氧化碳变换工艺，所用的催化剂通常为钴-钼系耐硫变换催化剂。许多典型的催化剂都可以在高水气比、高压、高硫和高温下使用，可以是用于生产工序中。

1.3变换工序工艺流程

水煤浆制甲醇装置变换工序一般采用单级-中温-部分耐硫变换工艺技术。在生产过程中，一部分粗煤气与反应后的变换气换热达到一定温度后进入反应器，在催化剂的作用下开始进行反应，该反应为放热反应，反应后气体温度会有较大的提高。高温的反应气体需要经过过热器和中压废锅回收高位热能。排出的气体温度会有所降低，再与部分未参与变换反应的煤气混合之后继续对余热进行回收利用，继续降低温度，最后通过水冷使工艺气达到正常温度并用水洗将氨去除后就可以进入下一工段。调整变换气与非变换气的比例可以控制出变换工序合成气的氢碳比。

2、变换工序换热网络优化

2.1换热网络分析

在水煤浆制甲醇装置变换工序的过程中，会发生化学反应产生大量的余热，对这些能量进行利用可以有效的达到节能环保的目的。反应中的余热可以用来加热废锅以及一些其他的副产品，通常利用高温去副产蒸汽，较高温时用于加热锅炉给水或脱盐水，这样可以有效的减少能量的浪费，同时也可以减少降温时水冷的能量消耗，提高工艺余热的利用率。

2.2换热网络优化

2.2.1改副产中压蒸汽为副产高压蒸汽

大型煤化工厂高压煤锅炉产出的副产物一般为中压蒸汽，而如果提高变换反应器的温度可以产出高压过热蒸汽，这时候反应容器内的温度仍是催化剂的反应温度，并不影响身产中的反应效率以及结果，但是产出高压过热蒸汽可以更加有效的利用余热，同时也可以有效的提升副产物的经济效益，但是需要改进反应炉，提高前期的投入，但整体上来说还是收益远大于投入的。

2.2.2优化流程的主要设备变化

在改变副产物的时候首先需要改变反应容器的温度，反应温度需要从四百六十摄氏度提高至伍佰壹拾摄氏度，对此反应容器的材质以及厚度都要随之调整，以年产一百八十万吨的水煤浆气化制甲醇装置为例，设置变换工序两台反应容器，在提高反应器温度改进副产物的时候，需要改进反应容器增加造价约为一千九百万元；其次是需要改变换热器，在改变副产物为高压蒸汽后，部分换热器的传热温差变小了。为了保证其传热性能需要增大其换热面积，在计算后增加造价大约为一千六百万元。

2.2.3效益分析

对于不同的工厂来说，蒸汽的价格是不一样的，高压中压低压蒸汽的定价是不同的，但是整体上相差并不多，根据市场上不同工厂的定价进行综合分析，取平均价计算副产物由中压蒸汽改到高压蒸汽的收益，可以增加年收益大约三千万元，前期投入大约增加叁仟伍佰万元，这些增加的投入在一年多就可以收回进而产生经济效益。

3、结论

水煤浆气化制甲醇装置为了调整其中的碳氢比就需要调整反应工序，在调节工序后也已有效的改进反应过程，同时在处理生产副产物的时候会产生大量的余热，对这些热量进行循环利用不仅既能环保，还可以生产副产物制造经济效益，这些副产物的经济效益也是收益中非常重要的组成，为了得到更高的经济效益，可以改进反应工序，将中压蒸汽转变成生产高压蒸汽，这样虽然需要改进反应炉与换热器，投入更多的资金，但是产出的副产物经济收益也会有极大的提高，一般来说增加的投入一年多就可以收回进而制造持续收益，所以转换工序改进副产物是非常值得的。

参考文献：

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