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焦炉煤气甲烷化生产工艺控制_张泽凯.pdf
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1、煤化工与甲醇化 工 设 计 通 讯Coal Chemical MethanolChemical Engineering Design Communications 1第49卷第4期2023年4月近些年,甲烷化生产工艺在国内的应用已经比较成熟,尤其在焦炉煤气制液化天然气生产工艺中应用广泛。其中极具代表性的主要有国外引进的丹麦托普索和英国戴维甲烷化工艺,国内西南化工设计院和新地能源工程研究院甲烷化工艺。甲烷化反应属于平衡常数正向减小的强放热反应,原则上低温高压有利于甲烷化的进行。本文主要从焦炉煤气甲烷化生产工艺的温度、压力和浓度等常规控制以及生产异常控制来对其进行探究,以寻求最优的生产控制方法和最
2、安全的应急处置措施。1 焦炉甲烷化生产工艺的优势甲烷化的反应原理,是碳氧化物与 H2在特定催化剂的作用下反应生成 CH4和水,并放出大量热,碳氧化物主要是 CO 和 CO2。甲烷化反应的化学方程式如图1所示。图1 甲烷化反应涉及的方程式焦炉煤气甲烷化生产工艺的优势在于,焦炉煤气组分中 H2含量约为60%,CO 含量为4%7%,CO2含量为2%4%,这为甲烷化反应提供了很好的原料构成。H2的量是富余的,能保证 CO、CO2得到充分反应。如果装置负荷允许,还可向原料气中添加一定量的 CO2,提高 CH4的产出率。当然,甲烷化催化剂对于原料的要求较高,实际生产过程中需要提前对焦炉煤气中的杂质进行脱除
3、,尤其是硫化物等易导致催化剂中毒的物质。焦炉煤气甲烷化,一般采用合成反应器和热量回收系统,流程并不复杂。以托普索甲烷化为例,其主要流程由三段绝热甲烷化反应和多段换热冷却构成,辅助系统为 N2循环升温系统、蒸汽系统和凝液排放系统。应考虑催化剂对硫化物的中毒敏感性,在系统前端加设了脱硫反应器,如图2所示。R3 101R3 102R3 103E3 112E3 109E3 108V3 103E3 110V3 102E3 101E3 105E3 106E3 107E3 102E3 103E3 104E3 114E3 113C3 101R3 104图2 托普索甲烷化工艺流程示意摘要:焦炉煤气综合利用,是煤
4、焦化行业的重要价值链。“双碳”背景下,焦炉煤气甲烷化作为焦化行业碳中和的典型路径,是探索、实践节能减排和提质增效的前沿技术,必将为绿色循环低碳高质量发展作出重大贡献。基于此,主要从焦炉煤气甲烷化生产工艺的优势,探究其控制要素,以优化甲烷化工艺设计及系统改造。关键词:焦炉煤气;甲烷化;碳中和;控制中图分类号:TE665.3;TQ426文献标志码:B文章编号:10036490(2023)04000103Controlling Based on Methanation Producting Process of Coke Oven GasZhang Ze-kaiAbstract:Comprehens
5、ive utilization of coke oven gas is the important value chain in coal coking industry.methanation process of coke oven gas is the typical path of carbon neutral on carbon peaking and carbon neutrality policy.As the cutting-edge technology of exploring and praticing energy conservation and emission r
6、eduction,it must make a significant contribution for green,circular,low-carbon,high-quality development and improving quality and efficiency.This paper mainly analyses the controlling elements of methanation producting process of coke oven gas according to its advantage and my working experience for
7、 many years,expects to supply some reference value for methanation process designning or system improving.Keywords:coke oven gas;methanation;carbon neutrality;controlling焦炉煤气甲烷化生产工艺控制张泽凯(贵州盘江电投天能焦化有限公司,贵州盘州 553531)收稿日期:20230207作者简介:张泽凯(1989),男,贵州遵义人,助理工程师,主要从事危险化学品安全生产管理工作。煤化工与甲醇化 工 设 计 通 讯Coal Chem
8、ical MethanolChemical Engineering Design Communications2 第49卷第4期2023年4月2 甲烷化生产工艺的温度控制低温有利于甲烷化反应的正向进行,故在条件允许的前提下,应尽量控制反应器床层在较低温度。当然,也不是说控制温度越低越好,这有两方面的影响因素存在。催化剂具有一定的起活温度,只有床层温度大于催化剂的起活温度,催化剂才能具有活性,促进甲烷化反应。某些催化剂中重金属活性组分,在低温下易与原料气中的 CO 发生羰基化反应而中毒,如 Ni 在200以下就会和 CO 反应生产 Ni(CO)4。温度控制过高,对甲烷化反应的影响不利于放热反应的
9、正向进行,影响甲烷化的效率;温度过高,会发生析碳副反应,CO、CH4析碳后的碳粉附着在催化剂表面,甚至堵塞催化剂孔隙,严重影响催化剂活性,这就是常说的催化剂烧结。综合考虑,对于焦炉煤气甲烷化的工艺,应合理控制其温度在200600。以上分析可以得出,在系统开车前,需对甲烷化工艺系统进行升温操作。一般采用循环升温的形式,以 N2作为介质,用蒸汽加热或电加热的方式进行。切忌使用焦炉煤气作介质,以防催化剂在200以下中毒失活。当然,具体温度要升到什么程度,还得取决于选用催化剂的性能要求。同样,甲烷化系统停运后,若短时间内不重新开车,应及时用 N2将系统置换干净,用 N2维持微正压。生产过程中,甲烷化生
10、产工艺的温度控制,应该综合考虑进口温度控制和出口温度控制两方面。进口温度控制,主要是为了保证原料气温度在催化剂最佳起活温度以上。先利用出口合成气来对进口新鲜气进行预热,再利用蒸汽加热器或电加热器对预热后的新鲜气进一步加热,最后通过调整循环气的温度来控制进入甲烷化反应器原料气的温度。一般情况下,预热换热器和循环气的温度可以设置成自动调节,以维持进入反应器的原料气温度稳定。对于出口温度的控制,主要通过及时回收甲烷化反应放出的热量,减少热量堆积,便于甲烷化反应正向进行。化工生产中,通常使用废热锅炉回收大量的热量以生产中压蒸汽,既回收了反应热,又得到了副产品,达到了能量循环利用的效果。其余少量的热量,
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