甲醇装置转化炉前补碳技术分析.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7期2023年7月在通过前补碳技术对甲醇装置转化炉进行改造的过程中,首先需要对原始的项目概况及其实际改造需求做到全面明确,并充分掌握前补碳技术的主要原理。然后以此为依据,将前补碳技术合理应用到具体的改造项目中。1 项目概况某甲醇生产企业中的甲醇装置为20世纪末期常用的天然气蒸汽转化装置,其主要技术包括炉前饱和减湿技术以及炉后补碳技术。此甲醇装置的主要组成部分有两个:甲醇装置,该装置的反应原料是天然气,经一段蒸汽转化处理、
2、低压合成处理以及三塔蒸馏处理之后,便可完成甲醇的生产工作。制氢装置,将甲醇转化气用作氢气制备的原材料,通过变压吸附技术来进行氢气制备,这样不仅可以有效降低甲醇合成过程中的氢碳比,同时也可以带来更多的经济效益与环境资源效益。在该装置附近设置了一套氨合成装置,但是与其配套的醋酸装置规模只有20万 t,该装置不能将合成氨装置中生产的所有 CO2消耗掉。为有效解决原来装置运行中的资源浪费问题,让甲醇装置中的氢碳摩尔比得到科学调整,以此来提升装置中的甲醇产量,本工作决定通过前补碳技术来进行该甲醇装置转化炉的优化改进。2 甲醇装置转化炉前补碳技术的主要原理及其改造技术分析2.1 补碳化学反应前补碳技术,就
3、是将适量的 CO2添加到原料天然气中,让甲醇的转化及其合成反应进程得到科学改进,并使其中的气体成分得到合理调整,从而实现天然气到甲醇转化反应过程的进一步优化。对于甲醇生产而言,前补碳技术主要在两个化学反应步骤中具有显著的影响作用,其一是天然气的蒸汽转化,其二是甲醇合成。在天然气蒸汽转化中,主要可通过两种方式来优化其气体成分,第一是控制转化气体的氢碳摩尔比,第二是控制转化气体中的 CO2占比。相比较前补碳技术而言,原来装置中的后补碳技术可将 CO2用作原料组分,使其参与到转化过程中,并生成足够的 CO,从而让甲醇合成具有更高的收率1。在甲醇合成中。主要的化学反应式如下。CO+2H2 CH3OH(
4、1)CO2+3H2 CH3OH+H2O(2)通过上述合成反应可知,在甲醇合成中,H2和CO 的摩尔比是2,H2和 CO2的摩尔比是3。要想确保 CO 以及 CO2比例的合理性,具体合成中,需要结合实际的反应条件和催化剂特征来加以调整。适量的CO2可使铜基催化剂条件下的甲醇合成具有更高的反应速率,且能够显著提升其催化剂活性;但是如果加入了过多的 CO2,则会使粗甲醇具有更高的含水量,从而导致压缩机生产能力下降,单元能耗也会由此增加。就理论而言,天然气到甲醇转化反应中的氢碳摩尔比需要超过2,前补碳技术条件下的转化气体内氢摘要:以某甲醇生产企业中的甲醇装置转化炉改造项目为例,对前补碳技术在其中的应用
5、进行分析,以及甲醇装置转化炉改造项目概况、前补碳技术的主要原理及其改造技术、前补碳技术在本次改造项目中的具体应用分析。关键词:甲醇生产;甲醇装置转化炉;转化炉改造;前补碳技术中图分类号:TQ223.121文献标志码:B文章编号:10036490(2023)07000103Analysis of Carbon Filling Technology of Methanol ConverterCui Li-gangAbstract:The paper takes the conversion furnace transformation project of a methanol plant in
6、a methanol production enterprise as an example to analyze the application of the former carbon supplement technology in it.Including the overview of the methanol plant converter transformation project,the main principle of pre-carbon supplement technology and the specific application analysis of pre
7、-carbon supplement technology in this transformation project.Keywords:methanol production;methanol plant converter;converter transformation;before carbon supplement technology甲醇装置转化炉前补碳技术分析崔利刚(大庆油田化工有限公司生产运行部,黑龙江大庆 163453)收稿日期:20230416作者简介:崔利刚(1978),男,河北容城人,工程师,主要从事生产运行、工艺技术等工作。煤化工与甲醇化 工 设 计 通 讯Coal
8、 Chemical MethanolChemical Engineering Design Communications2 第49卷第7期2023年7月碳摩尔比需控制在2.12.3,氢碳摩尔比主要通过加入 CO2的量来控制,其加入量通常控制为20%左右即可2。在转化气体里,可通过控制转化反应条件来控制CO2的占比。镍触媒条件下,混合了 CO2的蒸汽与天然气将会产生吸热反应,以下是其主要的化学反应式。CH3+H2O CO+3H2-Q H 0298=206.29 kJ/mol(3)CH3+2H2O CO2+4H2-Q H 0298=165.27 kJ/mol(4)CO2+H2 CO+H2O-Q H
9、 0298=-41.19 kJ/mol(5)CO2+CH4 2CO+2H2-Q H 0298=247.30 kJ/mol(6)其中的式(5)和式(6)是 CO2参与的主反应。根据热裂解机理以及氧化还原机理,式(5)属于逆变换反应,其反应条件为高空速、高温,在催化剂作用下,此种反应具有很快的蒸汽转化速率;同时,在内扩散的控制作用下,通过膜扩散速度调节,便可控制其催化剂活性。另外,催化剂的活性和其几何外表面积具有密切关系,外表面积越大,催化剂活性越强。因此,令式(5)和式(6)正向反应速度加快是此反应参数的关键优化措施。2.2 甲醇合成反应针对甲醇的合成反应,相关研究者普遍认为,其铜基催化剂里的活
10、性组分为 ZnO 和 Cu+所组成的固融体,将 CO2用作弱氧化剂,使其和 H2以及 CO 在同一类活性中心吸附,经大量实验研究发现,当 H2/CO/CO2的摩尔比控制为70/28/2的情况下,其反应速率可达到最高。经上述反应机理可进一步推断出,在 CO 以及CO2均参与到甲醇合成反应中时,若采用前补碳技术,则需要对 CO 和 CO2的体积分数加以合理控制,这样便可让甲醇合成反应得到合理优化。同时。前补碳技术对于转化反应也具有较大影响,具体应用中,温度和反应物浓度等反应条件都将产生变化3。而通过该反应模型的合理优化,则可以让合成塔中的反应气体成分得到科学调整,从而实现甲醇产量的进一步提升。2.
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