焦炉气生产200kt_a甲醇弛放气联产80kt_a合成氨初步设计方案

氮肥技术

我国目前以焦炉气为原料气生产甲醇的厂家很少，生产能力在１００ｋｔ／ａ以上已投产的仅有两家：上海焦化有限公司，１８００ｋｔ／ａ冶金焦焦炉气生产２００ｋｔ／ａ甲醇（单醇）；山西焦化集团有限公司，１５００ｋｔ／ａ冶金焦焦炉气生产１２０ｋｔ／ａ甲醇（联醇）。国内焦化厂大多数厂家“只焦不化”，作为副产的焦炉气没有得到充分利用。规模较大的焦化厂，焦炉气作为燃料气或城市煤气烧掉；规模比较小的焦化厂则干脆把焦炉气点了“天灯”，既浪费资源，又污染空气。有关资料表明，我国煤炭资源大省山西省，２００３年焦产量超过８００００ｋｔ，排放的焦炉气达２×１０１０

ｍ３

，比“西气东送”工程的

总量还多，但综合利用率却不到１０％。如果能充分利用这些焦炉气，仅山西省每年就可生产

７０００～８０００ｋｔ甲醇。随着国家对环境保护的日

益加强、甲醇生产关键设备（合成塔）国产化能力的提高及甲醇汽油的推广，焦炉气生产甲醇将越来越具有优势。本文以１套２０００ｋｔ／ａ冶金焦副产的焦炉气为原料生产２００ｋｔ／ａ甲醇及其弛放气联产８０ｋｔ／ａ合成氨装置为例，谈一下初步设计方案。

１焦炉气生产甲醇方案

１．１焦炉气成分

（％）Ｈ２４５～６０ＣＯ５～９ＣＯ２２．０～３．５ＣＨ４２２～２８Ｎ２２～３Ｏ２０．１～１．０其他１．５～３．０总硫１～７ｇ／ｍ３

１．２甲醇生产工艺路线

焦炉气经湿法初脱硫后，增压至２．１ＭＰａ，经干法脱硫后进行纯氧转化，转化气回收热量后，进行精脱硫，使总硫降至０．１×１０－６以下，然后增压至５．３ＭＰａ，进行低压甲醇合成。粗甲醇精馏后

得精甲醇。

工艺流程图见图１。

１．３甲醇生产工艺过程特点

（１）焦炉气硫含量高，平均达５ｇ／ｍ３左右，有

机硫含量比其他原料气高。有机硫对铜基催化剂的毒害比Ｈ２Ｓ大得多，对焦炉气进行湿法初脱硫时，选择脱硫剂很重要。不同的脱硫工艺对进脱硫塔原料气Ｈ２Ｓ含量的要求也不同：

ＡＤＡ法

４～５ｇ／ｍ３；

栲胶法

２．５～３ｇ／ｍ３；ＰＤＳ法＜２ｇ／ｍ３；“８８８”法１～１０ｇ／ｍ３。

选用“８８８”法湿法初脱硫，既可脱除无机硫，又可脱除有机硫，有机硫脱除率达５０％～８０％，

为后部精脱硫减轻负荷。

精脱硫是将原料气中的总硫（Ｈ２Ｓ、ＣＳ２、ＣＯＳ）脱至０．１×１０－６以下，可选用湖北省化学研究所研制的常温精脱硫工艺技术。

（２）焦炉气纯氧转化。选用四川天科工程有限公司推出的“纯氧转化”工艺技术，该工艺在催

空分

装置

焦炉气湿法脱硫

甲醇精馏

压缩

干法脱硫

纯氧转化

甲醇合成

精脱硫

压缩弛放气

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焦炉气生产２００ｋｔ／ａ甲醇

弛放气联产８０ｋｔ／ａ合成氨初步设计方案

冯学明

（中吴集团宜化有限责任公司

河北张家口

０７５１０５）

摘

要

简要介绍了以焦炉气为原料联醇和联氨工艺的初步设计方案。关键词

焦炉气

甲醇

联产

初步设计

图１

焦炉气产甲醇工艺流程图

２００６年第２７卷

４

化剂层以上进行燃烧反应，在催化剂层中发生，转化及变换反应：

Ｈ２＋１／２Ｏ２＝Ｈ２Ｏ－Ｑ（１）

ＣＯ＋１／２Ｏ２＝ＣＯ２－Ｑ（２）

ＣＨ４＋１／２Ｏ２＝ＣＯ＋２Ｈ２－Ｑ（３）

ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ＋３Ｈ２＋Ｑ（４）

２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＋１／２Ｏ２＝２ＣＯ２＋Ｈ２－Ｑ（５）

气体到达催化剂床层时，Ｏ２几乎耗尽。“纯氧转化”进行的是自热反应，无需外界供给热量。根据合成甲醇气体成分要求［（Ｈ２－ＣＯ２）／（ＣＯ＋ＣＯ２）］及催化剂床层温度变化、转化气甲烷含量调节Ｏ２流量大小。

（３）甲醇合成选用铜基催化剂，采用低压合成工艺。甲醇合成塔可选用南化机制造的管壳式合成塔，其Φ４．０９ｍ，塔的设计能力为２００ｋｔ／ａ，现已在上海焦化有限公司使用，其结构特点为：①管壳式结构；②集反应器与废热锅炉于一体；③转化率高；④循环量低。

（４）合成气及循环气采用蒸汽透平驱动离心式压缩机，可大大节省电力。

（５）循环气与新鲜气比例为（４．５～５）∶１。

（６）甲醇合成弛放气和空分装置的Ｎ２联产合成氨。

２甲醇弛放气联产合成氨方案

２．１弛放气、新鲜气中惰性气体含量

甲醇联产合成氨，甲醇合成不是生产的终端，甲醇分离器后惰性气体可控制在１０％～１５％左右，弛放气量

Ｖ放＝（Ｖ新×Ｉ新）÷Ｉ放

式中Ｖ

放、Ｖ

新

——

—弛放气、新鲜气量，ｍ３／ｈ；

Ｉ放、Ｉ新——

—弛放气、新鲜气中惰性气体含

量，％。

甲醇新鲜气、弛放气成分含量如表１。其新鲜气和弛放气流量分别为５７５００ｍ３／ｈ和２８７５０ｍ３／ｈ。

甲醇生产一般要求：（Ｈ２－ＣＯ２）／（ＣＯ＋ＣＯ２）＝２．０５～２．１，以焦炉气为原料联醇生产，本方案（Ｈ２－ＣＯ２）／（ＣＯ＋ＣＯ２）控制在２．４左右。

２．２合成氨生产工艺流程

甲醇弛放气和空分装置生产的氮充分混合后，进入低变炉进行ＣＯ变换，然后进行脱碳。脱碳气含有微量的ＣＯ２、ＣＯ，加压至１１ＭＰａ进行甲烷化，出甲烷化炉后，加压至１５ＭＰａ进行低压合成，弛放气去氢回收。流程示意图如图２。

２．３物料衡算结果

（１）补充Ｎ２量

根据甲醇弛放气体成分及甲醇合成反应式计算得：补充Ｎ２量约为５０９０ｍ３／ｈ；合成氨原料气量为３３８４０ｍ３／ｈ。

（２）氨产量

吨氨消耗原料气定额值３３００ｍ３

氨产量１０．２５ｔ／ｈ

年产量８０ｋｔ／ａ

（３）弛放气补Ｎ２后气体成分（％）如下：

Ｈ２６５．９１ＣＯ２５．７７ＣＯ２．６３

Ｎ２２３．６４ＣＨ４１．５３其他０．５２

（４）以焦炉气为原料生产甲醇联产合成氨时，通常采用稀氨水吸收法脱除ＣＯ２，副产肥料ＮＨ４ＨＣＯ３。

ＣＯ２量按５．５８４ｔ／ｈ计，根据反应式ＮＨ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＝ＮＨ４ＨＣＯ３可计算出：液氨消耗２．１５７ｔ／ｈ，副产ＮＨ４ＨＣＯ３１０．０２６ｔ／ｈ。

如果用碳丙液脱除ＣＯ２，可联产工业级或食品级ＣＯ２４０ｋｔ／ａ。

３结语

（１）以焦炉气为原料生产２００ｋｔ／ａ甲醇，其弛放气可联产８０ｋｔ／ａ合成氨、４０ｋｔ／ａ二氧化碳或

项目Ｈ２ＣＯＣＯ２Ｎ２Ｏ２ＣＨ４其他新鲜气６８．６７２２．１３４．６２．６７０．３１．６３弛放气７７．５４３．０９６．７９１０．１７１．８０．６１

低变炉

甲醇合成

弛放气

脱碳甲烷化合成氨空分装置

Ｎ２

产品ＮＨ４ＨＣＯ３

燃料尾气

氢回收

甲醇工序

弛

放

气

氢

气

稀

氨

水

产品液氨

表１甲醇新鲜气、弛放气成分（％）图２弛放气联产合成氨工艺流程图

第４期冯学明：焦炉气生产２００ｋｔ／ａ甲醇弛放气联产８０ｋｔ／ａ合成氨初步设计方案５