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焦爐氣制甲醇反應(yīng)過程和特點

發(fā)布時間:2021-04-29 12:40

      焦爐氣和天然中都含有一定量的甲烷,但生產(chǎn)甲醇只需要CO、CO2和H2氣,CH4是甲醇合成氣中的惰性氣,需要通過轉(zhuǎn)化反應(yīng)將CH4變成CO、CO2和H2。從目前的技術(shù)發(fā)展看,焦爐氣生產(chǎn)合成氣的工藝有蒸汽轉(zhuǎn)化和非催化部分氧化轉(zhuǎn)化、蒸汽—純氧催化部分氧化轉(zhuǎn)化等幾種工藝。
      焦爐氣的組分中甲烷含量約為23~25%(V)及多碳烷烴和烯烴,將烴類轉(zhuǎn)化成合成甲醇所用的有效氣體CO和H2均采用轉(zhuǎn)化工藝,轉(zhuǎn)化氣殘余CH4<0.4%,轉(zhuǎn)化率高。目前工業(yè)常用的有以下幾種工藝:
(1)蒸汽催化轉(zhuǎn)化,一是用蒸汽與CH4一段催化轉(zhuǎn)化生成CO、CO2和H2。這種工藝投資高,但需要消耗多量工藝蒸汽和燃料,操作費用高,CH4轉(zhuǎn)化率較低。二是一段蒸汽催化轉(zhuǎn)化加二段純氧轉(zhuǎn)化工藝,由于一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐本身的工況及結(jié)構(gòu)的要求,其頂部燒嘴、轉(zhuǎn)化管、下集氣管等必須使用特殊材料,在對焦爐氣在一段轉(zhuǎn)化爐烴類的轉(zhuǎn)化量不是很多,同時也需要空分裝置,才能完成轉(zhuǎn)化任務(wù),一次性投資較大。
(2)非催化部分氧化轉(zhuǎn)化最早用于重油轉(zhuǎn)化,此法不需要進一步凈化,直接進入轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化在無催化轉(zhuǎn)化爐內(nèi)進行,轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)化氣再進行凈化,其轉(zhuǎn)化溫度高達到1300~1400℃,對天然氣為原料,燃料氣的消耗要比純氧催化轉(zhuǎn)化工藝高25~30%,耗氧、蒸汽消耗比純氧轉(zhuǎn)化分別高40%、20%,轉(zhuǎn)化后的氣體中CO2體積分數(shù)高達10%,到目前為止還沒有采用非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝的工業(yè)裝置。但是對焦爐氣而言,由于焦爐氣中的甲烷含量低,耗氧與純氧轉(zhuǎn)化基本持平,無需加蒸汽,利用自反應(yīng)水即可達到轉(zhuǎn)化爐出口的甲烷小于0.4%V,還有一個優(yōu)點是轉(zhuǎn)化氣的二氧化碳的含量(2.5%V)比純氧催化部分氧化轉(zhuǎn)化二氧化碳的含量(8.5%V)低,是甲醇合成理想二氧化碳的含量。
(3)純氧催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝中的轉(zhuǎn)化爐不需要特殊鋼材制造轉(zhuǎn)化爐管,其結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化的二段爐結(jié)構(gòu)簡單、流程短、投資低。盡管避免了蒸汽轉(zhuǎn)化外部間接加熱的形式,反應(yīng)速度比蒸汽轉(zhuǎn)化快,有利強化生產(chǎn),但最大的缺點是催化劑對硫有要求,在轉(zhuǎn)化前必須脫出硫化合物。
      純氧加壓非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝具有以下特點:
(A)用氧化反應(yīng)內(nèi)熱進行烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng),不需外部加熱,熱效率高。
(B)不需在轉(zhuǎn)化前脫硫,不受催化劑隊含硫化物的限制。
(C)工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,無需催化劑,不受催化劑溫度的限制。
(D)不需要外加蒸汽,減小設(shè)備的大小。
      焦爐氣非催化部分氧化法,是將焦爐氣中的烴類(甲烷、乙烷等)進行部分氧化和蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng),在轉(zhuǎn)化爐中首先發(fā)生H2、CH4與O2的部分氧化燃燒反應(yīng),然后氣體進入轉(zhuǎn)化段進行甲烷、乙烷等與蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng),所以這個方法也稱為自熱轉(zhuǎn)化法。生產(chǎn)原理可以簡單解釋為甲烷、蒸汽、氧混合物的復(fù)雜的相互作用:             第一階段為部分氧化反應(yīng),主要是氫氣與氧接觸發(fā)生燃燒氧化反應(yīng)生成H2O。該反應(yīng)是劇烈的放熱反應(yīng):
2H2 +O2 —→ 2H2O + 191.7千卡/克分子 (1)
      第二階段為水蒸汽和二氧化碳氧化性氣體在轉(zhuǎn)化段,CH4進行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng),該反應(yīng)是吸熱反應(yīng):
CH+ H2O —→ CO+3H2 - 49.3千卡/克分子 (2)
CH4 + CO2 —→ 2CO+2H2 - 59.1千卡/克分子 (3)
      上述兩階段的反應(yīng)可以合并成一個總反應(yīng)式如下:
2CH4 + CO2 + O—→ 3CO + 3H2 + H2O (4)
      由于第二個階段反應(yīng)是吸熱反應(yīng),當轉(zhuǎn)化溫度越高時,甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)就越完全,反應(yīng)后氣體中的殘余甲烷就越低。甲烷部分氧化通常加入一定量的蒸汽,目的是避免焦爐氣在受熱后發(fā)生析炭的反應(yīng),使甲烷進行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng),在轉(zhuǎn)化反應(yīng)的同時也起到抑制炭黑的生成。

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