以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法
2023-05-08 05:35:16 2
專利名稱：以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備甲醇合成氣的方法，尤其是一種以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，屬於石油化工技術領域。
背景技術：
利用焦爐氣製備甲醇合成氣，目前通常採用的方法為純氧轉化法。由於焦爐氣中甲烷含量高達24％以上，除此之外，尚含有一定量的C2-C4烴。因此，純氧轉化法不僅氧氣消耗特別高，還因為過多氧氣加入到純氧轉化爐內，而產生大量的燃燒反應熱，爐頭部分容積熱強度高，當然爐頭溫度就特別高，甚至超過耐熱襯裡及設備零部件、材料的使用極限，造成爐頭耐熱襯裡及各種內件的燒壞，甚至會使反應器內上段催化劑燒結。
純氧轉化法的另一缺陷是因自熱式平衡需要加入更多的氧，而加入的氧全部燃燒消耗更多的氫，氫是合成甲醇的原料，因此會增加焦爐氣消耗。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種提高絕熱式二段轉化爐(或部分氧化爐)的安全可靠性的方法，效率高而能耗低，易於調節控制，耗氧量低，是一種能夠平穩、安全可靠、長周期運行的焦爐氣制甲醇合成氣的工藝方法。
本發明所解決的技術問題，是通過如下技術方案實現的一種以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，該方法包括焦爐氣進入換熱式一段轉化爐的轉化管內，進行甲烷等烴類物質的初步蒸汽轉化反應；換熱式一段轉化爐出口氣與預熱後的純氧同時進入絕熱式二段轉化爐中，在非催化反應區內純氧與一段轉化氣中的H2發生燃燒反應，該燃燒反應所放出的反應熱，為甲烷的深度轉化提供所需熱量；絕熱式二段轉化爐出口氣返回換熱式一段轉化爐中，為甲烷等烴類物質的初步蒸汽轉化反應提供熱量後，出換熱式一段轉化爐，進入後續換熱設備，回收工藝氣中的廢熱，分離出冷凝液後的氣體為合成氣。
焦爐氣在進入換熱式一段轉化爐之前，進行預處理焦爐氣壓力為1.0-3.7MPa，預熱溫度為300-700℃，焦爐氣或蒸汽混合物中水/碳的體積比＝2-3.8。
為使轉化效率更高，焦爐氣在預熱至300-700℃之前，先預熱至280-400℃並脫硫，其含量為0.1-0.5PPM以下。
換熱式一段轉化爐的出口溫度為550℃-750℃，管間氣體出口溫度為500-800℃；絕熱式二段轉化爐出口溫度為800℃-1020℃。
在換熱式一段轉化爐出口處，甲烷等烴類物質經過初步蒸汽轉化反應後，甲烷含量為10-22％；絕熱式二段轉化爐出口經深度轉化後的殘餘甲烷含量為0.3-2％。
綜上所述，本發明提供了一種以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，該方法提高絕熱式二段轉化爐(或部分氧化爐)的安全可靠性，效率高而低能耗，易於調節控制，耗氧量低，平穩運行，安全可靠。
圖1為本發明工藝方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案進一步說明。
如圖1所示，為本發明工藝方法的流程圖，從圖1中可知，本發明焦爐氣採用換熱式一段蒸汽轉化及純氧二段轉化，換熱式一段轉化爐的轉化管內烴類物質蒸汽轉化反應所需熱源來自絕熱式二段轉化爐的高溫工藝氣體的高位熱能，它通過高溫工藝氣體與換熱式一段轉化爐轉化管內反應物之間的間接換熱而獲得。烴類物質經換熱式一段轉化爐轉化後，進入絕熱式二段轉化爐，並向絕熱式二段轉化爐內加入純氧(或空氣或富氧)，在二段爐內氧與一段轉化氣中的H2等發生燃燒反應，並放出大量燃燒反應熱，為絕熱式二段轉化爐內甲烷深度轉化提供必須的熱量。絕熱式二段轉化爐出口高溫工藝氣體的熱量先提供給換熱式一段轉化爐，再進入後繼換熱設備回收熱量、冷卻並分離出冷凝液後(圖中未畫出)的氣體即為合成氣。
加入絕熱式二段轉化爐內的氧氣為純氧(或空氣或富氧)，加氧量由絕熱式二段轉化爐內所需轉化甲烷量決定。
具體地說，本發明製備甲醇合成氣的工藝過程是這樣的將壓力為1.0-3.7MPa的焦爐氣，在預熱至280-400℃並將硫脫至0.1-0.5PPM以下，並按水/碳＝2-3.8(體積比)的比例配入工藝蒸汽再預熱至300-700℃，然後進入換熱式一段轉化爐的轉化管內，流經管內的鎳催化劑層，藉助於轉化管間來自絕熱式二段轉化爐的高溫工藝氣體所提供的熱源進行甲烷等烴類物質的蒸汽轉化反應換熱式一段轉化爐出口氣中甲烷含量為10-22％，溫度為500-800℃，預熱後的純氧(或空氣或富氧)同時進入絕熱式二段轉化爐，在爐頭部份兩股氣流藉助特殊設計的混合器而得以充分混合，並在非催化反應區發生燃燒發應，為甲烷深度轉化提供所需的熱量。
氧氣加入量由絕熱式二段轉化爐所承擔的甲烷轉化量來決定。絕熱式二段轉化爐出口氣溫度為800-1020℃，殘餘甲烷含量為2-0.3％。此高溫氣體進入換熱式一段轉化爐的管間，與管內的物流進行換熱，溫度降至550-800℃後，出換熱式一段轉化爐的殼程，進入後繼換熱設備(圖中未畫出)，回收工藝氣中的廢熱並分離出冷凝液後(圖中未畫出)的氣體即為合成氣。
本發明新採用的換熱式一段轉化爐既可能是列管浮頭型，也可能是套管型；所採用的絕熱式二段轉化爐混合器為特殊設計的專有技術設備。
本發明所採用的這種焦爐氣換熱式一段蒸汽轉化及純氧二段轉化，製備甲醇、氨合成氣新工藝，能有效地利用來自絕熱式二段轉化爐工藝氣體的高位熱能，作為換熱式一段轉化爐轉化管內氣態烴蒸汽轉化反應所需要的熱源，從而實現了烴類物質蒸汽轉化反應的自熱式平衡，大大降低了單位產品的能耗。
本技術適用於以焦爐氣為原料，製取甲醇、氨合成氣及製備純氫氣等，氧氣消耗低，能耗低，絕熱式二段轉化爐操作條件特別溫和等優點。由於沒有外熱式一段轉化爐，所以採用本技術時，不僅投資省，佔地少，建設周期也較短。由於絕熱式二段轉化爐的操作條件很溫和，可實現生產裝置的長周期平穩運行。
最後需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而未脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，其特徵在於該方法包括焦爐氣進入換熱式一段轉化爐的轉化管內，進行甲烷等烴類物質的初步蒸汽轉化反應；換熱式一段轉化爐出口氣與預熱後的純氧同時進入絕熱式二段轉化爐中，在非催化反應區內純氧與一段轉化氣中的H2發生燃燒反應，該燃燒反應所放出的反應熱，為甲烷的深度轉化提供所需熱量；絕熱式二段轉化爐出口氣返回換熱式一段轉化爐中，為甲烷等烴類物質的初步蒸汽轉化反應提供熱量後，出換熱式一段轉化爐，進入後續換熱設備，回收工藝氣中的廢熱，分離出冷凝液後的氣體為合成氣。
2.根據權利要求1所述的以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，其特徵在於所述的焦爐氣在進入換熱式一段轉化爐之前，進行預處理焦爐氣壓力為1.0-3.7MPa，預熱溫度為300-700℃，焦爐氣或蒸汽混合物中水/碳的體積比＝2-3.8。
3.根據權利要求2所述的以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，其特徵在於所述的焦爐氣在預熱至300-700℃之前，先預熱至280-400℃並脫硫，其含量為0.1-0.5PPM以下。
4.根據權利要求1所述的以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，其特徵在於所述的換熱式一段轉化爐的出口溫度為550℃-750℃，管間氣體出口溫度為500-800℃。
5.根據權利要求1所述的以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，其特徵在於所述的絕熱式二段轉化爐出口溫度為800℃-1020℃。
6.根據權利要求1或4所述的以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，其特徵在於所述的換熱式一段轉化爐出口處的甲烷含量為10-22％。
7.根據權利要求1或5所述的以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，其特徵在於所述的絕熱式二段轉化爐出口殘餘甲烷含量為0.3-2％。
全文摘要
一種以焦爐氣為原料製備甲醇合成氣的方法，經過預處理之後的焦爐氣進入換熱式一段轉化爐內，進行甲烷等烴類物質的蒸汽轉化反應；換熱式一段轉化爐出口氣與預熱後的純氧同時進入絕熱式二段轉化爐中，在非催化反應區發生燃燒反應，該反應為甲烷的深度轉化提供所需熱量；絕熱式二段轉化爐出口氣進入換熱式一段轉化爐中進行換熱後，進入後續換熱設備，回收工藝氣中的廢熱並分離出冷凝液後的氣體即為合成氣。本發明實現了烴類物質蒸汽轉化反應的自熱式平衡，大大降低了單位產品的能耗，適用於以焦爐氣為原料，製取甲醇、氨合成氣及製備純氫氣等，氧氣消耗低，能耗低，投資省，佔地少，建設周期也較短，生產裝置的長周期平穩運行。
文檔編號C01B3/34GK1680190SQ20041003087
公開日2005年10月12日 申請日期2004年4月7日 優先權日2004年4月7日
發明者龐玉學, 劉武烈, 張學仲, 萬蓉, 王志堅, 龐彪, 曾竹萍 申請人:龐玉學