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摘要：焦炉煤气作为煤炭炼焦工艺的副产品，是非常重要的燃料和化工原料。由于焦炉煤气中含有大量的H2 、CO 和CO2 等气体，可应用制备甲醇。我国针对焦炉煤气制备甲醇还处于起步阶段，甲醇的转化率和制备过程中的能耗等问题还有进一步优化的控制，随着工艺技术的发展和设备性能的优化，原有的设计弊端逐步显现，为此，进行了将精馏再沸器由低压蒸汽加热改为采用转化气加热的技术改造。
关键词：焦炉煤气;甲醇;工艺技术
一、甲醇的合成与精馏技术
1、甲醇合成。在甲醇合成过程中，其转换原理主要是在一定的条件下，如湿度与温度合理，一氧化碳与二氧化碳受催化剂的影响形成甲醇，其反应式为：
在反应式中，其反应为放热反应，并且其体积发生变化，逐渐减小，因此，在反应过程中可以通过控制温度下降与压力提升促使正反进行。现阶段，甲醇合成方法主要有低压法、中压法以及高压法，但主要是以低压法为主，其主要原因在于中压法与高压法需要消耗大量的能源，造成能源浪费，逐渐被淘汰。进行甲醇蒸馏时，其应用的原理主要是在相同的温度、湿度、压力等环境下，同一混合物中不同的组分挥发度存在较大的不同，再经过冷凝与汽化过程，保证其组成的纯度提升，实现最终的混合物分离。
2、调整合成气体中的碳氢比例。在甲醇合成过程中，受其自身的性质影响，当前合成气体的碳氢比例数值直接对生产过程产生影响，例如，当其比值过大时，其对催化剂的活性产生影响，降低其活性最终导致产生一系列的副反应，而当前比值过小时，其对催化剂的活性影响为增大其活性，进而导致其反应过程中能量消耗过大，造成严重的浪费。因此，在反应过程中，应利用有效的方式对其碳氢比例进行调整，如，在合成塔中加入适量的氢气，可以有效地降低其副作用，并避免催化剂发生中毒情况，从根本上提升甲醇的质量，满足当前的需求。据相关数据显示，当前甲醇合成的最佳碳氢比例为2.98%，但实际上在反应过程中其比例通常会高于当前最优比，导致多余的氢气在循环回路中增加循环气体，不仅增大压缩机的工作量，还增大了当前废气排放量，在消耗大量的资源同时对环境造成严重的污染，因此，应积极利用有效的方式对当前气体中的碳氢比例进行协调，通过注入合理的二氧化碳，可以促使当前的甲醇质量与产量均有所提升，满足当前焦炉煤气制造甲醇要求。
3、测定合成气体中二氧化碳含量。当前，在利用当前的焦炉煤气制造甲醇过程中，其使用原料主要是一氧化碳、二氧化碳以及氢气，相对来说，当前的二氧化碳起到至关重要的作用。二氧化碳的存在可以促使当前的一氧化碳受到抑制，并发挥出显著的作用，但如果二氧化碳含量过大，将导致甲醇的含量受到影响，因此，应通过合理的测定，明确当前二氧化碳的最佳比例在5% 为最佳，进而保证此时的甲醇含量最大。
二、甲醇精馏工段的技术改造
从甲醇合成工段来的粗甲醇，温度40 ℃，压力0.4 MPa，进入粗甲醇储槽，经粗甲醇泵进入预热器，预热至70 ℃左右，进入预精馏塔，经预塔冷凝器用循环水分级冷凝后，温度降至60 ℃以下，冷凝下来的甲醇溶液收集在预塔回流槽内，通过预塔回流泵加压后，从预塔上部进入到预塔内。预塔再沸器的热源为低压蒸汽。预塔冷疑器中不凝气、预塔塔顶少量的弛放气和各塔顶部气体管线上安全阀后的排放气体，均通入排放槽。回收的甲醇液自流入地下槽内。
1、精馏再沸器由低压蒸汽加热改造为转化气加热，精馏项目因建成投产的项目，通过十余年的运行，发现其工艺、装置的缺陷、弊端有：
（1）一期甲醇精馏预塔再沸器和加压塔再沸器建成投产时，生产使用低压蒸汽加热，目前正常生产时粗甲醇系统
进料量在16 m3/h～18 m3/h，仅精馏工段消耗蒸汽就在13 t/h～15 t/h，系统蒸汽消耗量较大。
（2）一期精馏再沸器使用大量低压蒸汽加热，产生的蒸汽冷凝液较多，每小时外送约10 t 的蒸汽冷凝液，其中一部分进入了化产车间脱硫系统作为溶碱软水使用，剩余的大部分作为其他工段蒸发补水或者直接排入整个厂区系统的循环水池。且因整个冷凝液管网管线距离较长，冷凝液的回收利用率较低，浪费较大。同时转化气余热被循环水吸收，凉水塔负荷加大，热能也被浪费掉。
（3）一期甲醇转化工段锅炉给水预热器后转化气温度为150 ℃～200 ℃，进入第一水冷器采用循环水冷却，温度降至30 ℃～40 ℃，由于温差较大，容易造成第一水冷器管束泄漏[1]。日常运转中第一水冷器的管程堵漏工作耗费了大量的人力、物力和资金，同时也给整个甲醇装置的正常运转埋下了巨大隐患。现行工艺条件下该设备使用周期较短，目前一年就要更换一次第一水冷器，设备消耗费用增加加热工艺流程见图。
2、实施及效果
精馏改造利用转化气代替蒸汽作为再沸器的热源，新增加了2 台再沸器、转化气第一分离器、转化气第二分离器设备，该项目的技术改造工程，目前该工段运转平稳。
（1）项目改造完成后，预塔再沸器可以全部使用转化气加热，改造后预塔基本上不用外补低压蒸汽，转化气的热量足够为其提供热源;加压精馏塔实际蒸
汽消耗约8 t/h，即在原有粗甲醇进料量不变的情况下，改造后两塔目前实际消耗蒸汽共8 t/h（未改造前两塔共消耗低压蒸汽约15 t/h），精馏工段一次性节约低压蒸汽7 t/h，每年按8 000 h 实际生产时间、每吨低压蒸汽160 元进行结算，年实际节约费用：160×7×8 000=896 万元。
（2）采用转化气代替蒸汽加热，减少了蒸汽冷凝液的产生量，整个管网的水平衡得以进一步完善。原来大量富余的蒸汽冷凝液进入系统循环水池，扰乱了循环水池的热平衡。特别是夏季温度较高，原本循环水池风机的负荷就较大，进出水温差相比较小，大量蒸汽冷凝液的注入进一步加重了循环水风机的负荷，致使循环水池出水温度指标超标，给其他工段带来了潜在的隐患。技改后循环水池不再通入蒸汽冷凝液，减轻了循环水池凉水塔的负荷，达到节能减排的目的。
（3）采用转化气代替蒸汽加热，减少蒸汽用量的同时，降低了转化气温度，原第一水冷器前后温差较高，达到120 ℃～160 ℃，设备容易泄漏，技改后通过第一水冷器的温差只有50 ℃，温差明显降低，设备的换热负荷也显著降低，充分提高了整个系统的换热效率。另外，消除了因温差较大导致设备损耗严重的弊端，减少了设备检修时间，延长了使用周期。某公司焦炉煤气制甲醇精馏工段技术改造项目优化了工艺流程，弥补了前期设计的不足，有效提高了精馏前期转化气热量的使用效率，解决了转化气第一水冷器由于进出口温差大容易引起泄漏的隐患，节约了低压蒸汽，避免了由于更换设备带来的停产损失。
焦炉煤气制取甲醇一套连续的工艺技术，环环相扣，并且每一个环节工序控制不当都会给整个工艺流程造成影响，在整个工艺流程之中，甲醇的合成与精馏环节十分重要，这直接关乎着甲醇的质量，精馏过程的需要严格的控制温度，催化剂，压力等工艺参数，优化工艺流程，使资源得到充分利用，使经济效益达到最大。
参考文献
[1] 裴学国， 王磊， 侯兴昌. 焦炉气制甲醇工艺中焦炉气的精制[ J]. 煤化工， 2020， （ 6）： 51- 54.
[2] 徐京磬， 鄭伟中. 以煤为原料生产甲醇技术与经济分析[ J]. 化肥工业， 2019， （ 6）： 6- 14.
关键词：焦炉煤气;甲醇;工艺技术
一、甲醇的合成与精馏技术
1、甲醇合成。在甲醇合成过程中，其转换原理主要是在一定的条件下，如湿度与温度合理，一氧化碳与二氧化碳受催化剂的影响形成甲醇，其反应式为：
在反应式中，其反应为放热反应，并且其体积发生变化，逐渐减小，因此，在反应过程中可以通过控制温度下降与压力提升促使正反进行。现阶段，甲醇合成方法主要有低压法、中压法以及高压法，但主要是以低压法为主，其主要原因在于中压法与高压法需要消耗大量的能源，造成能源浪费，逐渐被淘汰。进行甲醇蒸馏时，其应用的原理主要是在相同的温度、湿度、压力等环境下，同一混合物中不同的组分挥发度存在较大的不同，再经过冷凝与汽化过程，保证其组成的纯度提升，实现最终的混合物分离。
2、调整合成气体中的碳氢比例。在甲醇合成过程中，受其自身的性质影响，当前合成气体的碳氢比例数值直接对生产过程产生影响，例如，当其比值过大时，其对催化剂的活性产生影响，降低其活性最终导致产生一系列的副反应，而当前比值过小时，其对催化剂的活性影响为增大其活性，进而导致其反应过程中能量消耗过大，造成严重的浪费。因此，在反应过程中，应利用有效的方式对其碳氢比例进行调整，如，在合成塔中加入适量的氢气，可以有效地降低其副作用，并避免催化剂发生中毒情况，从根本上提升甲醇的质量，满足当前的需求。据相关数据显示，当前甲醇合成的最佳碳氢比例为2.98%，但实际上在反应过程中其比例通常会高于当前最优比，导致多余的氢气在循环回路中增加循环气体，不仅增大压缩机的工作量，还增大了当前废气排放量，在消耗大量的资源同时对环境造成严重的污染，因此，应积极利用有效的方式对当前气体中的碳氢比例进行协调，通过注入合理的二氧化碳，可以促使当前的甲醇质量与产量均有所提升，满足当前焦炉煤气制造甲醇要求。
3、测定合成气体中二氧化碳含量。当前，在利用当前的焦炉煤气制造甲醇过程中，其使用原料主要是一氧化碳、二氧化碳以及氢气，相对来说，当前的二氧化碳起到至关重要的作用。二氧化碳的存在可以促使当前的一氧化碳受到抑制，并发挥出显著的作用，但如果二氧化碳含量过大，将导致甲醇的含量受到影响，因此，应通过合理的测定，明确当前二氧化碳的最佳比例在5% 为最佳，进而保证此时的甲醇含量最大。
二、甲醇精馏工段的技术改造
从甲醇合成工段来的粗甲醇，温度40 ℃，压力0.4 MPa，进入粗甲醇储槽，经粗甲醇泵进入预热器，预热至70 ℃左右，进入预精馏塔，经预塔冷凝器用循环水分级冷凝后，温度降至60 ℃以下，冷凝下来的甲醇溶液收集在预塔回流槽内，通过预塔回流泵加压后，从预塔上部进入到预塔内。预塔再沸器的热源为低压蒸汽。预塔冷疑器中不凝气、预塔塔顶少量的弛放气和各塔顶部气体管线上安全阀后的排放气体，均通入排放槽。回收的甲醇液自流入地下槽内。
1、精馏再沸器由低压蒸汽加热改造为转化气加热，精馏项目因建成投产的项目，通过十余年的运行，发现其工艺、装置的缺陷、弊端有：
（1）一期甲醇精馏预塔再沸器和加压塔再沸器建成投产时，生产使用低压蒸汽加热，目前正常生产时粗甲醇系统
进料量在16 m3/h～18 m3/h，仅精馏工段消耗蒸汽就在13 t/h～15 t/h，系统蒸汽消耗量较大。
（2）一期精馏再沸器使用大量低压蒸汽加热，产生的蒸汽冷凝液较多，每小时外送约10 t 的蒸汽冷凝液，其中一部分进入了化产车间脱硫系统作为溶碱软水使用，剩余的大部分作为其他工段蒸发补水或者直接排入整个厂区系统的循环水池。且因整个冷凝液管网管线距离较长，冷凝液的回收利用率较低，浪费较大。同时转化气余热被循环水吸收，凉水塔负荷加大，热能也被浪费掉。
（3）一期甲醇转化工段锅炉给水预热器后转化气温度为150 ℃～200 ℃，进入第一水冷器采用循环水冷却，温度降至30 ℃～40 ℃，由于温差较大，容易造成第一水冷器管束泄漏[1]。日常运转中第一水冷器的管程堵漏工作耗费了大量的人力、物力和资金，同时也给整个甲醇装置的正常运转埋下了巨大隐患。现行工艺条件下该设备使用周期较短，目前一年就要更换一次第一水冷器，设备消耗费用增加加热工艺流程见图。
2、实施及效果
精馏改造利用转化气代替蒸汽作为再沸器的热源，新增加了2 台再沸器、转化气第一分离器、转化气第二分离器设备，该项目的技术改造工程，目前该工段运转平稳。
（1）项目改造完成后，预塔再沸器可以全部使用转化气加热，改造后预塔基本上不用外补低压蒸汽，转化气的热量足够为其提供热源;加压精馏塔实际蒸
汽消耗约8 t/h，即在原有粗甲醇进料量不变的情况下，改造后两塔目前实际消耗蒸汽共8 t/h（未改造前两塔共消耗低压蒸汽约15 t/h），精馏工段一次性节约低压蒸汽7 t/h，每年按8 000 h 实际生产时间、每吨低压蒸汽160 元进行结算，年实际节约费用：160×7×8 000=896 万元。
（2）采用转化气代替蒸汽加热，减少了蒸汽冷凝液的产生量，整个管网的水平衡得以进一步完善。原来大量富余的蒸汽冷凝液进入系统循环水池，扰乱了循环水池的热平衡。特别是夏季温度较高，原本循环水池风机的负荷就较大，进出水温差相比较小，大量蒸汽冷凝液的注入进一步加重了循环水风机的负荷，致使循环水池出水温度指标超标，给其他工段带来了潜在的隐患。技改后循环水池不再通入蒸汽冷凝液，减轻了循环水池凉水塔的负荷，达到节能减排的目的。
（3）采用转化气代替蒸汽加热，减少蒸汽用量的同时，降低了转化气温度，原第一水冷器前后温差较高，达到120 ℃～160 ℃，设备容易泄漏，技改后通过第一水冷器的温差只有50 ℃，温差明显降低，设备的换热负荷也显著降低，充分提高了整个系统的换热效率。另外，消除了因温差较大导致设备损耗严重的弊端，减少了设备检修时间，延长了使用周期。某公司焦炉煤气制甲醇精馏工段技术改造项目优化了工艺流程，弥补了前期设计的不足，有效提高了精馏前期转化气热量的使用效率，解决了转化气第一水冷器由于进出口温差大容易引起泄漏的隐患，节约了低压蒸汽，避免了由于更换设备带来的停产损失。
焦炉煤气制取甲醇一套连续的工艺技术，环环相扣，并且每一个环节工序控制不当都会给整个工艺流程造成影响，在整个工艺流程之中，甲醇的合成与精馏环节十分重要，这直接关乎着甲醇的质量，精馏过程的需要严格的控制温度，催化剂，压力等工艺参数，优化工艺流程，使资源得到充分利用，使经济效益达到最大。
参考文献
[1] 裴学国， 王磊， 侯兴昌. 焦炉气制甲醇工艺中焦炉气的精制[ J]. 煤化工， 2020， （ 6）： 51- 54.
[2] 徐京磬， 鄭伟中. 以煤为原料生产甲醇技术与经济分析[ J]. 化肥工业， 2019， （ 6）： 6- 14.