高炉喷吹重整焦炉气工艺分析及减碳潜力研究

钢铁行业碳排放占我国碳排放总量的14%~18%,是工业领域排放量最高的部门。高炉-转炉工艺钢铁产量占我国钢铁总产量的89%,工艺流程长,吨钢碳排放达2 t。基于高炉-转炉工艺的碳减排是钢铁行业实现脱碳目标的关键。基于能质平衡模型,分析焦炉气及重整焦炉气用于高炉喷吹对高炉直接还原度、理论焦比值等工艺参数的影响,系统评估该工艺有望产生的高炉二氧化碳减排效益。结果表明,提高富氢气喷吹量和温度可有效降低焦比;而相同喷吹量条件下提高氢纯度,由于热补偿原因,焦比会有所上升。当焦炉气被重整为97.9%的富氢气体时,可实现高炉减碳34.62%,相比直接喷吹焦炉气,减碳潜力提升17.76%。碳减排主要得益于焦比降低和喷吹气碳质元素减少。高炉气发电也是减碳的关键环节,当喷吹气氢纯度由59.0%提升至97.9%时,该环节碳减排量由9.04%提升至10.85%。通过将焦炉气重整有望突破高炉喷吹富氢气体减碳潜力上限,具有潜在推广价值。

焦炉气制甲醇生产火炬系统技术改造及安全防护分析

为进一步提升焦炉气制甲醇生产效率和安全性,以某化工企业甲醇生产线火炬系统的现存问题作为研究案例,基于自动控制原理和方法,利用PLC技术对焦炉气制甲醇生产过程中的火炬系统进行全方位的技术改造,并探究其安全防护措施。预计,本次技术改造将进一步提升该企业火炬系统的运行质量,有助于进一步推动焦炉气制甲醇生产线的稳定高效运行。

焦炉气干式气柜活塞溢油原因分析及处理

主要分析了年产40万t焦炉气制甲醇项目配套焦气柜相关问题。本装置于2021年开始建设,2022年7月投入使用,气柜为干式气柜,属于气体容器,储存焦炉气,起到缓冲作用,稳定压缩机入口的焦炉气压力及流量。净化后的焦炉气进入容积为5万方的稀油密封型干式气柜。密封油从泵房送至高位油箱,自流到密封油槽,污油和焦炉气中的凝结水一起在底部油沟中收集并分层,再自流进入到污水收集罐进行收集。焦炉煤气5万方气柜活塞密封漏气原因分析及处理措施,解决了焦气气柜设计及维护操作等方面问题,为焦炉气干式气柜安全稳定运行奠定基础。

200 kt/a焦炉气制甲醇装置合成气氢碳比控制分析

焦炉气制甲醇装置对于新鲜合成气氢碳比的控制,目前均参考煤/天然气制甲醇装置新鲜合成气氢碳比2.05~2.15的控制范围。以河北金牛旭阳化工有限公司200 kt/a焦炉气制甲醇装置为例,通过对3100余组生产数据的统计发现,转化气(即新鲜合成气)氢碳比绝大部分在2.2~2.6之间,且新鲜合成气氢碳比在2.05~2.15时合成塔入口气(新鲜合成气+循环气)氢碳比大部分不在3.0~5.0的控制范围内;基于实际生产情况,分析与探讨焦炉气制甲醇装置合成气氢碳比存在差异的成因、新鲜合成气与合成塔入口气氢碳比的对应关系,认为焦炉气制甲醇装置新鲜合成气氢碳比宜控制在2.16~2.45,最优氢碳比为2.26~2.35,且为充分利用焦炉气制甲醇装置富余的H2,建议采用醇氨联产工艺,以利节能降耗、增产增效。

PEEK阀片在焦炉气压缩机中的长期稳定性与可靠性分析

本文结合阀片的设计原理和结构特点,分析了PEEK材料的化学性质和物理性质,以及极端工况下的性能表现。阀片性能的特殊要求是通过分析焦炉气压缩机的工作原理和运行环境而提出的。PEEK阀片性能随时间变化的趋势通过长期稳定性研究与评价指标、实际运行性能监测数据及影响因素分析展开探讨。结合可靠性评价标准和方法,深入分析焦炉气压缩机PEEK阀片的可靠性。

焦炉气制甲醇装置精脱硫系统优化改造总结

山西焦化股份有限公司甲醇装置Ⅰ(设计产能200 kt/a)自2008年6月建成投产以来,由于焦炉气中夹带焦油、萘、苯等有机类环状碳氢化合物,导致精脱硫系统运行中出现预铁钼转化器、铁钼转化器催化剂活性衰减快以及短期内床层阻力升高致运行周期短等诸多问题。分析认为,其原因主要为焦炉气成分复杂致焦炉气初预热器列管结炭、铁钼催化剂快速失活及催化剂床层阻力增大、精脱硫系统负荷高致油水分离效果不佳、预铁钼催化剂不能在线硫化等。2020—2021年甲醇装置Ⅰ精脱硫系统完成增设三级过滤器、增设1台油分离器、增设1台焦炉气初预热器、增设1台铁钼转化器以及预铁钼转化器增设在线硫化线等优化改造后,问题得以解决,实现了甲醇装置Ⅰ“一大修保两年”的长周期运行目标。

焦炉气制甲醇装置常温氧化锌脱硫剂使用问题分析

河北金牛旭阳化工有限公司200 kt/a焦炉气制甲醇装置甲烷转化系统后设有2台常温氧化锌脱硫槽(一开一备),自2009年6月投产以来一直存在新更换的脱硫剂投用约半个月即出现硫穿透而致出口工艺气总硫含量超标等问题。基于2019—2020年10槽常温氧化锌脱硫剂使用情况进行分析,认为是系统流程设计存在缺陷(工艺气中的饱和水冷凝析出严重影响脱硫剂的正常使用)及设计空速偏大所致。2022年8月甲醇装置大修期间实施增设1台列管换热器(加热脱硫槽进口气)及2022年初增加约8 m^(3)的脱硫剂装填量(降低空速)等优化改进后,确保了脱硫效果,常温氧化锌脱硫剂的有效使用时间大大延长,降低了脱硫成本。

焦炉气制甲醇装置精脱硫系统一级加氢转化器催化剂床层阻力增大原因分析及对策

山西焦化股份有限公司200 kt/a焦炉气制甲醇装置自2008年6月投产以来,其精脱硫系统一级加氢转化器催化剂床层阻力大一直是生产中的一大难题。深入进行原因分析,在最近一次一级加氢转化器催化剂床层阻力增大后,当期先后采取了提温操作和停车处理的应急措施以降低其床层阻力,后续又有针对性地采取了多项防范措施,至2022年9月,一级加氢转化器催化剂床层阻力大的问题得到有效改善,目前精脱硫系统运行稳定。同时,从长远考虑提出增设1台一级加氢转化器的建议。

焦炉气制甲醇装置补碳技术应用总结

七台河市吉伟煤焦有限公司80 kt/a焦炉气制甲醇装置于2010年9月调试生产,2011年10月正式投产,负荷最高曾达95%;自2020年初以来,上游焦化装置长期处于低负荷(≤60%)运行状态,甲醇装置负荷仅55%左右。鉴于焦炉气氢碳比偏高,合成甲醇时H_2过剩,经研究与评估,决定对甲醇装置进行补碳。2017年11月—2022年9月通过外购液体CO_(2)补碳,取得了一定的成效,但外购液体CO_(2)存在诸多不足。2021年10月吉伟集团自备电厂烟道气CO_(2)捕集回收装置立项(利用电厂区域空地建设,毗邻甲醇装置),2022年10月7日CO_(2)捕集回收装置投运,不再外购液体CO_(2),进一步降低了焦炉气制甲醇的生产成本,不仅实现了增产增效,而且达到了碳捕集回收、节能减排的目的。

焦炉气压缩机安装施工技术

在石油化工等行业中,压缩机起着重要作用。压缩机的安装工序及方法至关重要,它直接影响到压缩机能否正常运行及其使用寿命。十一化建承建的焦炉气综合利用制甲醇项目的关键设备一一焦炉气压缩机,属于蒸汽透平联合机组为例,安装周期长,精度要求高。以本项目机组实际安装经验为例,重点阐述蒸汽透平联合机组的安装施工技术。

煤-焦炉气共热解特性研究Ⅳ.甲烷和一氧化碳对热解的影响

分别在具有不同Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ等气体组成的热解反应气气氛下，采用１０ｇ固定床反应器考察了先锋褐煤热解产品收率的变化规律，并利用日本ＳＨＩＭＡＤＺＵＧＣ１７Ａ／ＱＰ５０００ＭＳ对焦油进行色质联检。结果表明：焦炉气中甲烷和一氧化碳对加氢热解有十分重要的作用，二者相互促进相互制约共同影响热解结果。其中甲烷对加氢热解的影响具有双重性，一方面它能提高焦油收率（特别是在较高压力下），同时能明显增加焦油中苯、甲苯、二甲苯（ＢＴＸ）和萘的相对含量，实现焦油轻质化；另一方面它又降低热解总转化率（半焦收率增加）并生成更多的热解水分。焦炉煤气中的一氧化碳也有利于提高热解总转化率、焦油收率并主要通过增加酚、甲酚、二甲酚（ＰＣＸ）的含量以改善焦油质量，但它却促进了水的生成。相比较而言，焦炉煤气中甲烷对增加热解焦油产率和改善焦油质量比一氧化碳具有更为明显的影响。

煤-焦炉气共热解特性的研究Ⅰ.固定床热解反应特性

在１０ｇ固定床反应器中对先锋褐煤在焦炉气气氛下的热解特性及有关工艺参数，如反应压力、升温速率等的影响进行了详细考察，并与其同等条件下的加氢热解特性进行了对比分析。实验结果表明，在反应压力５ＭＰａ、升温速率５Ｋ／ｍｉｎ，终态温度９２３Ｋ条件下，先锋褐煤在焦炉气气氛下的热解转化率为５９．０％（ｄａｆ），焦油收率达３５．８％（ｄａｆ）。与同等条件下的纯氢气氛（３ＭＰａ）相比，转化率降低了约７％（ｄａｆ），而焦油收率提高了约７％（ｄａｆ）。这说明焦炉气中的诸如甲烷等其它组分的存在对煤的热解行为有重要作用。由于煤加氢热解受传质影响，因此不同工艺参数对热解反应影响很大，较高压力下的慢速升温有利于提高转化率和油品收率；升温速率对油品收率影响较为明显，慢速升温有利于提高油品收率。

焦炉气制甲醇与天然气的比较

从工艺流程、产品方案、消耗定额、能量利用率、经济性等方面,对比分析了焦炉气甲烷化制天然气与焦炉气制甲醇两种技术路线,显现了焦炉气制天然气的竞争力。

焦炉气高效利用技术开发进展

焦炉气高效综合利用是焦化产业发展循环经济的重要方向。焦炉气综合利用包括焦炉气制氢、制合成氨、制甲醇、制合成天然气和发电等,其中焦炉气甲烷化制合成天然气(SNG)能量利用率高,经济效益好,是目前焦炉气高效利用的最佳途径。西南化工研究设计院对该技术的开发处于国内领先水平。

煤-焦炉气共热解特性研究 Ⅲ.热解焦油分析

采用色质联用技术分析先锋褐煤在焦炉气气氛下热解油品的组成及其相对含量，主要考察了不同热解压力和升温速率对油品组成的影响并与相当氢分压下的加氢热解油品分析结果比较。结果表明，煤焦炉气共热解焦油中含有非常丰富的苯、甲苯、二甲苯（ＢＴＸ），酚、甲酚、二甲酚（ＰＣＸ）以及萘。热解压力和升温速率对油品的组成及其相对含量有较大的影响。在实验条件下，压力升高和升温速率降低均有利于焦油中ＢＴＸ、ＰＣＸ和萘实际收率的增加，从而增加焦油中的轻质组分。与相当氢分压（３ＭＰａ）下的加氢热解相比，煤焦炉气共热解焦油总收率增加约１．２倍，焦油中ＢＴＸ收率增加约１．６倍（其中苯增加约２．４倍），ＰＣＸ增加约１．３倍，萘增加约１．６倍，而且相同总压（均为３ＭＰａ）下的煤焦炉气共热解焦油中ＢＴＸ和萘的收率能与加氢热解相当。说明与相当氢分压下的加氢热解相比。

焦炉气甲烷化制天然气技术开发

焦炉气甲烷化制合成天然气SNG、压缩天然气CNG和液化天然气LNG是焦炉气高效利用的新途径。讨论并对比分析了焦炉气甲烷化制天然气的不同工艺流程,进行了经济评价。结果表明,焦炉气甲烷化制合成天然气或压缩天然气、液化天然气,原料利用率更高,环保效果更佳,且经济效益更优。

煤-焦炉气共热解半焦燃烧动力学特性研究──燃烧模型的建立及其表观活化能动态描述

采用热重分析方法（ＴＧＡ）对煤－焦炉气共热解半焦燃烧动力学特性进行研究，建立了半焦燃烧动力学模型，采用新的数学处理方法，实现了表观活化能在半焦燃烧过程中的动态描述及平均表观活化能的求取。分析结果表明，表观活化能在半焦燃烧过程中呈“两头高、中间低”的“钟”型动态分布，其变化范围为：４７～９５ｋＪ／ｍｏｌ，其中主要燃烧失重阶段（转化率为２０％～８０％）的表观活化能较低且变化幅度较小，约为４７～６０ｋＪ／ｍｏｌ，在燃烧转化率为４０％左右出现最低活化能约４７ｋＪ／ｍｏｌ。同一半焦燃烧过程中，表观活化能与燃烧速率动态分布具有良好的对应关系，即较大燃烧速率对应着较低表观活化能。

煤—氧—水蒸气—焦炉气联合气化制备直接还原气

进行煤—氧—水蒸气—焦炉气联合气化制备直接还原气或液态燃料合成气的工艺概念设计 ,并对其关键技术进行热态模拟的基础研究。结果表明 ,借用高炉炼铁系统可望实现煤—氧—水蒸气—焦炉气联合气化制备 H2 /CO可调、有效成分 H2 +CO大于 95 %的富氢还原气或化工合成气 ,为解决直接还原炼铁以及液态燃料合成的原料气指出了一条可能的途径。

焦炉气非催化部分氧化与催化部分氧化制合成气工艺比较

提出了一种可用于焦炉气转化的非催化部分氧化工艺,并进行了研究;同时对焦炉气非催化部分氧化和催化部分氧化制合成气工艺进行了比较,结果表明,催化部分氧化需要大量的外加蒸汽,其总体能耗并不比非催化部分氧化法低。

焦炉气与煤气生产甲醇的研究

以焦炉气为原料生产甲醇是焦炉气利用的一个重要方向。焦炉气经净化、转化后作为甲醇生产的新鲜气,气体中氢碳比高,大量的氢气不能被充分利用。煤气经变换、脱碳后作为新鲜气生产甲醇,气体中氢碳比偏低。转化气与脱碳气混合,气体的氢碳比得到调节。甲醇生产中,调整两种气体比例,使新鲜气组成达到最佳。甲醇合成的弛放气中氢气含量很高,利用膜分离或变压吸附技术对弛放气进行回收以达到有效利用。