王建華，田小慶，劉文濤，曹 鑫

（河南能源化工集團 鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000）

0 引 言

河南能源化工集團鶴壁煤化工有限公司的甲醇生產(chǎn)裝置為殼牌煤粉加壓氣化裝置。在甲醇生產(chǎn)過程中，煤氣凈化產(chǎn)生大量的CO2氣體和含量為17%～26%的酸性硫化氫氣體。為了減少環(huán)境污染，變廢為寶，采用CO2壓縮機回收CO2氣體后供汽化使用，而多余的CO2氣體再由某CO2氣體回收公司進行回收。

1 CO2 壓縮機裝置

1.1 汽輪機

采用杭州汽輪機廠制造的汽輪機，型號為NT 32/45。主軸為整鍛式，共有17 級葉輪，1～15 級葉輪外圍帶為整體形式聯(lián)接，16～17 級葉輪外圍帶為拉金聯(lián)接，軸端采用迷宮式密封。

汽輪機外殼有保溫材料和罩殼，汽缸上裝有疏水器，所有的疏水最后都集中到疏水膨脹箱內(nèi)。汽輪機帶有表面式冷凝器和液位自動調(diào)節(jié)裝置，并配有兩級噴射抽氣裝置，以保證冷凝器能正常工作。

1.2 壓縮機

采用型號為2MCL707+2BCL457 的離心式壓縮機，由汽輪機拖動。壓縮機與汽輪機之間通過疊片聯(lián)軸器聯(lián)接。壓縮機由兩缸四段共14 級葉輪組成，葉輪背對背排列。

低壓缸為水平剖分式結(jié)構(gòu)，有兩段7 級葉輪，軸兩端采用迷宮式密封；高壓缸為筒式垂直部分結(jié)構(gòu)，帶有內(nèi)缸，兩段7 級葉輪，軸兩端采用成都一通生產(chǎn)的干氣密封。

2 工藝流程

2.1 CO2 氣體機組流程

界區(qū)內(nèi)收到脫碳后的溫度為25 ℃、壓力為0.02 MPa 的CO2氣體。CO2氣體通過一段入口分離器進入低壓缸中，經(jīng)一段、二段共7 級葉輪壓縮后，氣體壓力升至2.41 MPa，溫度升至181.4 ℃，將壓縮后的CO2送至高壓缸內(nèi)（第三段入口）。

為防止低壓缸產(chǎn)生喘振，裝置設(shè)有防喘振控制線。經(jīng)二段出口的冷凝器冷凝，CO2氣體通過防喘振調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后返回一段入口，以增加氣體流量。

進入高壓缸的CO2氣體經(jīng)第三段壓縮后，壓力為5.2 MPa、溫度為116.7 ℃。壓縮后的CO2氣體分為3 路，第1 路經(jīng)三段出口冷卻器降溫后，送入第四段繼續(xù)壓縮，壓力為8.2 MPa、溫度為89.1℃，將壓縮后的CO2氣體送至氣化裝置；第2 路部分氣體被抽出送至氣化裝置，作為煤粉輸送氣使用；第3 路由放空閥控制，在出口壓力超壓時自動打開，把氣體送至安全點放空，防止機組憋壓。

為防止高壓缸喘振，在四段出口設(shè)有防喘振控制管線，經(jīng)四段冷凝器冷卻后返回高壓缸入口。

2.2 CO2 氣體在變換工藝中的轉(zhuǎn)化

變換原理是在催化劑的作用下，氣體中的一氧化碳和水蒸汽在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣和二氧化碳，反應(yīng)式如下：

變換裝置采用寬溫耐硫變換催化劑（青島聯(lián)信生產(chǎn)），工藝為寬溫耐硫部分變換工藝。根據(jù)氣化單元產(chǎn)生的粗煤氣中CO 濃度高、含硫化物和下游裝置中對原料氣中CO 濃度的要求來選取CO。濃度較高的CO 在高溫、低水氣比和耐硫變換催化劑的作用下易發(fā)生甲烷化副反應(yīng)，CO 變換技術(shù)不僅要有利于節(jié)能，還要防止甲烷化副反應(yīng)的發(fā)生。

2.3 CO2 氣體在低溫甲醇洗中的吸收

低溫甲醇洗工藝屬物理過程，是為了去除原料氣中的酸性氣體。在物理吸收過程中，每種成分在吸收劑中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。在一定溫度下，甲醇對二氧化碳、硫化氫和硫化碳等酸性氣體有較高的吸收率，而溫度、壓力和濃度也是影響吸收率的決定性因素。

富甲醇的再生是通過閃蒸和再沸器產(chǎn)生的蒸汽進行汽提的，通過富甲醇的閃蒸，可為系統(tǒng)提供額外的冷量，閃蒸出的氣體經(jīng)再壓縮循環(huán)回到吸收塔，以達到損失最小的目的。為使甲醇排放量降到最低，可使原料氣冷卻部分的氨洗滌塔保證原料氣中氨的含量達到要求。

2.4 CO2 氣體參與合成反應(yīng)的控制

CO、CO2與H2反應(yīng)生成CH3OH 的反應(yīng)式如下：

由反應(yīng)式可以看出，CO 與H2反應(yīng)生成甲醇的物質(zhì)的量比為1∶2，CO2與H2反應(yīng)生成CH3OH 的物質(zhì)的量比為1∶3。

當(dāng)以上2 種反應(yīng)同時存在時，原料氣中的碳氫比（f 或m 值） 有以下2 種表達方式：

原料、工藝不同，所得的原料氣組成也往往偏離上述的f 或m 值。在實際生產(chǎn)過程中，合理的碳氫比應(yīng)比化學(xué)計量比略高些，如在上述表達式中的f 或m 值約為2，但在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)控制f 或m 值要略>2，即通常保持略高的氫含量。

略高的氫含量不僅可以減少羰基鐵和高級醇的生成，還可以延長催化劑的使用壽命。如在本廠實際生產(chǎn)中，裝置的氫碳比模數(shù)為2.05。

CO2氣體參與甲醇合成的反應(yīng)中與同系催化劑相比，作用比較復(fù)雜，既有動力學(xué)方面的作用，也有化學(xué)助劑的作用。其中，有利的方面如下。

（1） 防止催化劑積碳。

（2） 有利于調(diào)節(jié)溫度，可以防止超溫，延長催化劑的壽命。

（3） 含有一定量的CO2氣體可提高甲醇的產(chǎn)率。

（4） 可降低醚類等副反應(yīng)的發(fā)生，提高催化劑的選擇性。

不利的方面如下。

（1） 使粗甲醇中含水量增加，甲醇濃度降低。

（2） 與CO 合成甲醇相比，每生產(chǎn)1 kg 甲醇多消耗0.7 m3的H2。

本裝置原料氣中CO2氣體含量通常控制在2.5%。

CO2氣體工藝流程如圖1 所示。

圖1 CO2 氣體工藝流程Fig. 1 Process flowof CO2 gas

2.5 CO2 氣體在CO2 壓縮機內(nèi)的流通及優(yōu)化回收利用

低溫甲醇洗閃蒸出來的CO2氣體，大部分進入CO2壓縮機(機組量為50 000 m3/h)，一部分被某CO2氣體回收公司回收利用，還有一部分經(jīng)低溫甲醇洗滌塔洗滌后排放，洗滌后的CO2氣體量控制在最低。

低溫甲醇洗閃蒸出來的CO2氣體進入CO2壓縮機入口分離器后，進入一段、二段、三段，其出口壓力為5.2 MPa，約有15 000 m3/h 的CO2氣體送至殼牌氣化，供氣化輸煤系統(tǒng)使用。

經(jīng)過系統(tǒng)使用優(yōu)化調(diào)節(jié)把CO2壓縮機三段出口壓力為5.2 MPa 的CO2氣體送至變換三變爐入口旁路處，加入CO2氣體量為2 000 m3/h，用于調(diào)節(jié)三變爐入口溫度，使變換爐入口溫度可控，從而達到對變換催化劑長周期的運行，起到有效的輔助調(diào)節(jié)手段。同時，還可減少用于調(diào)節(jié)三變爐入口溫度的鍋爐水用量，既節(jié)約了鍋爐水用量，又減少了工藝廢水的排出量。

當(dāng)氣化輸送煤粉系統(tǒng)用氣量少時，CO2壓縮機三段出口可適當(dāng)加大去變換爐（三變爐） 的氣量。因為CO2氣體進入變換系統(tǒng)后，進入低溫甲醇洗單元時被脫出，當(dāng)吸收量不變時，吸收的CO2氣體量相對來說也是不變的。所以，從低溫甲醇洗單元出去的凈化氣體量中CO2氣體含量會增加，合適的合成氫碳比，使得多出來的CO2氣體參與合成反應(yīng)，對合成催化劑是有益的，從而達到保護合成催化劑，且長周期滿負荷運行的目標(biāo)。

CO2壓縮機四段壓縮出來的CO2氣體壓力為8.2 MPa，送往殼牌氣化CO2/N2緩沖罐中（氣量為30 000 m3/h） 供殼牌氣化系統(tǒng)使用。CO2壓縮機四段出口還有一路氣體是本廠技改CO2氣體回收送往某CO2氣體回收公司作氣體回收利用，氣量為50 000 m3/h。

當(dāng)殼牌氣化系統(tǒng)用氣量少時，為減少放空的可能，盡可能多的把CO2氣體送往某CO2氣體回收公司作氣體回收利用；當(dāng)殼牌氣化用氣量多時，可減少某CO2氣體回收公司的CO2氣體的回收量，以保證氣化系統(tǒng)用量。

在生產(chǎn)運行過程中，通過某CO2氣體回收公司的氣體回收，有效的控制了CO2氣體的排放，達到了環(huán)保的要求。

3 結(jié) 語

CO2壓縮機投用以來，經(jīng)過不斷改造與系統(tǒng)優(yōu)化，目前各項工藝指標(biāo)均已達到最佳運行狀態(tài)，對CO2氣體更有效地回收利用。在保證殼牌氣化生產(chǎn)用量的同時，最大限度地回收利用了多余的CO2氣體，從而達到CO2氣體的排放標(biāo)準(zhǔn)，符合碳中和的要求。