PDF《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》

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 王辅臣 代正华 刘海峰 龚欣于广锁 于遵宏 ( 华东理工大学洁净煤技术研究所, 上海 200237) 摘要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.

关键词 焦炉气 非催化部分氧化 催化部分氧化 合成气 文章编号: 1005-9598(2006)-02-0004-06 中图分类号: TQ52 文献标识码: A 收稿日期: 2005-11-02 作者简介:王辅臣(1966! ) , 男,1988 年华东化工学院毕业,

1995 年获博士学位,教授,博士生导师,国家973 项目首席科学家, 主要从事煤炭气化及合成气制备工艺研究. 第2期(总第

123 期)

2006 年4月煤化工CoalChem i calIndust ry N o. 2(Tot al N o. 123) A pr.

2006 近年来, 我国炼焦工业发展迅速,

2004 年焦炭 产量达到 2.24 亿t, 按国内机焦生产规模计算, 每 年产生的焦炉气

600 亿m3 左右, 就热值而言, 相当 于 西气东输 工程天然气的量, 其潜在的经济效 益十分巨大.但 目前焦炉气的利用率不到20%, 这不仅浪费了资源,还造成了严重的环境污染.因此, 合理利用焦炉煤气具有重要的经济意义和社会 意义. 焦炉气含有 25%左右的 CH4, 富含 H2, 将其转化为 合成气是焦炉气利用的一条有效途径. 焦炉气的组成 类似于天然气蒸汽转化工艺中一段炉出口的气体组 成[1] , 因此, 可以采用天然 气蒸汽转化工艺中二段炉的催化部分氧化工艺[2] 对其进行转化, 前提条件是必 须脱除焦炉气中含有的大量硫. 由于焦炉气中的硫主 要以有机硫的形式存在, 脱硫工艺非常复杂, 还会造 成二次污染, 因此, 尽管从工艺角度而言, 焦炉气催化 部分氧化工艺是成熟的 , 但从环境的友好性、 流程的 简洁性而言, 有明显的缺陷. 针对这一问题, 作者及合 作者提出了一种可用于焦炉气转化的非催化部分氧 化工艺[3] . 本文将重点对焦炉气非催化部分 氧化和催化部分氧化工艺进行比较.

1 反应过程分析 焦炉气在部分氧化时进行的主要化学反应有: CH4+2O2=CO2+2H2O Δ H298K

0 -802.60kJ・mol-1 ( 1) H2+0.5O2=H2O Δ H298K

0 -241.84kJ・mol-1 ( 2) CO+0.5O2=CO2 Δ H298K

0 -282.96kJ・mol-1 ( 3) CH4+0.5O2=CO+2H2 Δ H298K

0 ! 27.32kJ・mol-1 ( 4) CH4+H2O=CO+3H2 Δ H298K

0 206.15kJ・mol-1 ( 5) CH4+CO2=2CO+2H2 Δ H298K

0 247.27kJ・mol-1 ( 6) CO2+H2=CO+H2O Δ H298K

0 115.98kJ・mol-1 ( 7) CH4=C+2H2 Δ H298K

0 71.56kJ・mol-1 ( 8) 在上述反应中, 能反应气化本质的反应为 (1)~ (7).其中, 反应(1)~(4)为焦炉气的燃烧反应, 为强 放热过程, 可称为一次反应. 一次反应速度极快, 其反 应时间的数量级为毫秒级[4] , 在数 10ms 内即可完成. 反应(5)~(7)为整个过程的控制步骤,均为吸热反应, 可称为二次反应. 在非催化部分氧化过程中, 转化 温度基本维持在

1 200# ~1 300# 左右, 它们在 1s~ 2s 内即可完成, 为保证二次反应完成, 非催化部分氧 化转化炉膛应有恰当的高径比. 在催化部分氧化过程 中, 转化温度基本维持在

1 000# 左右, 为了提 高CH4 的平衡转化率, 并防止催化剂上发生析炭反应, 导致 催化剂失活, 需要加入大量的蒸汽, 为了防止转化炉 上部燃烧区高温烧结催化剂, 催化部分氧化转化炉必 须要有足够的燃烧空间. 2006年4月反应( 8) 在焦炉气非催化部分氧化反应中是次要 的, 是否会发生, 将在后面进行专门讨论. 反应 ( 1) ~( 4) 为放热反应,反应(5) ~( 7) 为吸热反应.反应( 1) ~( 4) 放出的热量为反应( 5) ~( 7) 的进 行创造条件.也就是说, 在反应( 5) ~( 7) 中耦合了反 应( 1) ~( 4) . 反应( 1) ~( 4) 平衡常数非常大 , 可以视为不可逆 反应;