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.pdf

第2期(总第123期)煤化工No.2(TotalNo.123)
2006年4月CoalChemicalIndustryApr.2006

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

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1反应过程分析
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,其潜在的经济效焦炉气在部分氧化时进行的主要化学反应有:

益十分巨大。但目前焦炉气的利用率不到20%,这0-1
CH4+2O2=CO2+2H2OΔH298K"-802.60kJ·mol(1)

不仅浪费了资源,还造成了严重的环境污染。因0-1
H2+0.5O2=H2OΔH298K"-241.84kJ·mol(2)

此,合理利用焦炉煤气具有重要的经济意义和社会0-1
CO+0.5O2=CO2ΔH298K"-282.96kJ·mol(3)
意义。
0-1
CH4+0.5O2=CO+2H2ΔH298K"!27.32kJ·mol(4)
焦炉气含有25%左右的CH4,富含H2,将其转化为
CH+HO=CO+3HΔH0206.15kJ·mol-1(5)
合成气是焦炉气利用的一条有效途径。焦炉气的组成422298K"
CH+CO=2CO+2HΔH0247.27kJ·mol-1(6)
类似于天然气蒸汽转化工艺中一段炉出口的气体组422298K"
0-1
成[1],因此,可以采用天然气蒸汽转化工艺中二段炉CO2+H2=CO+H2OΔH298K"115.98kJ·mol(7)

[2]0-1
的催化部分氧化工艺对其进行转化,前提条件是必CH4=C+2H2ΔH298K"71.56kJ·mol(8)
须脱除焦炉气中含有的大量硫。由于焦炉气中的硫主在上述反应中,能反应气化本质的反应为(1)~
要以有机硫的形式存在,脱硫工艺非常复杂,还会造(7)。其中,反应(1)~(4)为焦炉气的燃烧反应,为强
成二次污染,因此,尽管从工艺角度而言,焦炉气催化放热过程,可称为一次反应。一次反应速度极快,其反
部分氧化工艺是成熟的,但从环境的友好性、流程的应时间的数量级为毫秒级[4],在数10ms内即可完成。
简洁性而言,有明显的缺陷。针对这一问题,作者及合反应(5)~(7)为整个过程的控制步骤,均为吸热反
作者提出了一种可用于焦炉气转化的非催化部分氧应,可称为二次反应。在非催化部分氧化过程中,转化
化工艺[3]。温度基本维持在1200#~1300#左右,它们在1s~
本文将重点对焦炉气非催化部分氧化和催化部2s内即可完成,为保证二次反应完成,非催化部分氧
分氧化工艺进行比较。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1000#左右,为了提高CH4
收稿日期:2005-11-02的平衡转化率,并防止催化剂上发生析炭反应,导致
作者简介:王辅臣(1966!),男,1988年华东化工学院毕催化剂失活,需要加入大量的蒸汽,为了防止转化炉
业,1995年获博士学位,教授,博士生导师,国家973项目上部燃烧区高温烧结催化剂,催化部分氧化转化炉必
首席科学家,主要从事煤炭气化及合成气制备工艺研究。须要有足够的燃烧空间。
2006年4月王辅臣等: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-5-

反应(8)在焦炉气非催化部分氧化反应中是次要长烧嘴寿命的角度讲,应弱化混合,这是一对矛盾。因
的,是否会发生,将在后面进行专门讨论。此,烧嘴的设计及其与炉体的匹配,目的就是要在这
反应(1)~(4)为放热反应,反应(5)~(7)为吸热一对矛盾中找到恰当的平衡点。
反应。反应(1)~(4)放出的热量为反应(5)~(7)的进非催化部分氧化转化炉应有适宜的长径比,一般
行创造条件。也就是说,在反应(5)~(7)中耦合了反不小于3:1,以保证适当的停留时间,使焦炉气转化
应(1)~(4)。有足够的时间,其主要矛盾是延长烧嘴寿命,应尽量
反应(1)~(4)平衡常数非常大,可以视为不可逆简化烧嘴结构,即使烧嘴混合性能有所降低,气化炉
反应;反应(5)~(7)均为吸热反应,提高反应温度将较长的停留时间也足以弥补,同样能达到工艺要求。
显著提高