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摘要：我国作为产煤大国，同时也是焦炭大国，从煤炭到焦炭的炼制过程中会产生大量的焦炉煤气。充分利用炼焦过程中所产生的焦炉煤气不仅能够减小焦炉煤气对环境所造成的污染，还能够达到节约能源的目的。目前，焦炉煤气的再利用主要应用于合成甲醇的原料。
关键词：焦炉气;纯氧转化;装置
一、甲醇工艺流程
在制造甲醇的过程中，首先要接收焦化厂的焦炉煤气。接收之后，要依据实际情况对焦炉煤气进行预处理，并且把处理好的焦炉煤气传输到储气容器内，这样可以将焦炉煤气稳定压缩存储。在焦炉煤气净化的环节中，焦炉煤气中的杂物和废弃物可以被脱除干净。这些废弃物主要是硫化物、氨气、焦油、苯、萘等。因为这些废弃物会对甲醇的合成有负面影响，更甚者会使催化剂发生中毒，从而导致甲醇的合成不能正常进行。因此，对焦炉煤气做科学合理的脱硫程序是不可或缺的。在脱硫的过程中，第一先要进行粗脱硫，其次是精脱硫，脱硫后的焦炉煤气符合进入转化工序的焦炉煤气各项工艺指标，然后利用催化剂把脱硫后的焦炉煤气中的甲烷等成分转换为氢气（ H?）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO?），这样就得到了合成甲醇的有效气体组分。
二、焦炉气制甲醇的纯氧转化
焦炉煤气转化是指将精脱硫后的焦炉煤气，用蒸汽转化法将焦炉煤气中的甲烷，转化为合成甲醇所需要的原料气氢气（ H?）和一氧化碳（CO）。甲烷的蒸汽转化是一个强吸热反应，它是在一个内热式纯氧转化炉中进行的，在纯氧转化炉中配入一定量的纯氧，氧气进入转化炉后与焦炉气中的氢气（ H?）发生激烈的燃烧反应，放出大量的热为甲烷的蒸汽转化提供热量，在转化炉中发生的反应有：
在纯氧转化炉上部燃烧空间里进行的燃烧反应，主要以氢气和氧气为主， 因为氢气和氧气的反应速度比其他的可燃气快3～ 4个数量级。纯氧转化炉是一个绝热反应器，甲烷转化的热量完全由氧气的燃烧来提供的，虽然在这里氢气是过剩的，但所需的氧气使用量却是由催化剂床层温度和转化炉出口温度来控制的。
1、转化工艺。因甲烷的转化反应所吸收大量的热量，是由加入的氧气和焦炉煤气中可燃气体发生剧烈燃烧而获得，预计加入的氧气在转化炉上部的燃烧空间进行，因此在设计上应考虑一个充足的燃烧空间，在燃烧空间下面还应留有一个合适的非催化的甲烷蒸汽转化空间。燃烧反应在燃烧空间完成，决不能延伸至催化剂床层，否则将引起催化剂床层的严重超温造成催化剂烧结。另外，非催化蒸汽转化空间也不能过小，大约有一半的甲烷和蒸汽转化为一氧化碳和氢气。其实，燃烧空间和甲烷的非催化转化空间是不能截然分开的，当燃烧稳定达到1300℃左右，在较高的水碳比条件下，就要发生甲烷的非催化转化，生成氢气和一氧化碳，吸收了燃烧放出的热量。因此，在这个空间的上部是以燃烧反应为主，下部则以甲烷的催化转化为主。在燃烧空间和催化转化空间下部装有六角刚玉砖和耐高温刚玉球，有利于气流分布和防止热冲击。在耐热刚玉球下部装有耐热转化催化剂和甲烷蒸汽转化催化剂，将剩余的甲烷转化为氢气和一氧化碳。在纯氧转化过程中精脱硫后的焦炉煤气中可能带入微量的氨，裂解为氢气和氮气，微量的有机硫将加氢分解为硫化氢和烷烃。
2、纯氧转化的温度
燃烧空间温度。燃烧空间温度一般应在1100℃～ 1300℃ ，操作不当达到1500℃也是可能的。甲烷催化蒸汽转化温度： 甲烷的催化蒸汽转化是在高温水蒸汽充足的条件下进行的，反应温度大约在1300℃左右进行。
催化劑床层进口温度： 进入催化剂床层温度一般要求在1300℃左右，这个温度是从保护和延长催化剂寿命角度来考虑的，上层的耐热冲击催化剂极限操作温度为1450℃。
转化炉出口温度： 转化工序所控制的气体质量，最终是由转化炉出口温度控制的。在合理的压力和蒸焦比条件下， 转化炉出口残余甲烷含量< 0.8% ，出口温度应在900℃～ 980℃左右。甲烷在甲醇合成气中是无用的惰性气体，如能进一步转化，对合成甲醇有利。但若将转化炉出口甲烷每下降0. 1% ，转化出口温度大约需提高40℃ ，这对于转化催化剂不利，另外也是不经济的。
3、转化主要设备
转化炉：转化炉是一立式圆筒炉，它是甲醇生产装置中反应温度最高的一台设备。壳体由碳钢制成，只承压不耐高温，设计温度为250℃左右，壳体内衬为高密度耐热钙铝水泥和高铝胶泥，在温度稍低和气速较大的地方内衬为泡沫氧化铝，一般有不锈钢衬套。为防止外壳超温，炉体还设有水夹套，水夹套采用直流式，软化冷水进行循环，也有采用其它形式的水夹套。
烧嘴。烧嘴采用中心管式烧嘴型式，外部有烧嘴保护蒸汽进入烧嘴中心喷嘴，和氧气/水蒸汽一起进入中心喷嘴，经过喷嘴以一定空速喷出。喷嘴一般用高合金不锈钢制成，烧嘴中心喷嘴外面喷镀多层耐高温的金属锆涂层。
转化气废锅：转化气废锅是一台回收转化气余热而生产蒸汽的热交换设备。由于温差大，工艺条件苛刻，应力和热膨胀比较集中，对设计、制造要求非常严格，操作中要防止水量不足而引起设备超温。
综上所述，焦炉煤气制造甲醇作为如今很常见的一种工艺技术，运用焦炉煤气再制甲醇的目的是，满足当代焦煤工业的生产所需，并且进一步降低焦炉煤气对环境的污染，同时提升资源利用率。焦炉煤气制甲醇纯氧转化是整个装置的关键工序之一，因为氧气的燃烧反应激烈，操作不当极易造成超温，造成设备和催化剂损坏。
三、甲醇的合成
1、适当改变合成气体中的氢碳比例。受到一些自身的影响，甲醇在合成的过程中，碳和氢气的比例的大小对甲醇的合成效率有直接影响。具体来说，若碳氢比例较小时，会不利于合成甲醇反应的进行，进而导致合成甲醇所需要的化学反应的能量损耗增大，造成资源浪费;若碳和氢的比例较大时，会有利于合成甲醇的反应进行，就会减少合成甲醇的化学反应的能量损耗。所以，在甲醇的生产合成中，适当的调整合成气体中的氢气和碳的比例，可以一定程度提升有效地化学反应。例：加入适量的氢气在合成塔中，它既可以大幅减小副反应发生的几率，还可以减少催化剂中毒情况发生的几率，这样可以有效地提升生产率，提高合成甲醇的质量，符合合成甲醇的需求[1]。相关数据显示，甲醇合成中最好的氢气和碳的比例是2.98%。然而，在实际的生产过程中，氢气和碳的比例经常会大于2.98%，这样就造成了许多二氧化碳（CO2）聚集在循环的过程中，同时合成气压缩机的工作负担也会被增加，这种氢碳比会消耗很多资源，并且造成环境污染。因此，焦煤企业应该依据实际的情况调整好氢碳比例，在生产的过程中，调整工艺，产生适量的二氧化碳（CO2），以此促进化学反应并且提升甲醇的产量。
2、精确测量合成气体中二氧化碳（CO2）的含量。如今，在制造甲醇方面，焦炉煤气制造法被广泛的使用。焦炉煤气制造法所使用的原料主要是：氢气、一氧化碳、二氧化碳。相对来说，二氧化碳（CO2）分子量最大，是最重的原料气体组分，因为二氧化碳（CO2）对一氧化碳（CO）有抑制影响的作用，因此过多的二氧化碳会抑制甲醇合成的化学反应，所以，二氧化碳的最佳比是5%[2]。
参考文献
[1] 李邦，邓宝永，张厚钢. 焦炉煤气制甲醇工艺设计[J]. 广西化工，2019，（16）：65.
[2] 叶田友. 焦炉煤气制甲醇工艺改造及效果分析[J]. 中国煤炭化工，2019，39（06）：86.
关键词：焦炉气;纯氧转化;装置
一、甲醇工艺流程
在制造甲醇的过程中，首先要接收焦化厂的焦炉煤气。接收之后，要依据实际情况对焦炉煤气进行预处理，并且把处理好的焦炉煤气传输到储气容器内，这样可以将焦炉煤气稳定压缩存储。在焦炉煤气净化的环节中，焦炉煤气中的杂物和废弃物可以被脱除干净。这些废弃物主要是硫化物、氨气、焦油、苯、萘等。因为这些废弃物会对甲醇的合成有负面影响，更甚者会使催化剂发生中毒，从而导致甲醇的合成不能正常进行。因此，对焦炉煤气做科学合理的脱硫程序是不可或缺的。在脱硫的过程中，第一先要进行粗脱硫，其次是精脱硫，脱硫后的焦炉煤气符合进入转化工序的焦炉煤气各项工艺指标，然后利用催化剂把脱硫后的焦炉煤气中的甲烷等成分转换为氢气（ H?）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO?），这样就得到了合成甲醇的有效气体组分。
二、焦炉气制甲醇的纯氧转化
焦炉煤气转化是指将精脱硫后的焦炉煤气，用蒸汽转化法将焦炉煤气中的甲烷，转化为合成甲醇所需要的原料气氢气（ H?）和一氧化碳（CO）。甲烷的蒸汽转化是一个强吸热反应，它是在一个内热式纯氧转化炉中进行的，在纯氧转化炉中配入一定量的纯氧，氧气进入转化炉后与焦炉气中的氢气（ H?）发生激烈的燃烧反应，放出大量的热为甲烷的蒸汽转化提供热量，在转化炉中发生的反应有：
在纯氧转化炉上部燃烧空间里进行的燃烧反应，主要以氢气和氧气为主， 因为氢气和氧气的反应速度比其他的可燃气快3～ 4个数量级。纯氧转化炉是一个绝热反应器，甲烷转化的热量完全由氧气的燃烧来提供的，虽然在这里氢气是过剩的，但所需的氧气使用量却是由催化剂床层温度和转化炉出口温度来控制的。
1、转化工艺。因甲烷的转化反应所吸收大量的热量，是由加入的氧气和焦炉煤气中可燃气体发生剧烈燃烧而获得，预计加入的氧气在转化炉上部的燃烧空间进行，因此在设计上应考虑一个充足的燃烧空间，在燃烧空间下面还应留有一个合适的非催化的甲烷蒸汽转化空间。燃烧反应在燃烧空间完成，决不能延伸至催化剂床层，否则将引起催化剂床层的严重超温造成催化剂烧结。另外，非催化蒸汽转化空间也不能过小，大约有一半的甲烷和蒸汽转化为一氧化碳和氢气。其实，燃烧空间和甲烷的非催化转化空间是不能截然分开的，当燃烧稳定达到1300℃左右，在较高的水碳比条件下，就要发生甲烷的非催化转化，生成氢气和一氧化碳，吸收了燃烧放出的热量。因此，在这个空间的上部是以燃烧反应为主，下部则以甲烷的催化转化为主。在燃烧空间和催化转化空间下部装有六角刚玉砖和耐高温刚玉球，有利于气流分布和防止热冲击。在耐热刚玉球下部装有耐热转化催化剂和甲烷蒸汽转化催化剂，将剩余的甲烷转化为氢气和一氧化碳。在纯氧转化过程中精脱硫后的焦炉煤气中可能带入微量的氨，裂解为氢气和氮气，微量的有机硫将加氢分解为硫化氢和烷烃。
2、纯氧转化的温度
燃烧空间温度。燃烧空间温度一般应在1100℃～ 1300℃ ，操作不当达到1500℃也是可能的。甲烷催化蒸汽转化温度： 甲烷的催化蒸汽转化是在高温水蒸汽充足的条件下进行的，反应温度大约在1300℃左右进行。
催化劑床层进口温度： 进入催化剂床层温度一般要求在1300℃左右，这个温度是从保护和延长催化剂寿命角度来考虑的，上层的耐热冲击催化剂极限操作温度为1450℃。
转化炉出口温度： 转化工序所控制的气体质量，最终是由转化炉出口温度控制的。在合理的压力和蒸焦比条件下， 转化炉出口残余甲烷含量< 0.8% ，出口温度应在900℃～ 980℃左右。甲烷在甲醇合成气中是无用的惰性气体，如能进一步转化，对合成甲醇有利。但若将转化炉出口甲烷每下降0. 1% ，转化出口温度大约需提高40℃ ，这对于转化催化剂不利，另外也是不经济的。
3、转化主要设备
转化炉：转化炉是一立式圆筒炉，它是甲醇生产装置中反应温度最高的一台设备。壳体由碳钢制成，只承压不耐高温，设计温度为250℃左右，壳体内衬为高密度耐热钙铝水泥和高铝胶泥，在温度稍低和气速较大的地方内衬为泡沫氧化铝，一般有不锈钢衬套。为防止外壳超温，炉体还设有水夹套，水夹套采用直流式，软化冷水进行循环，也有采用其它形式的水夹套。
烧嘴。烧嘴采用中心管式烧嘴型式，外部有烧嘴保护蒸汽进入烧嘴中心喷嘴，和氧气/水蒸汽一起进入中心喷嘴，经过喷嘴以一定空速喷出。喷嘴一般用高合金不锈钢制成，烧嘴中心喷嘴外面喷镀多层耐高温的金属锆涂层。
转化气废锅：转化气废锅是一台回收转化气余热而生产蒸汽的热交换设备。由于温差大，工艺条件苛刻，应力和热膨胀比较集中，对设计、制造要求非常严格，操作中要防止水量不足而引起设备超温。
综上所述，焦炉煤气制造甲醇作为如今很常见的一种工艺技术，运用焦炉煤气再制甲醇的目的是，满足当代焦煤工业的生产所需，并且进一步降低焦炉煤气对环境的污染，同时提升资源利用率。焦炉煤气制甲醇纯氧转化是整个装置的关键工序之一，因为氧气的燃烧反应激烈，操作不当极易造成超温，造成设备和催化剂损坏。
三、甲醇的合成
1、适当改变合成气体中的氢碳比例。受到一些自身的影响，甲醇在合成的过程中，碳和氢气的比例的大小对甲醇的合成效率有直接影响。具体来说，若碳氢比例较小时，会不利于合成甲醇反应的进行，进而导致合成甲醇所需要的化学反应的能量损耗增大，造成资源浪费;若碳和氢的比例较大时，会有利于合成甲醇的反应进行，就会减少合成甲醇的化学反应的能量损耗。所以，在甲醇的生产合成中，适当的调整合成气体中的氢气和碳的比例，可以一定程度提升有效地化学反应。例：加入适量的氢气在合成塔中，它既可以大幅减小副反应发生的几率，还可以减少催化剂中毒情况发生的几率，这样可以有效地提升生产率，提高合成甲醇的质量，符合合成甲醇的需求[1]。相关数据显示，甲醇合成中最好的氢气和碳的比例是2.98%。然而，在实际的生产过程中，氢气和碳的比例经常会大于2.98%，这样就造成了许多二氧化碳（CO2）聚集在循环的过程中，同时合成气压缩机的工作负担也会被增加，这种氢碳比会消耗很多资源，并且造成环境污染。因此，焦煤企业应该依据实际的情况调整好氢碳比例，在生产的过程中，调整工艺，产生适量的二氧化碳（CO2），以此促进化学反应并且提升甲醇的产量。
2、精确测量合成气体中二氧化碳（CO2）的含量。如今，在制造甲醇方面，焦炉煤气制造法被广泛的使用。焦炉煤气制造法所使用的原料主要是：氢气、一氧化碳、二氧化碳。相对来说，二氧化碳（CO2）分子量最大，是最重的原料气体组分，因为二氧化碳（CO2）对一氧化碳（CO）有抑制影响的作用，因此过多的二氧化碳会抑制甲醇合成的化学反应，所以，二氧化碳的最佳比是5%[2]。
参考文献
[1] 李邦，邓宝永，张厚钢. 焦炉煤气制甲醇工艺设计[J]. 广西化工，2019，（16）：65.
[2] 叶田友. 焦炉煤气制甲醇工艺改造及效果分析[J]. 中国煤炭化工，2019，39（06）：86.