1998年8月 CoalChemicalIndustryNo.3(Total No.84)
Aug.1998
CO生产新工艺和新炉型在济南石化二厂的应用
马 斌 刘建生 李大尚
(华泰工程公司 太原030001)
摘 要 本文简要分析了羰基合成的原料来源,讨论了CO的各种生产方法,并探讨一种经济合理的工业生产新方法。
关键词 CO生产 气化炉 羰基化
ApplicationofaNewTypeGasifierforCOProduction
MaBin LiuJiansheng LiDashang(ChinaHuataiEngineeringCompany 030001)
Abstract Thesourcesofcrudegasforcarbonylationisdescribed.Also,anewtypegasifierisexplicatedforCOproductioninthispaper.
Keywords COproduction,gasifier,carbonylation
小且都是间歇生产,因此普遍采用间隙式纯氧、焦炭
引 言
随着我国化学工业的飞速发展,羰基合成产品在化学工业中的地位越来越重要,如甲酸羰化生产醋酸、醋酐、甲酸、草酸和乙二醇等。CO与氯反应生
成的光气是众多染料化工、农药、聚氨酯化工(MDI、、PAPPI)等的重要基础原料。TDI
制取CO的生产方法有很多,但都不理想,有的方法属间歇操作,生产周期只有7天,需定期清炉排渣,有的方法伴随生成大量的氢气和其它杂物,当工厂不需要氢气时,将造成经济上的浪费和不合理。因此在工业上如何采用廉价易得的原料,生产单一的、高纯度的CO气体是很重要的。华泰工程公司(原化工部第二设计院)、化工部煤化工设计技术中心、济南石化二厂的有关人员经过几年合作、攻关,开发了一种先进的、经济合理的新工艺、新炉型。
CO气体发生炉。此种炉型系50年代从苏联引进,结构简单,产品气CO含量较高(92%左右),缺点是单台产气量小,气化强度低(每台炉为80m3/h～100m3/h),间歇生产,7～9天需要停车,排灰清炉,因此不能满足大中型装置对CO的需要。
70年代,山东烟台合成革厂从日本聚氨酯公司引进的1万t/aMDI装置,其CO气即采用此方法制取,只是其气化炉规格比小光气的大,产气能力为120m3/h～150m3/h,采用的原料是沥青焦,生产周期略高于用冶金焦纯氧的CO气化炉。炉型与原苏联炉型基本一样,只是炉体不采用夹套型式,水直接喷到炉体上进行冷却。
化工部西南化工研究院变压吸附分离工程研究所从80年代初开始,先后开发出从水煤气或其它气源中提取氢、一氧化碳的生产工艺。
从半水煤气所制备CO的技术指标如下:产品气:CO体积含量 ≥96%～98%主要副产品是H2,废气含CO2、N2、COCO提取率:60%～70%
CO提取率随产品气中CO含量的提高而降低,
1 国内CO生产现状
我国目前有数十套小光气生产装置,其用气量·18·
与原料组成、压力有关。
煤 化 工 1998年第3期
较高,故选用纯氧而不能用空气。纯氧和CO2的混
合气与碳反应机理如下:
氧化层:C+O2→2CO+352.2kJ/mol 2CO+O2→2CO2+285.6kJ/mol还原层:C+CO2→2CO-168kJ/molCO2与水蒸气的活化能、反应动力学因子都很接近,因此二者在反应热力学和动力学有许多共同之处。
2.2.2 新工艺流程
将粒度合格的原料焦装入吊斗,用电动葫芦吊至气化炉顶部,加入到气化炉料仓,气化炉设有自动连续加料装置,焦炭经计量连续加入到炉内。气化剂纯CO2气体和纯O2按一定比例混合后,从炉体底部和侧部加入到炉内。炉体内焦炭、CO2和O2在一定温度下进行反应,达到平衡。粗煤气出口温度约500℃～600℃,经竖管冷却、洗涤、除尘、降温后送入后续脱硫脱碳工序。
气化炉设有连续排灰装置,以保证炉的连续运转。工艺流程示于图1。
2 生产CO的新工艺和新炉型
2.1 国外CO发生炉的开发
据美国专利报道,BEYER公司曾对CO气化炉生产工艺进行过研究,即用纯氧和二氧化碳的混合气与焦炭进行气化,液态排渣,必要时加助熔剂。只有专利报道,未见生产装置报道。
据日本日特公开专利报道,日本钢管株式会社进行过高纯度CO的制备研究,也是用纯氧和二氧化碳的混合气与焦炭进行气化,另外还加助熔剂,液态排渣。
Dravo公司目前已建有一套用纯氧-二氧化碳和焦炭在Wellman-Galusha炉型上制CO的工业实验装置,尚未工业化应用。
2.2 我公司开发的新工艺和新炉型2.2.1 新工艺的气化原理
鉴于只需要CO而不需要H2的特殊情况,采用CO2代替蒸汽作气化剂,又因产品气要求CO含量
图1 CO生产工艺流程示意图
1—CO2缓冲槽 2—O2缓冲槽 3—混合器 4—气化炉 5—竖管 6—洗涤塔 7—CO2回收装置
2.2.3 新型气化炉
炉体上部设有自动连续加料装置,为保证CO气体不外漏,设有气体密封系统。炉体内部衬有耐火材料,并设有冷却夹套。炉篦具有布气和排渣双重功能,炉灰收集于灰斗,为保证连续排灰,设有两个灰斗。新型气化炉炉型示于图2。2.2.4 新工艺新炉型特点
(1)利用纯氧、纯二氧化碳、焦炭,采用固定床常压连续气化,连续固态排渣,生产CO气体。
(2)工艺流程简单,生产安全,操作简便易掌握。
(3)气化炉生产强度大,易于放大,易于检修,炉篦采用新型结构,保证了气化的高效率。
(4)利用二氧化碳废气作为气化剂,变废为宝,降低了原料费用,有利于改善环境。
(5)生产操作易于控制,通过CO2/O2的比值调节可达到安全稳定运行的目的。
1998年8月 马 斌等:CO生产新工艺和新炉型在济南石化二厂的应用
用了该技术,设计参数如下:
炉体外形尺寸: 1980×7000mm
产气能力:2500m3/h
·19·
粗煤气中CO体积含量:65.0%～74.0%粗煤气中CO2体积含量:23.0%～30.0%其余为酸性气和惰性气。
经有关净化工序,将粗煤气中的CO2气体循环使用,并同时获得CO体积含量占94%～97%以上的产品气。
粗煤气中的CO2的脱除,采用南化公司研究院开发的“多胺法脱除CO2”的技术,可将产品气中
%以下。CO2体积含量降至0.10
该装置的开车运行结果表明,该套制取CO的
新工艺和新炉型的各项指标均优于预期值。
4 结束语
图2 我公司新开发的CO气体发生炉示意图1—炉底排渣装置 2—传动机构 3—布气排渣装置
4—炉体及喷嘴 5—加料装置
4.1 1993年和济南石化二厂签订合作协议,1994年在调研和消化有关文献资料的基础上,利用华泰工程公司丰富的纯氧+水蒸气+碎煤连续加压气化经验,完成新炉型设计,1995年完成全部施工图设计。1997年试车,一次投料试车成功,从投料到稳定生产,均达到设计指标,证明华泰工程公司开发的新工艺和新炉型是十分成功的。4.2 该工艺也可用H2O、O2、CO2为气化剂,以煤为原料生产富含CO的煤气,用于各种工艺需要。
(收稿日期 1998—03—01)
2.2.5 新工艺主要消耗指标和技术经济指标
焦炭 512.4kg/1000mCO气体
氧气 277m3/1000m3CO气体二氧化碳电
循环水
510m3/1000m3CO气体48kW/1000mCO气体48t/1000m3CO气体
3
3
3 生产CO新工艺的应用
在济南石化二厂2万t/a甲酸的气化装置上采
(上接第16页)
kk22Ea1a2A3(K1-K2)(b-a) P1=(22)
B1+B2
式中 B1=[(1+_)b2+(1-_)a2](ak1Rk2-kk
a2R1)(23)
22kk
11
B2=E(b-a)R[A3a(k1+1)-kk
(24)A3a2(k2+1)-A4(a2-ak1)]
将P1、C1和C2代入式(10)、(12)、(13)和式(14)、(15)、(16)就可得到全部应力和位移解答。
当内衬为薄壁筒时,可假定环向应力eθ沿壁厚t均匀分布,即eθ=const,由平衡条件可得环向应力θ与q之间的关系为e
q-p1
eθ=R
t
5 结 论
针对正常运行情况,式(22)确定了内衬里与外金属管之间压力,可以说是解决了结构设计的一个关键性问题。由此便能算出非金属管道的应力和位移。
参 考 文 献
1 杜庆华主编.工程力学手册.北京:高等教育出版社,
1994:952 徐秉业,刘信声.应用弹塑性力学.北京:清华大学出版社,1995:236
(收稿日期 1997—12—30)
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