1、转化气制甲醇的系统安全分析摘 要：我国是一个多煤、少油、缺气的国家，因此在生产甲醇的原料上以煤气化、利用焦炉煤气转化两者并用为主。据测算，生产 1 吨焦炭可产生 0.2 吨甲醇。对焦炉煤气制甲醇的工艺路线进行了分析，并对主流路线从焦炉煤气的初脱硫、压缩、精脱硫、转化制甲醇、储存等工艺危险因素进行了分析。 关键词：转化气 甲醇 系统安全 分析 在转化气区域中，从原料到产品，包括工艺过程中涉及到许多易燃易爆物质，如氢气、一氧化碳、硫化氢、甲烷、甲醇等。在生产中一旦操作失误或物料泄漏，极易发生火灾爆炸事故。生产过程中涉及的有毒物料较多，如一氧化碳、硫化氢、甲醇等，均具有一定程度的毒性，在生产运行过程
2、中如果操作不当或发生意外事故，有引起人员中毒事故发生的可能性。特别是一氧化碳存在于各个生产环节，每个环节的泄漏都可能导致人员大量中毒，甚至死亡。因此必须对主要危害物质物性参数进行分析和防范（生产区内常见易燃易爆物质为焦炉气、转化气、硫化氢等，焦炉气、转化气主要含 CO、H2） 。 一、焦炉气装置工艺设备危险性分析 （一）铁铝预转化和转化过程中飞温 铁铝转化过程中，有机硫加氢转化反应是一个放热反应，但因焦炉气中有机硫含量较低（一般在 200mg/NM3 左右） ，因此有机硫加氢转化反应放热量是微不足道的，但是其副反应是强烈的放热反应。焦炉气中氧含量每升高 0.1%，温升可达 15；烯烃每升高 1
3、%，温升可达 37，因此宜发生铁铝催化剂飞温事故。铁锰脱硫槽的铁锰脱硫剂在升温还原过程中也可能出现飞温现象。 （二）气预热炉爆炸 焦炉气预热炉的点火过程也可能会操作不当导致爆炸事故。如果长明灯失效或熄火，应迅速切断燃料气控制阀，重新吹扫燃烧器，并检查长明灯喷嘴是否堵塞。第二次点火需在第一次点火失效、熄火 5 分钟后进行。 （三）焦炉气转化炉危险性 焦炉气转化炉操作还要精心做好氧碳比、水碳比、水氧比调整。三个比例关系彼此间相互关联，所以在调节某个比例时要时刻注意其他两个比例是否在控制范围内。转化炉烧嘴必须做到焦炉气与氧气混合均匀，燃烧充分，炉顶空间温度场与流场分布合理。避免火焰直接舔到催化剂而将
4、其烧毁；进入催化剂床层前，氧气必须燃烬，温度和组成分布均匀，避免在催化剂床层里仍发生燃烧反应；炉内耐火材料任何一处的温度都不能超过 140：烧嘴必须能够在很大的流速范围内良好地运行而不限制装置的可操作性：烧嘴采用蒸汽保护和水夹套强制冷却保护。水夹套温度控制也是非常重要的，水夹套内通入除盐水来移走转化炉产生的部分热量，除盐水温度控制在 70以下，过高可能会引起氧腐蚀，损坏设备焦炉气转化反应一次反应的平衡常数非常大，可以视为不可逆反应；二次反应均为吸热反应，CH4 的转化率与温度密切相关，提高反应温度将显著提高平衡转化率。CH4 的转化率与转化压力也有一定关系，降低反应压力将显著提高平衡转化率，即
5、低压有利于焦炉气中 CH4 的转化。 CH4 转化率随氧气与焦炉气摩尔比的变化而变化。氧气与焦炉气摩尔比增加，CH4 转化率起初提高较快，但当氧气与焦炉气摩尔比增加到一定值时，CH4 转化率几乎不再变化，接近 10%。催化部分氧化工艺一般采用镍基催化剂，用氧化铝作为载体，该催化剂具有良好的稳定性和活性，为了延长催化剂寿命，转化气出口温度一般在 1000以内。但由于受到热力平衡的限制，在低于 100时，甲烷的平衡含量比较高，为了使出口气中甲烷含量尽可能低，在转化炉内需加入大量的水蒸气。烃类物质在高温下易发生裂解反应。一般含碳多的烃类愈益发生裂解反应，碳数相同时，不饱和烃比饱和烃易发生裂解析炭反应
6、。烃类中以 CH4 最为稳定，如 CH4 发生析炭反应，则其他烃类发生析炭反应的可能性更大。 （四）焦炉气压缩机的危险性 已投用装置焦炉气压缩机故障导致系统停车事故占据较大比例。曾经出现试车过程中压缩机发生活塞严重破碎而停车的重大事故。已经投用的焦炉气转装置，考虑到焦炉气的组份特点以及及含量，其焦炉气压缩机均采用活塞式压缩机。活塞式压缩机的缺点显而易见，采用离心式压缩机却可能存在记速叶轮上积炭、结蔡、不饱和烃聚合粘附而影响机械运行的不利因素。因此又有采用螺杆压缩机。但无论那种机型在运行过程中发生输出流量、压力的不稳定都将影响转化炉和预热炉的频繁调整，若由于调整不及时，造成氧碳比、水碳比、水氧比
7、调整不当，将引起转化炉过氧爆炸事故或催化剂烧毁。其压缩机本体设备也会受到严重损坏还会造成人员的伤亡事故。 （五）焦炉气转化烧嘴的危险性 纯氧转化危险性很大，特别是烧紫系统。烧嘴为单孔喷射式，有蒸汽保护夹层，带加压水冷却系统，烧嘴外部带有工艺气体分布器，以便入炉工艺气和氧气混合之前均匀分布。烧嘴垂直安装在转化炉颈部的顶端，经过预热的氧气与蒸汽混合物料进入烧嘴，在烧嘴里沿轴向流动并高速喷入转化炉。经过预热的焦炉气与蒸汽混合物料，从转化炉顶部炉颈上的管口侧向进入转化炉，转变方向后在烧嘴外侧与炉颈内侧之间的流道轴向朝下流动，通过固定在烧嘴前端外侧上的分布器均匀分布后，流动到烧嘴头部，从烧嘴里喷出的氧气
8、的高速度使两种流体迅速混合并在混合的瞬间产生燃烧反应，经过转化炉上方的锥形空间后，氧气完全燃烬，燃烧产物然后进入催化剂床层，进一步发生吸热的烃类蒸汽转化反应。通过催化剂床后的转化反应产物，从转化炉底部流出。避免火焰直接舔到催化剂而将其烧毁；烧嘴燃烧火焰应在炉膛中心，避免火焰直接接触到侧面材料表面；防止未混氧气回流，造成氧气管线回火现象；进入催化剂床层前，氧气必须燃烬，温度和组成分布均匀，避免在催化剂床层里仍发生燃烧反应；炉内耐火材料任何一处的温度都不能超过140；烧嘴必须能够在很大的流速范围内良好地运行而不限制装置的可操作性；烧嘴采用蒸汽保护和水夹套强制冷却保护设计。 （六）甲醇槽区危险性 甲
9、醇槽区也是重大的危险源。甲醇为第 3.2 类，中闪点易燃液体，对眼、皮肤及上呼吸道有刺激症状，伴头痛、头晕、乏力、眩晕、酒醉感、昏迷，一旦甲醇贮槽、发生泄漏，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇静电、明火、高热能引起燃烧爆炸，与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。焦炉气转化属于高温、中压操作，所使用的原料焦炉气为可燃性有毒物质，纯氧为助燃剂，产品转化气为易燃、易爆、有毒有害气体，容易发生火灾和爆炸事故。 二、结语 转化过程中事故主要集中发生在铁铝预转化和转化过程；预热炉系统；转化炉系统；焦炉压缩机系统；甲醇槽区等重大危险源。由于此工艺流程和装备的研发国内还处于起步阶段，各方面的经验数据都处于积累阶段是为了更好的更安全的综合利用焦炉气，提高煤的综合利用水平。参考文献 1隋鹏程，陈宝智，隋旭编著.安全原理M. 化学工业出版社，2005 2蒋军成编著.事故调查与分析技术M. 化学工业出版社，2004
