劉麗娜 李 輝 王 鼎

（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西 靖邊718500）

經(jīng)驗(yàn)交流

煤、氣、油聯(lián)合生產(chǎn)甲醇實(shí)現(xiàn)資源互補(bǔ)和節(jié)能減排

劉麗娜 李 輝 王 鼎

（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西 靖邊718500）

介紹了以煤、油田氣和渣油為原料聯(lián)合生產(chǎn)甲醇的工藝流程及其特點(diǎn)。水煤漿氣化有效氣的 n(H2)/n(CO)為 0.4～0.5，天然一段蒸汽氣轉(zhuǎn)化有效氣的 n(H2)/n(CO)為 2.7～3.0，根據(jù)H、C元素互補(bǔ)理論，聯(lián)合生產(chǎn)甲醇工藝將水煤漿氣化副產(chǎn)多余的CO、天然氣轉(zhuǎn)化過(guò)剩的H2和渣油催化裂解時(shí)副產(chǎn)的干氣（分離回收的部分H2）3者結(jié)合使合成氣中的生產(chǎn)甲醇的合成氣[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]達(dá)到2.05～2.15，達(dá)到“氫碳互補(bǔ)”，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的。

聯(lián)合甲醇生產(chǎn)；氫碳比；氫碳互補(bǔ)；節(jié)能減排

我國(guó)正處于化石能源體系走向可持續(xù)發(fā)展能源體系的時(shí)代，開(kāi)發(fā)煤炭清潔高效利用的節(jié)能減排環(huán)保型創(chuàng)新工藝，對(duì)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境將起到至關(guān)重要的作用[1]。

陜西某化工項(xiàng)目以煤、油田氣（主要成分天然氣）和渣油為原料，聯(lián)合生產(chǎn)甲醇1.8 Mt/a。甲醇和渣油制烯烴，隨后發(fā)展烯烴下游產(chǎn)業(yè)。該項(xiàng)目將多種原料進(jìn)行優(yōu)化配置，合理地調(diào)整原料中的氫碳比，使原料利用率有很大的提高。與國(guó)內(nèi)外的煤制甲醇裝置相比，能耗至少降低22%，1.8 Mt/a的生產(chǎn)能力可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)

煤670 kt[2]。這一項(xiàng)目的啟動(dòng)改變了過(guò)去以煤、天然氣制甲醇的單一模式，把多種資源要求和生產(chǎn)要素進(jìn)行優(yōu)化和配置，打破傳統(tǒng)煤化工與溫室氣體排放之間矛盾，建立起集約化并具有很強(qiáng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排特征的一體化產(chǎn)業(yè)集群，從而實(shí)現(xiàn)資源高效轉(zhuǎn)化和清潔生產(chǎn)。

1 聯(lián)合制備甲醇工藝介紹

以煤、油田氣和渣油為原料聯(lián)合生產(chǎn)甲醇的工藝流程如圖1所示。

煤氣化副產(chǎn)多余的CO，天然氣轉(zhuǎn)化過(guò)剩的H2和渣油催化裂解（DCC）時(shí)副產(chǎn)的干氣（分離回收的部分H2）3者結(jié)合生產(chǎn)甲醇，通過(guò)合理地調(diào)整原料中的氫碳比使合成氣滿足制備甲醇的要求。另外，甲醇制取低碳烯烴（DMTO）裝置可以回收一部分H2作為合成甲醇原料氣。

2 H、C互補(bǔ)理論

H、C元素互補(bǔ)理論物料平衡[1]：

1)煤氣化：

2)天然氣轉(zhuǎn)化：

3)合成甲醇：

煤炭與氧氣發(fā)生的煤氣化反應(yīng)，n(H2)/n(CO)=0.5；天然氣蒸汽一段轉(zhuǎn)化生成有效氣的n(H2)/n(CO)=3。由合成甲醇反應(yīng)式，甲醇合成原料氣的組分應(yīng)為H2、CO和CO2，根據(jù)氫碳消耗的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，應(yīng)為[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]=2.05～2.15[3]。 為此需要將CO進(jìn)行水蒸汽變換：CO+H2O=CO2+H2，將CO變換成H2，這樣生產(chǎn)甲醇需排放大量CO2。

將水煤漿氣化產(chǎn)生多余的CO和天然氣轉(zhuǎn)化產(chǎn)生多余的H2，進(jìn)行H、C互補(bǔ)，就可以減少變換反應(yīng)的量，同時(shí)可以提高甲醇的產(chǎn)量。采用H、C互補(bǔ)工藝可以減少CO2的排放量，還可以給凈化崗位低溫甲醇洗（CO2吸收裝置）裝置降低負(fù)擔(dān)。H、C互補(bǔ)的工藝流程如圖2所示。

國(guó)內(nèi)相同技術(shù)和類似規(guī)模正在運(yùn)行裝置的工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的有效氣組成Tab 1 Effective gas composition in standard condition

將表1數(shù)據(jù)采用式[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]計(jì)算，可得水煤漿煤氣化有效氣的n(H)/n(C)=0.45，天然一段蒸汽轉(zhuǎn)化有效氣的n(H)/n(C)=2.73。以上工藝數(shù)據(jù)計(jì)算n(H)/n(C)的結(jié)果，與理論值和上述裝置基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工藝參數(shù)基本相符，進(jìn)一步證實(shí)了H、C互補(bǔ)的可實(shí)現(xiàn)性。

3 H、C互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)節(jié)能與CO2減排

3.1 節(jié)能

由于H、C互補(bǔ)，需要變換的CO量減少，這樣變換設(shè)備的負(fù)荷減少，在節(jié)能的同時(shí)可以降低甲醇裝置的設(shè)備投資費(fèi)用。同時(shí)燃料氣回收給甲烷轉(zhuǎn)化爐供熱，對(duì)比常規(guī)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化，可以大幅降低天然氣的用量，降低了CO2和NOx的排放量；高純氫氣的回收，可以作為原料提供給聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）裝置。DCC和DMTO裝置燃料氣和高純氫氣回收量如表2所示。

表2 DCC和DMTO裝置氣體回收量Tab 2 Amount of gas recovered by DCC and DMTO device

渣油DCC裝置副產(chǎn)的干氣和DMTO裝置副產(chǎn)（CH4+H2）氣體混合進(jìn)入第1套變壓吸附制氫（PSA）裝置，進(jìn)行氣體分離。分離出的氫氣送合成氣壓縮工序，經(jīng)壓縮后直接進(jìn)入甲醇合成系統(tǒng)。PSA的解析氣中富含甲烷，可將一部分富甲烷作為原料氣加壓后送至甲烷轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，剩余部分甲烷轉(zhuǎn)化系統(tǒng)作為燃料。DCC裝置副產(chǎn)（CH4+H2）氣體進(jìn)入第2套PSA裝置，分離出的氫氣送回合成壓縮工序，經(jīng)過(guò)壓縮后直接進(jìn)入甲醇合成系統(tǒng)。PSA的解析氣送至甲烷轉(zhuǎn)化系統(tǒng)作為燃料。另外，甲醇合成馳放氣進(jìn)入膜分離裝置，分離后，一股氫氣返回甲醇合成系統(tǒng)，另一股氫氣通過(guò)另1套PSA進(jìn)一步分離，以提高氫氣的純度，PSA分離出的高純度氫氣加壓后送至PP、PE裝置。具體的燃料氣和高純氫氣裝置回收流程見(jiàn)圖3。

3.2 減排CO2

如果選擇單一的水煤漿氣化制備甲醇，用于生產(chǎn)甲醇（CO+2H2=CH3OH）的合成氣要求n(H2)/n(CO)=2，為此需要將約18%（由表1知）的CO進(jìn)行水蒸汽變換：CO+H2O=CO2+H2，這樣生產(chǎn)甲醇需排放大量的CO2。據(jù)初步計(jì)算，煤、氣、油聯(lián)合制甲醇裝置的CO2年排放量?jī)H為630 kt，較同規(guī)模單一煤炭為原料的甲醇裝置少排3.59 Mt。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用煤、氣、油聯(lián)合生產(chǎn)甲醇，實(shí)現(xiàn)了資源互補(bǔ)。H、C互補(bǔ)為解決煤漿氣化和天然氣轉(zhuǎn)化的H和C不平衡問(wèn)題提供了新的思路。同時(shí)，采用H、C互補(bǔ)可以實(shí)現(xiàn)CO2的低排放，降低了CO變換反應(yīng)裝置的投資成本。此項(xiàng)目正在建設(shè)中，對(duì)于H、C互補(bǔ)的具體實(shí)現(xiàn)和生產(chǎn)過(guò)程有待于裝置開(kāi)車后的檢驗(yàn)。

[1]李瓊玖,杜世權(quán),廖宗富,等.實(shí)現(xiàn)CO2零排放的煤氣化制甲醇創(chuàng)新工藝[J].中外能源,2009,14(8):33-40.

[2]沈浩,張積耀,呂春成,等.一種低碳技術(shù)合成甲醇的裝置:中國(guó),201722311U[P].2011-01-26.

[3]門(mén)長(zhǎng)貴.制取甲醇合成原料氣的煤氣化工藝技術(shù)選擇[J].煤化工,2004(8):5-7.

Coal,Oil Field Gas and Residual Oil Joint Production of Methanol to Realize Resources Complementary,Energy Conservation and Emissions Reduction

Liu Lina,Li Hui,Wang Ding

（Shaanxi Yanchang Zhongmei Yulin Energy and Chemical Co.,LTD,Jingbian,Shanxi 718500）

This article introduced the technological process and its characteristics of coal,oil field gas and residual oil joint production methanol.n(H2)/n(CO)of the coal water slurry gasification effective gas was 0.4～0.5,the section of steam gas conversion effective gas was 2.7～3.0.Combined three gas including the by-product redundant CO from coal water slurry gasification,the excess H2from natural gas conversion and the by-product dry gas from residual oil catalytic cracking (part of H2by separation recovery)according to H,C element complementary theory and the joint production of methanol process.The ratio of synthesis gas from methanol production in the three combined synthetic gas[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]was 2.05～2.15,which achieved"hydrogen carbon complementary",so as to realize the purpose of energy conservation and emission reduction.

joint production of methanol;hydrogen carbon ratio;hydrogen carbon complementary;energy conservation and emission reduction

TQ223.12+1

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2012.03.014

2012-05-13；

2012-06-09