煤、氣、油聯合生產甲醇實現資源互補和節能減排

劉麗娜 李 輝 王 鼎

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 靖邊718500）

經驗交流

煤、氣、油聯合生產甲醇實現資源互補和節能減排

劉麗娜 李 輝 王 鼎

（陜西延長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合生產甲醇的工藝流程及其特點。水煤漿氣化有效氣的 n(H2)/n(CO)為 0.4～0.5，天然一段蒸汽氣轉化有效氣的 n(H2)/n(CO)為 2.7～3.0，根據H、C元素互補理論，聯合生產甲醇工藝將水煤漿氣化副產多余的CO、天然氣轉化過剩的H2和渣油催化裂解時副產的干氣（分離回收的部分H2）3者結合使合成氣中的生產甲醇的合成氣[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]達到2.05～2.15，達到“氫碳互補”，從而實現節能減排目的。

聯合甲醇生產；氫碳比；氫碳互補；節能減排

我國正處于化石能源體系走向可持續發展能源體系的時代，開發煤炭清潔高效利用的節能減排環保型創新工藝，對調整產業結構、節約資源、保護生態環境將起到至關重要的作用[1]。

陜西某化工項目以煤、油田氣（主要成分天然氣）和渣油為原料，聯合生產甲醇1.8 Mt/a。甲醇和渣油制烯烴，隨后發展烯烴下游產業。該項目將多種原料進行優化配置，合理地調整原料中的氫碳比，使原料利用率有很大的提高。與國內外的煤制甲醇裝置相比，能耗至少降低22%，1.8 Mt/a的生產能力可節約標準

煤670 kt[2]。這一項目的啟動改變了過去以煤、天然氣制甲醇的單一模式，把多種資源要求和生產要素進行優化和配置，打破傳統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循環經濟和節能減排特征的一體化產業集群，從而實現資源高效轉化和清潔生產。

1 聯合制備甲醇工藝介紹

以煤、油田氣和渣油為原料聯合生產甲醇的工藝流程如圖1所示。

煤氣化副產多余的CO，天然氣轉化過剩的H2和渣油催化裂解（DCC）時副產的干氣（分離回收的部分H2）3者結合生產甲醇，通過合理地調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互補理論

H、C元素互補理論物料平衡[1]：

1)煤氣化：

2)天然氣轉化：

3)合成甲醇：

煤炭與氧氣發生的煤氣化反應，n(H2)/n(CO)=0.5；天然氣蒸汽一段轉化生成有效氣的n(H2)/n(CO)=3。由合成甲醇反應式，甲醇合成原料氣的組分應為H2、CO和CO2，根據氫碳消耗的化學計量關系，應為[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]=2.05～2.15[3]。 為此需要將CO進行水蒸汽變換：CO+H2O=CO2+H2，將CO變換成H2，這樣生產甲醇需排放大量CO2。

將水煤漿氣化產生多余的CO和天然氣轉化產生多余的H2，進行H、C互補，就可以減少變換反應的量，同時可以提高甲醇的產量。采用H、C互補工藝可以減少CO2的排放量，還可以給凈化崗位低溫甲醇洗（CO2吸收裝置）裝置降低負擔。H、C互補的工藝流程如圖2所示。

國內相同技術和類似規模正在運行裝置的工藝參數見表1。

表1 標準狀態下的有效氣組成Tab 1 Effective gas composition in standard condition

將表1數據采用式[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]計算，可得水煤漿煤氣化有效氣的n(H)/n(C)=0.45，天然一段蒸汽轉化有效氣的n(H)/n(C)=2.73。以上工藝數據計算n(H)/n(C)的結果，與理論值和上述裝置基礎設計工藝參數基本相符，進一步證實了H、C互補的可實現性。

3 H、C互補實現節能與CO2減排

3.1 節能

由于H、C互補，需要變換的CO量減少，這樣變換設備的負荷減少，在節能的同時可以降低甲醇裝置的設備投資費用。同時燃料氣回收給甲烷轉化爐供熱，對比常規天然氣蒸汽轉化，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裝置副產的干氣和DMTO裝置副產（CH4+H2）氣體混合進入第1套變壓吸附制氫（PSA）裝置，進行氣體分離。分離出的氫氣送合成氣壓縮工序，經壓縮后直接進入甲醇合成系統。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化系統，剩余部分甲烷轉化系統作為燃料。DCC裝置副產（CH4+H2）氣體進入第2套PSA裝置，分離出的氫氣送回合成壓縮工序，經過壓縮后直接進入甲醇合成系統。PSA的解析氣送至甲烷轉化系統作為燃料。另外，甲醇合成馳放氣進入膜分離裝置，分離后，一股氫氣返回甲醇合成系統，另一股氫氣通過另1套PSA進一步分離，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進行水蒸汽變換：CO+H2O=CO2+H2，這樣生產甲醇需排放大量的CO2。據初步計算，煤、氣、油聯合制甲醇裝置的CO2年排放量僅為630 kt，較同規模單一煤炭為原料的甲醇裝置少排3.59 Mt。

4 結束語

采用煤、氣、油聯合生產甲醇，實現了資源互補。H、C互補為解決煤漿氣化和天然氣轉化的H和C不平衡問題提供了新的思路。同時，采用H、C互補可以實現CO2的低排放，降低了CO變換反應裝置的投資成本。此項目正在建設中，對于H、C互補的具體實現和生產過程有待于裝置開車后的檢驗。

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

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

[3]門長貴.制取甲醇合成原料氣的煤氣化工藝技術選擇[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