煤、气、油联合生产甲醇实现资源互补和节能减排

刘丽娜 李 辉 王 鼎

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 靖边718500）

经验交流

煤、气、油联合生产甲醇实现资源互补和节能减排

刘丽娜 李 辉 王 鼎

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 靖边718500）

介绍了以煤、油田气和渣油为原料联合生产甲醇的工艺流程及其特点。水煤浆气化有效气的 n(H2)/n(CO)为 0.4～0.5，天然一段蒸汽气转化有效气的 n(H2)/n(CO)为 2.7～3.0，根据H、C元素互补理论，联合生产甲醇工艺将水煤浆气化副产多余的CO、天然气转化过剩的H2和渣油催化裂解时副产的干气（分离回收的部分H2）3者结合使合成气中的生产甲醇的合成气[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]达到2.05～2.15，达到“氢碳互补”，从而实现节能减排目的。

联合甲醇生产；氢碳比；氢碳互补；节能减排

我国正处于化石能源体系走向可持续发展能源体系的时代，开发煤炭清洁高效利用的节能减排环保型创新工艺，对调整产业结构、节约资源、保护生态环境将起到至关重要的作用[1]。

陕西某化工项目以煤、油田气（主要成分天然气）和渣油为原料，联合生产甲醇1.8 Mt/a。甲醇和渣油制烯烃，随后发展烯烃下游产业。该项目将多种原料进行优化配置，合理地调整原料中的氢碳比，使原料利用率有很大的提高。与国内外的煤制甲醇装置相比，能耗至少降低22%，1.8 Mt/a的生产能力可节约标准

煤670 kt[2]。这一项目的启动改变了过去以煤、天然气制甲醇的单一模式，把多种资源要求和生产要素进行优化和配置，打破传统煤化工与温室气体排放之间矛盾，建立起集约化并具有很强循环经济和节能减排特征的一体化产业集群，从而实现资源高效转化和清洁生产。

1 联合制备甲醇工艺介绍

以煤、油田气和渣油为原料联合生产甲醇的工艺流程如图1所示。

煤气化副产多余的CO，天然气转化过剩的H2和渣油催化裂解（DCC）时副产的干气（分离回收的部分H2）3者结合生产甲醇，通过合理地调整原料中的氢碳比使合成气满足制备甲醇的要求。另外，甲醇制取低碳烯烃（DMTO）装置可以回收一部分H2作为合成甲醇原料气。

2 H、C互补理论

H、C元素互补理论物料平衡[1]：

1)煤气化：

2)天然气转化：

3)合成甲醇：

煤炭与氧气发生的煤气化反应，n(H2)/n(CO)=0.5；天然气蒸汽一段转化生成有效气的n(H2)/n(CO)=3。由合成甲醇反应式，甲醇合成原料气的组分应为H2、CO和CO2，根据氢碳消耗的化学计量关系，应为[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]=2.05～2.15[3]。 为此需要将CO进行水蒸汽变换：CO+H2O=CO2+H2，将CO变换成H2，这样生产甲醇需排放大量CO2。

将水煤浆气化产生多余的CO和天然气转化产生多余的H2，进行H、C互补，就可以减少变换反应的量，同时可以提高甲醇的产量。采用H、C互补工艺可以减少CO2的排放量，还可以给净化岗位低温甲醇洗（CO2吸收装置）装置降低负担。H、C互补的工艺流程如图2所示。

国内相同技术和类似规模正在运行装置的工艺参数见表1。

表1 标准状态下的有效气组成Tab 1 Effective gas composition in standard condition

将表1数据采用式[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]计算，可得水煤浆煤气化有效气的n(H)/n(C)=0.45，天然一段蒸汽转化有效气的n(H)/n(C)=2.73。以上工艺数据计算n(H)/n(C)的结果，与理论值和上述装置基础设计工艺参数基本相符，进一步证实了H、C互补的可实现性。

3 H、C互补实现节能与CO2减排

3.1 节能

由于H、C互补，需要变换的CO量减少，这样变换设备的负荷减少，在节能的同时可以降低甲醇装置的设备投资费用。同时燃料气回收给甲烷转化炉供热，对比常规天然气蒸汽转化，可以大幅降低天然气的用量，降低了CO2和NOx的排放量；高纯氢气的回收，可以作为原料提供给聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）装置。DCC和DMTO装置燃料气和高纯氢气回收量如表2所示。

表2 DCC和DMTO装置气体回收量Tab 2 Amount of gas recovered by DCC and DMTO device

渣油DCC装置副产的干气和DMTO装置副产（CH4+H2）气体混合进入第1套变压吸附制氢（PSA）装置，进行气体分离。分离出的氢气送合成气压缩工序，经压缩后直接进入甲醇合成系统。PSA的解析气中富含甲烷，可将一部分富甲烷作为原料气加压后送至甲烷转化系统，剩余部分甲烷转化系统作为燃料。DCC装置副产（CH4+H2）气体进入第2套PSA装置，分离出的氢气送回合成压缩工序，经过压缩后直接进入甲醇合成系统。PSA的解析气送至甲烷转化系统作为燃料。另外，甲醇合成驰放气进入膜分离装置，分离后，一股氢气返回甲醇合成系统，另一股氢气通过另1套PSA进一步分离，以提高氢气的纯度，PSA分离出的高纯度氢气加压后送至PP、PE装置。具体的燃料气和高纯氢气装置回收流程见图3。

3.2 减排CO2

如果选择单一的水煤浆气化制备甲醇，用于生产甲醇（CO+2H2=CH3OH）的合成气要求n(H2)/n(CO)=2，为此需要将约18%（由表1知）的CO进行水蒸汽变换：CO+H2O=CO2+H2，这样生产甲醇需排放大量的CO2。据初步计算，煤、气、油联合制甲醇装置的CO2年排放量仅为630 kt，较同规模单一煤炭为原料的甲醇装置少排3.59 Mt。

4 结束语

采用煤、气、油联合生产甲醇，实现了资源互补。H、C互补为解决煤浆气化和天然气转化的H和C不平衡问题提供了新的思路。同时，采用H、C互补可以实现CO2的低排放，降低了CO变换反应装置的投资成本。此项目正在建设中，对于H、C互补的具体实现和生产过程有待于装置开车后的检验。

[1]李琼玖,杜世权,廖宗富,等.实现CO2零排放的煤气化制甲醇创新工艺[J].中外能源,2009,14(8):33-40.

[2]沈浩,张积耀,吕春成,等.一种低碳技术合成甲醇的装置:中国,201722311U[P].2011-01-26.

[3]门长贵.制取甲醇合成原料气的煤气化工艺技术选择[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