煤化工尾氣脫碳與低溫甲醇洗集成工藝對(duì)比分析

葉 濤，吳 蒙，劉素麗，梁雪美

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，寧夏銀川 750411）

煤化工尾氣脫碳與低溫甲醇洗集成工藝對(duì)比分析

葉 濤，吳 蒙，劉素麗，梁雪美

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，寧夏銀川 750411）

隨著國(guó)內(nèi)大型煤化工快速發(fā)展，特別是煤制油項(xiàng)目的規(guī)劃建設(shè)，隨之帶來(lái)了一些亟待解決的重要難題，即項(xiàng)目的投資大、工藝流程長(zhǎng)且復(fù)雜、污染嚴(yán)重、工藝物料繁多等問(wèn)題。本文提出煤制油項(xiàng)目低溫甲醇洗集成優(yōu)化工藝，就工藝流程長(zhǎng)且復(fù)雜、工藝物料繁多等問(wèn)題進(jìn)行探討，對(duì)尾氣脫碳與低溫甲醇洗集成優(yōu)化工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，為今后規(guī)劃項(xiàng)目煤制油工藝設(shè)計(jì)、技術(shù)方案論證提供初步的思路和見(jiàn)解。

尾氣脫碳；低溫甲醇洗；集成；對(duì)比分析

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司400萬(wàn)噸/年在建煤炭間接液化項(xiàng)目[1]、內(nèi)蒙古伊泰煤制油有限責(zé)任公司在建500萬(wàn)噸/年煤基合成油項(xiàng)目、潞安集團(tuán)540萬(wàn)噸/年在建煤制油項(xiàng)目等大型煤制油項(xiàng)目中合成油尾氣處理工藝基本都采用MDEA工藝脫碳技術(shù)[2]。從目前伊泰16萬(wàn)噸/年煤制油項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)營(yíng)及以后的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)方面看，MDEA工藝是成熟的、可靠的生產(chǎn)工藝[3]，但是整條工藝生產(chǎn)線上卻增加了一個(gè)生產(chǎn)單元、一種物料介質(zhì)、一個(gè)污染排放口、一套生產(chǎn)管理操作管理。

中國(guó)是全球最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，煤炭占所有一次性能源消耗量的70%，80%以上的電廠使用煤炭發(fā)電[4]。據(jù)BP集團(tuán)2013年7月發(fā)布的《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示[5]，2012年中國(guó)煤炭消費(fèi)量為1 783.3百萬(wàn)噸油當(dāng)量，同比增長(zhǎng)6.1%，在全球煤炭消費(fèi)總量中的比例首次超過(guò)50%，達(dá)到50.2%。隨著國(guó)家提出“煤炭資源高效利用”的十二五規(guī)劃，對(duì)煤炭資源轉(zhuǎn)化提出的要求越來(lái)越高，為了節(jié)省投資、高效利用、合理規(guī)劃煤制油項(xiàng)目，針對(duì)本公司在建煤制油項(xiàng)目情況，就現(xiàn)有的MDEA尾氣脫碳與低溫甲醇洗工藝集成進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，為今后規(guī)劃項(xiàng)目煤制油工藝設(shè)計(jì)、技術(shù)方案論證提供初步的思路和見(jiàn)解。

1 MDEA尾氣脫碳與低溫甲醇洗集成工藝流程對(duì)比分析

1.1 MDEA脫碳尾氣工藝簡(jiǎn)易流程

合成油尾氣經(jīng)變換后進(jìn)入MDEA脫碳單元進(jìn)行處理，即來(lái)自變換單元的變換氣進(jìn)入吸收塔，吸收氣體中的CO2氣（R2NCH3+CO2+H2O=R2CH3NH+HCO3-），經(jīng)洗滌后的凈化氣通過(guò)冷卻、分離、干燥送往PSA裝置制氫；富胺液進(jìn)入閃蒸塔釋放有效氣（CO，H2，少量CO2氣）后進(jìn)入熱再生塔；在熱再生塔頂部減壓釋放CO2尾氣去后續(xù)的尾氣處理系統(tǒng)排入大氣，從塔中部抽出貧液作為吸收塔的吸收劑，完成整個(gè)循環(huán)（見(jiàn)圖1）。

自1953年MDEA工藝被開(kāi)發(fā)后，就一直是化工工藝尾氣處理的主要工藝，但在整條煤制油工藝生產(chǎn)線上，為了控制油品合成尾氣中的CO2含量，增加此處理工藝，同時(shí)也增加了人力、設(shè)備、物料、電耗、水耗等大量的投資，以及后續(xù)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理和檢維修費(fèi)用。為此，增加了整個(gè)煤制油工藝技術(shù)配置的復(fù)雜性和工廠的投資費(fèi)用。

1.2 低溫甲醇洗集成工藝簡(jiǎn)易流程

圖1 MDEA脫碳尾氣工藝簡(jiǎn)易流程

圖2 低溫甲醇洗集成工藝簡(jiǎn)易流程

目前，煤基合成油項(xiàng)目中，為了使得合成油所需凈化氣達(dá)到指標(biāo)（總硫含量小于0.1 mg/L，HCN含量小于0.1 mg/L，NH3含量小于0.1 mg/L，裝置壓降小于3 MPa，H2+CO有效氣回收率大于99.5%，CO2濃度小于0.5%），粗煤氣的凈化氣處理工藝基本都采用低溫甲醇洗工藝，將MDEA尾氣脫碳裝置與低溫甲醇洗裝置進(jìn)行集成提供了可能。低溫甲醇洗集成工藝方案（見(jiàn)圖2），與傳統(tǒng)的煤制油項(xiàng)目中尾氣處理工藝相比，此方案去掉了一套MDEA裝置，只需要在低溫甲醇洗裝置內(nèi)增加很少的設(shè)備，用的吸收劑也是低溫甲醇洗裝置中的甲醇，不需要消耗其他的物料，即油品合成尾氣經(jīng)變換、冷卻后進(jìn)入增加的吸收塔，凈化后的凈化氣送去PSA裝置（不用進(jìn)行干燥）；富甲醇送去凈化裝置固有的中壓閃蒸系統(tǒng)，釋放有效氣（CO，H2，少量CO2氣）經(jīng)壓縮機(jī)送往系統(tǒng)中循環(huán)利用；后續(xù)的解析、熱再生完全依托固有的低溫甲醇洗裝置處理，完全可以滿足油品合成尾氣工藝指標(biāo)。根據(jù)德國(guó)林德公司對(duì)尾氣處理工藝的研究，氣體組分可能會(huì)波動(dòng)產(chǎn)生C5以上的物質(zhì)，將會(huì)影響到低溫甲醇洗裝置的吸收效果，會(huì)造成去F-T合成裝置的合成氣指標(biāo)不合格。因此，控制好油品合成尾氣中組分是此集成工藝技術(shù)的關(guān)鍵因素。

由此可見(jiàn)，尾氣處理與低溫甲醇洗技術(shù)集成工藝會(huì)減少煤制油裝置的投資、工藝裝置數(shù)量、物料種類(lèi)、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及維護(hù)費(fèi)用，并且會(huì)達(dá)到裝置“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”要求。

2 MDEA尾氣脫碳與低溫甲醇洗集成技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

2.1 裝置投資和操作費(fèi)用對(duì)比分析

從裝置投資成本可以看出，煤制油項(xiàng)目中低溫甲醇洗集成工藝設(shè)備數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單獨(dú)設(shè)置MDEA尾氣脫碳裝置，大大節(jié)省了裝置設(shè)備投資。從操作費(fèi)用對(duì)比分析，單獨(dú)設(shè)置MDEA脫碳工藝在胺液消耗、再生蒸汽消耗、脫鹽水消耗、電耗、設(shè)備維護(hù)和檢修費(fèi)用、人力資源費(fèi)用等生產(chǎn)操作費(fèi)用上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低溫甲醇洗集成工藝。因此低溫甲醇洗集成工藝的各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于單獨(dú)設(shè)置MDEA尾氣脫碳工藝，具體對(duì)比分析（見(jiàn)表1）。

2.2 單獨(dú)設(shè)置MDEA尾氣脫碳工藝與低溫甲醇洗集成工藝對(duì)煤制油項(xiàng)目投資的對(duì)比分析

采用低溫甲醇洗集成工藝，可以去掉一套MDEA脫碳裝置，并且在低溫甲醇洗裝置只增加了很少的一部分設(shè)備，富甲醇的處理完全依托低溫甲醇洗裝置的設(shè)備，不會(huì)增加額外的操作人員配置，并由價(jià)廉易得的吸收劑甲醇取代昂貴的二乙醇胺。對(duì)于操作費(fèi)用，對(duì)整個(gè)煤制油項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，減少了吸收劑、電、脫鹽水、蒸汽等物料的耗量，也大大減少了設(shè)備的維護(hù)和檢修、人力資源配置的費(fèi)用。具體對(duì)比分析（見(jiàn)表2）。

3 MDEA尾氣脫碳與低溫甲醇洗集成工藝技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

目前，國(guó)內(nèi)外已有超過(guò)40套以上的尾氣脫碳工藝應(yīng)用，且工藝技術(shù)成熟，但是低溫甲醇洗集成工藝還未有成熟業(yè)績(jī)。因此，從使用業(yè)績(jī)和技術(shù)成熟角度而言，單獨(dú)設(shè)置MDEA尾氣脫碳工藝優(yōu)于低溫甲醇洗集成工藝。兩種工藝設(shè)置對(duì)比分析（見(jiàn)表3）。

表1 裝置投資和操作費(fèi)用對(duì)比分析

表2 單獨(dú)設(shè)置MDEA尾氣脫碳工藝與低溫甲醇洗集成工藝對(duì)煤制油項(xiàng)目投資的對(duì)比分析

表3 MDEA尾氣脫碳與低溫甲醇洗集成工藝技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

4 結(jié)論和建議

采用低溫甲醇洗集成工藝，還未出現(xiàn)工業(yè)化運(yùn)營(yíng)裝置，缺少運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較大，但是從大型煤制油項(xiàng)目固定投資的角度、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)角度確實(shí)是有很大的優(yōu)勢(shì)，尤其是面對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)煤制油項(xiàng)目越來(lái)越熱，項(xiàng)目規(guī)模越來(lái)越大，面對(duì)國(guó)家對(duì)煤炭的高效利用和項(xiàng)目投資成本控制的要求越來(lái)越高，有必要選擇國(guó)內(nèi)具有廣闊發(fā)展前景的新工藝技術(shù)，因此建議新建煤制油項(xiàng)目中，油品合成尾氣處理工藝采用低溫甲醇洗集成工藝。

［1］ 李明忠，曲照貴.神華寧煤煤間接液化項(xiàng)目出油［J］.中國(guó)石油和化工，2017，（1）:78.

［2］ 楊海燕.分離CH4/CO2的吸附劑研究［D］.哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

［3］ 張弛.一種新型的氣體脫硫和尾氣處理工藝［J］.廣州化工，2014，42（10）:127-129.

［4］ 王世文.中國(guó)煤炭消費(fèi)、生產(chǎn)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)［J］.經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，2011，（11）:38-41.

［5］《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》發(fā)布揭能源市場(chǎng)三大新趨勢(shì)［J］.中國(guó)石化，2013，（7）：5.

The comparative analysis on the exhaust decarbonization and low temperature methanol purification integration process in the coal chemical industry

YE Tao，WU Meng，LIU Suli，LIANG Xuemei
（Shenhua Ningxia Coal Group Ltd.，Yinchuan Ningxia 750411，China）

As the development of the coal chemical industry in domestic,especially the construction of coal to liquids（CTL）project,some important problems need to be solved urgently, just like large investment,long and complex process flow,severe pollution,various process materials.This paper has give a comparative analysis on the process of low temperature methanol purification integrated optimization and the exhaust decarbonization,and provide a preliminary ideas and opinions on the CTL process design and technology scheme comparison.

exhaust decarbonization；low temperature methanol purification；integration；comparative analysis

TE665.3

A

1673-5285（2017）05-0134-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.032

2017－04-05

葉濤，男（1985-），寧夏人，研究生，工程師，畢業(yè)于常州大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，現(xiàn)從事神華煤制油項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、管理、建設(shè)等相關(guān)工作。