合成氣深度凈化技術(shù)及其經(jīng)濟性分析

第1期李喜云等:合成氣深度凈化技術(shù)及其經(jīng)濟性分析合成氣深度凈化技術(shù)及其經(jīng)濟性分析李喜云',雷軍2,張清建2(1武漢外語(yǔ)外事職業(yè)學(xué)院,湖北武漢430083;2華爍科技股份有限公司,湖北武漢430074)摘要:煤制甲醇、煤制油和煤制天然氣裝置的大型化趨勢,對合成氣的凈化提出了更高的要求。介紹了合成氣深度凈化的重要性,并以100萬(wàn)ta甲醇裝置和400萬(wàn)ta煤制油裝置為例,分析了使用華爍公司合成氣深度凈化技術(shù)帶來(lái)的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞:合成氣;深度凈化;甲醇;煤制油;經(jīng)濟效益中圖分類(lèi)號:TQO28.2文獻標識碼:B文章編號:10019219(2013)016803石油資源短缺,油價(jià)高企,促進(jìn)了以合成氣轉源化工有限公司投資的陜北化工能源基地榆橫煤化為主的碳一化學(xué)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展,尤其是潔凈綜合利用示范項目一期建設100萬(wàn)ta煤間接富煤少油的我國近年發(fā)展更為迅速。合成氣可以通液化制油示范裝置。過(guò)煤氣化、生物質(zhì)氣化或天然氣重整等方法生產(chǎn),為了緩解天然氣供應緊張狀況,煤制天然氣在國內目前和未來(lái)相當長(cháng)一段時(shí)間將以煤氣化為主,我國將會(huì )有較大發(fā)展。目前我國在建和規劃建設而從更長(cháng)遠來(lái)看,生物質(zhì)氣化將扮演重要角色。的煤制天然氣項目有十多個(gè),合計產(chǎn)能達600億從合成氣出發(fā),既能合成油和天然氣,也能合m3/a,預計2015年末我國煤制天然氣產(chǎn)量將形成產(chǎn)成眾多的化工產(chǎn)品,如甲醇、乙醇、低碳混合醇、能200億ma,產(chǎn)量達約150億~180億m3。甲醚、氨、烯烴、芳烴、乙二醇、氫氣等等。合成氣含有硫、羰基金屬等有害雜質(zhì),為保護合成氣生產(chǎn)甲醇,目前我國產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)5000下游的合成催化劑,必須盡可能將其脫除干凈。許萬(wàn)ta,生產(chǎn)企業(yè)有270多家,以中小型裝置居多。近多經(jīng)驗已經(jīng)證明徹底脫除合成氣中的有害雜質(zhì),能年由于甲醇的燃料用途(直接使用、制二甲醚和甲大大提高下游催化劑的使用壽命和活性穩定性,不縮醛等)的迅速擴大以及甲醇制烯烴(乙烯、丙烯)、少廠(chǎng)家在提高氣體凈化程度和操作水平后,甲醇合甲醇制芳烴等新型煤化工技術(shù)的興起,促進(jìn)了大型成催化劑和甲烷化催化劑的壽命成倍提高。甲醇甲醇裝置的發(fā)展,幾十套50萬(wàn)ta以上規模的大型煤制油、煤制天然氣等項目的大型化對合成氣凈化甲醇裝置已經(jīng)建成或正在加緊建設,其中規模最大提出了更高的要求,須對合成氣進(jìn)行深度凈化。的內蒙古鄂爾多斯中天合創(chuàng )甲醇項目產(chǎn)能達360深度凈化技術(shù)的應用具有較好的經(jīng)濟效益,本萬(wàn)t/a。文以華爍科技股份有限公司的技術(shù)為例進(jìn)行分析。根據我國《化工產(chǎn)業(yè)中長(cháng)期發(fā)展規劃):20151華爍合成氣深度凈化技術(shù)年煤制油規劃年產(chǎn)1000萬(wàn)t,2020年達3000萬(wàn)to煤制油有直接法和間接法,都在大力發(fā)展,其中間華爍深度凈化技術(shù)是針對大型甲醇廠(chǎng)、煤制油接法是經(jīng)過(guò)合成氣的生產(chǎn)技術(shù)。目前神化集團百萬(wàn)廠(chǎng)中的甲醇催化劑費托合成催化劑壽命較短開(kāi)發(fā)噸煤直接液化制油項目已進(jìn)入長(cháng)周期運行階段,潞的一種保護床技術(shù),由深度水解催化劑、深度凈化安集團和伊泰集團的兩套16萬(wàn)ta煤間接液化制精脫硫劑、保護劑與HC5高靈敏微量硫分析儀組油項目已投產(chǎn)運行,2011年6月,《神化寧煤集團煤成,能將低溫甲醇洗凈化工藝出口氣源中總硫炭間接液化項目申請報告》通過(guò)專(zhuān)家評估,項目設φ(Sg)從0.1×10°脫除至≤0.01×106,總羰基金屬計產(chǎn)能400萬(wàn)始a油品,2011年3月,由陜西未來(lái)能q(e(CO)5+Ni(COA)脫除至≤0.02×10°,從而延長(cháng)后工段甲醇催化劑和費托合成催化劑的壽命。甲醇裝中國煤化工毛和生產(chǎn)、管理收稿日期:0125作者簡(jiǎn)介:李喜云(96),女,經(jīng)濟學(xué)成本,國家CNMHG錄將100萬(wàn)ta碩士,講師,電郵Junyun@yahoo.com.cn天然氣化工(C1化學(xué)與化工)2013年第38卷以下規模的甲醇項目列為限制類(lèi)。一般認為產(chǎn)能小表1甲醇裝置中低溫甲醇洗出口氣源條件于50萬(wàn)ta的為中小型甲醇裝置,產(chǎn)能大于50萬(wàn)t流量g體積組成的為大型甲醇裝置。中小型裝置一般采用常壓固HS+COS定床間歇氣化爐,也稱(chēng)UGI爐,采用NHD或變壓吸308200661430480.122270.39<0.1×10°附脫硫脫碳后串常溫精脫硫工藝保證進(jìn)入甲醇合成塔原料氣中總硫q(Sg)≤0.1x10°,而大型裝置則該大型甲醇裝置甲醇催化劑一次裝填量160t,普遍采用流化床、氣流床等大型加壓氣化技術(shù),采催化劑壽命一般在2~3年,即每2年或2.5年進(jìn)行用低溫甲醇洗脫硫脫碳,保證進(jìn)入甲醇合成塔原料次大修,同時(shí)更換甲醇催化劑。氣中總硫φ(S)≤0.1×106,在這種條件下甲醇催化如采用華爍科技股份有限公司開(kāi)發(fā)的深度凈劑壽命一般為2-3年。因為甲醇催化劑為銅基催化化技術(shù),該甲醇廠(chǎng)將獲得以下幾個(gè)方面的效益:劑,對毒物尤其是硫化物十分敏感,硫化物中毒是(1)從目前一個(gè)大修周期更換一次催化劑延長(cháng)累積性的,當甲醇催化劑吸硫質(zhì)量分數達到016%至兩個(gè)大修周期更換一次催化劑,在5年中少更換時(shí),甲醇催化劑即失活。次甲醇催化劑,數量為160t,按目前售價(jià)10萬(wàn)元/國外大型甲醇裝置普遍在甲醇合成塔前設計t計算,5年共節省1600萬(wàn)元,折合年經(jīng)濟效益320有保護床,用來(lái)將低溫甲醇洗出口硫含量進(jìn)一步降萬(wàn)元。低,如采用華爍科技股份有限公司開(kāi)發(fā)的深度凈化(2)5年中節省一次開(kāi)停車(chē)時(shí)間,可增加生產(chǎn)時(shí)技術(shù)能將總硫脫至φ⑤Sg)≤0.01×10,φ(Fe(CO)+間20天,增產(chǎn)甲醇6l000t(日產(chǎn)甲醇3050),按甲NCOA脫除至≤002×106,在其它條件保證的基礎醇利潤500元∧計算(煤炭主產(chǎn)區,煤價(jià)低),則增產(chǎn)上(平穩操作、采用均溫內件提高管理水平等),甲甲醇效益3050萬(wàn)元,折合年經(jīng)濟效益610萬(wàn)元。醇催化劑使用壽命能達到5-6年,確保兩個(gè)大修周(3)該裝置如采用深度凈化技術(shù),年操作費用期更換一次催化劑。(催化劑費用+設備折舊費用)為150萬(wàn)元。煤間接液化制油項目核心為費托合成催化劑,上述3項加減之后,年經(jīng)濟效益為780萬(wàn)元。該催化劑有鈷系和鐵系兩種,均對硫化物敏感,硫22年產(chǎn)400萬(wàn)噸煤制油裝置使用深度凈化技術(shù)經(jīng)化物可在費托合成催化劑上累積導致催化劑中毒濟性分析失活。2011年6月,神化寧煤400萬(wàn)t/a大型煤制油根據我們和德國魯奇公司交流看,國外使用保廠(chǎng)已通過(guò)項目審批,目前正在進(jìn)行建設,其低溫甲護床能達到兩個(gè)目的:(1)當低溫甲醇洗工況發(fā)生醇洗出口氣源條件見(jiàn)表2。波動(dòng)時(shí),低溫甲醇洗出口總硫超標(φ(Ss)=(0.1-0.5)表2煤制油裝置中低溫甲醇洗出口氣源條件×10),有時(shí)甚至超標嚴重(總硫體積分數達百萬(wàn)分流量gn體積組成/%之幾),保護床能將超標的硫化物脫除,保護甲醇合H成催化劑;(2)當低溫甲醇洗出口穩定在φ(S)≤Co CH CO N, H,S+COS2780691604337550001.001.02<0.×1060.1×10°,保護床能將總硫脫除至φSs)≤001×106,延長(cháng)甲醇合成催化劑壽命。目前沒(méi)有確切的費托合成催化劑用量信息。已2經(jīng)濟性分析經(jīng)知道,經(jīng)過(guò)10年談判,該項目最終拋棄了南非沙索的技術(shù),而采用由中科合成油公司自主開(kāi)發(fā)的間2.1100萬(wàn)始a甲醇裝置使用深度凈化技術(shù)經(jīng)濟性接煤制油技術(shù),從該公司在2010年世界煤制油大分析會(huì )介紹資料可知,神化寧煤400萬(wàn)Ua大型煤制該大型甲醇廠(chǎng)地處內蒙古,采用鄂爾多斯本地油廠(chǎng)每年消耗費托合成催化劑3700,費托合成催煤,德士古水煤漿加壓氣化技術(shù),低溫甲醇洗脫硫化劑售價(jià)10萬(wàn)元,則每年催化劑消耗37億元脫碳,國內某著(zhù)名廠(chǎng)家的甲醇合成催化劑,低溫甲從該公山中國煤化工古伊泰集團16醇洗出口氣源條件見(jiàn)表1。萬(wàn)ta煤制CNMHG化劑裝填量為20,依此計算年嚴400萬(wàn)t項目費托合成催化劑裝第1期李喜云等:合成氣深度凈化技術(shù)及其經(jīng)濟性分析填量為500,年費托合成催化劑消耗量為3700t,則氣源中總硫q(S8)從0.1×10°脫除至≤001×106,總費托合成催化劑壽命為108h羰基金屬φ(Fe(CO)+Ni(CO)脫除至≤002×106,能中科合成油公司費托合成催化劑為鐵系,并含將甲醇催化劑壽命從目前的2-3年延長(cháng)至5~6年,多種金屬助劑,催化劑目前壽命較短,一方面是催確保兩個(gè)大修周期只更換一次甲醇催化劑,也能延化劑本身的活性衰退,可能另一方面是凈化工序控長(cháng)費托合成等催化劑的壽命。制不好所致,其16萬(wàn)ta煤制油示范項目介紹中提對于100萬(wàn)ta甲醇裝置,采用華爍科技股份到,氣源中q(HS)為17×10°時(shí)催化劑未見(jiàn)明顯硫中有限公司開(kāi)發(fā)的深度凈化技術(shù),年經(jīng)濟效益可達毒現象,由此可知在該項目中硫化物的凈化沒(méi)有得780萬(wàn)元。對于年產(chǎn)400萬(wàn)噸煤制油項目,采用華爍到充分重視。由于催化劑硫中毒可累積,如在低溫科技股份有限公司開(kāi)發(fā)的深度凈化技術(shù),年經(jīng)濟效甲醇洗工序后采用深度凈化技術(shù),將氣源中硫含量益可達11億元。采用深度凈化技術(shù)有較好的經(jīng)濟降低90%,則催化劑壽命會(huì )有明顯增加,如催化劑效益壽命增加50%,即從目前1081h增加為16215h,則參考文獻年催化劑用量將從3700t降低為2467t,年催化劑消耗將從37億元降低為2467億元,減少催化劑消1]汪家銘,蔡潔.煤制天然氣技術(shù)發(fā)展概況與市場(chǎng)前景天然氣化工(C1化學(xué)與化工,201035(1)64-70耗1233億元,扣除采用深度凈化技術(shù)后年操作費2]內蒙古伊泰煤制油有限公司.內蒙古伊泰集團年產(chǎn)16用(催化劑費用+設備折舊費用)1350萬(wàn)元,年經(jīng)濟萬(wàn)噸煤制油示范項目總體情況介紹cy2010年世界煤效益達11億元,經(jīng)濟效益非常明顯。制油大會(huì )北京:世界煤制油協(xié)會(huì )2010043結語(yǔ)[3]曹立仁中國自主知識產(chǎn)權煤間接液化技術(shù)一合成油示范廠(chǎng)進(jìn)展[cy2010年世界煤制油大會(huì )北京:世界煤制深度凈化技術(shù)能將低溫甲醇洗凈化工藝出口油協(xié)會(huì )201004Syngas deep purification technology and its economic analysisLI Xi-yun, LEI Jun?, ZHANG Qing-jian2'(1. Wuhan College of Foreign Languages and Foreign Affairs, Hubei Wuhan, 430083, China;2. Aiso TechnologyLd. Wuhan 430074 ChinaAbstract: The large-sized trend of coal to methanol, coal to oil and coal to gas had put forward higher requirement forpurification of syngas. The importance of syngas deep purification was described, and a methanol unit of one million tons per yearand a coal to oil unit of four million tons per year were used as examples to analyze the economic benefits of applying Haiso'ssyngas deep purification technology.Keywords: syngas; deep purification; methanol; coal to oil; economic benefit降低天然氣制氫燃料消耗的SSR催化劑技術(shù)換傳統的蒸汽轉化催化劑取得了良好的效果。在不同負荷美國 Catacel公司開(kāi)發(fā)的SSR制氫/合成氣技術(shù)涉及在下,減少燃料消耗最高達30%,爐溫降低35℃-70℃。更換催工程化的具有低壓降和優(yōu)異傳熱性能的金屬薄片載體涂覆化劑的投資回收期估計為21年專(zhuān)有的高性能催化劑。傳熱性能的提高可降低轉化爐溫度和據預測,到2015年全球氫氣需求量將達15億噸,而天燃料消耗,延長(cháng)爐管和轉化爐壽命。該技術(shù)2010年獲然氣是最廣泛使用的優(yōu)質(zhì)制氫原料。SR技術(shù)除用于天然氣Nortech創(chuàng )新獎,被認為是天然氣制氫領(lǐng)域的一大進(jìn)步。此技蒸汽轉化反應應田王江田管式反應器系統術(shù)2008年7月開(kāi)始在歐洲一個(gè)250mh的工業(yè)裝置進(jìn)行示的反應。中國煤化工范并得到驗證。2012年墨西哥的一個(gè)制氫廠(chǎng)用該催化劑替CNMHG(王熙庭)