CN101224871A - 合成气的深度净化方法 - Google Patents

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Abstract

一种以煤、焦炭、重油、渣油或天然气为原料制取的合成气的深度净化方法。它是将含有(H2S+COS)10ppb~10ppm,氯10ppb~5ppm,羰基金属化合物20ppb~5ppm、氧1~5000ppm、砷20ppb~2ppm的合成气通过深度水解催化剂、深度精脱硫剂、保护剂、脱氧剂与脱砷剂使总硫(H2S+COS)<0.01ppm即10ppb,氯<0.01ppm即10ppb,羰基金属化合物<0.02ppm即20ppb、氧<1ppm与砷<0.02ppm即20ppb,达到深度净化的目的,以使甲醇合成催化剂的寿命从现在的2年延长到4~6年,费托(F-T)合成催化剂的寿命从现在的8~12个月延长到2~3年,羰基合成生产醋酸、醋酐、丁辛醇等使用的贵金属Pd、Pt、Rh、Au、Ag等催化剂的寿命成倍延长。

Description

合成气的深度净化方法
技术领域
本发明涉及煤、焦炭、重油、渣油或天然气为原料制取的合成气的深度净化方法,其指标是将H2S、COS分别脱除至<0.005×10-6即5ppb,总硫TS(H2S+COS)脱除至<0.01×10-6即10ppb,氯脱除至<10ppb,羰基金属化合物脱除至<20ppb,氧脱除至<1ppm,砷脱除至<20ppb。
背景技术
以煤、焦炭、重油、渣油或天然气为原料制取的合成气的大中型甲醇厂或煤制油厂,其合成气大多采用低温甲醇洗净化,甲醇合成催化剂的寿命一般为2年,煤制油费托合成催化剂的寿命为8~12个月,这2种合成催化剂价格贵,装量又多,大、中型甲醇厂一次装量达100~200吨,达1000~2000万元,大、中型煤制油厂一次装量达500~1000吨,达7500~15000万元,因此成倍延长这2种合成催化剂的寿命是当前迫切需解决的问题。
合成催化剂使用寿命较短的主要原因是:
(1)硫中毒。低温甲醇洗出口的合成气中总硫TS(H2S+COS)≤0.1ppm,有些厂方反映,当工况条件波动时TS常可>0.1ppm,而硫的中毒是累积性的,某甲醇厂甲醇催化剂寿命达3年,废催化剂从上、中、下取各点送国家化工催化剂质检中心测定的平均硫含量为0.16%,由此计算甲醇合成催化剂如使用寿命达4~6年,则合成气中的TS(H2S+COS)必须<0.01~0.02ppm即1O~20ppb。
(2)其它毒物如氯、羰基金属化合物、氧、砷也能使催化剂严重中毒。
上述合成气中硫化物除H2S外,COS常为最主要的有机硫,微量硫(H2S、COS)可使后工段的催化剂严重中毒而失活,是使甲醇合成、氨合成、煤制油费托(F-T)合成与羰基合成等催化剂失活的最主要原因。过去的常温精脱硫技术(见ZL93107483.5ZL95112604.0),可以将以煤为原料制取的合成气中总硫脱除到<0.1×10-6即0.1ppm的精脱硫问题,使相当一部分小型甲(联)醇厂的单塔甲醇合成催化剂寿命从过去的2~3个月延长至2~3年,有了很大的进步。鲁南化肥厂以煤为原料的10万吨甲醇/年装置,从2000年开始在合成气中均采用常温精脱硫工艺,第1、第2炉甲醇催化剂的寿命分别为3.1年与1.5年,分析失活后卸下的甲醇催化剂的硫含量分别为0.16%与0.26%,由合成气的空速(1500~2000h-1)推算合成气中的总硫分别为0.04与0.11ppm即40与110ppb。因此对目前正在发展的大中型甲醇厂,如上所述迫切需要将甲醇催化剂寿命进一步延长至4~6年,以保证2个大修周期少更换1次甲醇催化剂,取得更大效益,就必须脱除总硫至<0.01ppm即10ppb,同时还要根据具体工况将氯、羰基金属化合物、氧或砷进一步全部或部分脱除,即需要实施本发明的深度净化方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以煤、焦炭、重油、渣油或天然气为原料制取的合成气的深度净化方法,其指标是将H2S、COS分别脱除至<0.005×10-6即5ppb,总硫TS(H2S+COS)脱除至<0.01×10-6即10ppb,氯脱除至<0.01×10-6即<10ppb,羰基金属化合物脱除至<0.02×10-6即<20ppb,氧脱除至<1×10-6即<1ppm,砷脱除至0.02×10-6即<20ppb,使后工段的甲醇合成气催化剂的寿命从2年延长至4~6年,煤制油费托合成催化剂从8~12个月延长至2~3年,羰基合成生产醋酸、醋酐、丁辛醇等使用的贵金属(Pd、Pt、Rh、Au、Ag等)催化剂的寿命可成倍延长。
实现本发明目的的深度净化工艺流如下:
Figure S2008100468675D00021
Figure S2008100468675D00022
以煤、焦炭、重油、渣油或天然气为原料制取的低温甲醇洗出口的合成气,(H2S+COS)10ppb~10ppm,氯10ppb~5ppm,羰基金属化合物20ppb~5ppm、氧1~5000ppm、砷20ppb~2ppm,合成气先后经过深度净化塔1、深度净化塔2、深度净化塔3,得深度净化合成气。
深度净化塔1装EH-5型深度水解催化剂、HTS-1或HTS-2型深度精脱硫剂,EH-5型深度水解催化剂将COS水解成H2S,用HTS-1或HTS-2型深度精脱硫剂将H2S反应吸收,使H2S、COS分别脱除至<0.005ppm,H2S+COS小于0.01ppm。
深度净化塔2装ET-3A型保护剂与ET-8A型保护剂,ET-3A型保护剂将氯脱除至<0.01ppm、经过ET-8A型保护剂将羰基铁+羰基镍脱除至<0.02ppm。
深度净化塔3装CTO-1型脱氧剂与TAS-1型脱砷剂,经过CTO-1型脱氧剂将氧脱除至<1ppm,经过TAS-1型脱砷剂将砷脱除至<0.02ppm。
EH-5型深度水解催化剂系由碱金属(20~40%)、TiO2或Al2O3(60~80%)组成。
HTS-1型与HTS-2型深度精脱硫剂系由氧化铜(30~50%)一氧化铁(50~70%)复合氧化物或氧化锌(60~90%)一氧化铜(10~40%)复合氧化物组成。
ET-3A型保护剂系由氧化钙(8~42%)、氧化锌(8~30%)、氧化铝(10~45%)和碳酸钠(5~25%)复合氧化物组成,各成分所占百分数之和为100%。
ET-8A型保护剂系由氧化铜(3~20%)、氧化锌(10~30%),余为活性炭载体组成。
CTO-1型脱氧剂系由氧化铈(1~10%)、氧化铜(1~15%)、三氧化钼(3~15%),余为氧化铝载体组成。
TAS-2型脱砷剂系由氧化锌(25~65%)、氧化铜(20~50%)和氧化铝(15~45%)组成。
上述合成气的深度净化方法中必须使用深度水解催化剂与深度精脱硫剂,根据合成气的原料、工况条件与用户要求,可全部或部分采用ET-3A、ET-8A保护剂、CTO-1脱氧剂与TAS-2脱砷剂。
上述的深度水解催化剂、深度精脱硫剂、保护剂、脱氧剂及脱砷剂组成百分比均为质量百分比。
上述的深度水解催化剂、深度精脱硫剂、保护剂、脱氧剂及脱砷剂均经过突然升压至150kg/cm2、突然卸压至常压的强化试验100次,卸下后颗粒完整,强度没有变化,因此均可在≤150kg/cm2下使用。
上述的脱氧剂、脱砷剂均是湖北省化学研究生产的市售品,已分别在多个工厂应用。
深度净化后合成气达到下列指标:
H2S<5ppb;                         COS<5ppb;
TS(H2S+COS)<10ppb;                氯<10ppb;
Fe(CO)5+Ni(CO)4<20ppb;            O2<1ppm;
AsH3<20ppb。
本发明采用的EH-5型深度水解催化剂在空速6000~12000h-1及温度30~200℃条件下将COS脱除至<5ppb;HTS-1或HTS-2型深度精脱硫剂在空速4000~8000h-1及温度10~250℃,最佳温度30~150℃条件下将H2S脱除至<5ppb。
本发明采用的ET-3A保护剂在空速3000h-1及温度10~280℃条件下将氯脱除至<10ppb。
本发明采用的ET-8A保护剂在空速5000~7000h-1及温度10~250℃条件下将Fe(CO)5+Ni(CO)4脱除至<20ppb。
本发明采用的CTO-1脱氧剂在空速3000~6000h-1及温度30~300℃,最佳温度为60~200℃条件下将O2脱除至<1ppm。
本发明采用的TAS-2脱砷剂在空速3000~6000h-1及温度10~160℃条件下将AsH3脱除至<0.02ppm。
上述几种脱除剂、保护剂的组合使用,因低温甲醇洗前后造气的原料(煤、天然气、焦炭、重油等)、工艺不同,生产的产品对深度净化要求也不同,故不同的用户对合成气的深度净化技术指标也有区别。通常深度脱硫(H2S<5ppb,COS<5ppb)是必须的,在合成气制清洁燃料油中还须加脱氧剂、脱氯剂,而合成气制甲醇中须加脱氯与脱羰基金属化合物的保护剂。根据不同需要,上述的深度净化技术工艺由3个深度净化塔减为2个或1个深度净化塔组成。
本发明可用于合成气制清洁燃料油、甲醇、醋酐、醋酸、二甲醚、碳酸二甲醋、丁辛醇等许多精细化工产品,特别适用于煤制合成气生产的精细化工产品以保护昂贵的高效催化剂,贵金属催化剂或保证产品质量。
本发明的有益效果:
1、采用本发明的深度净化方法,可将H2S、COS分别脱除至<5ppb,TS(H2S+COS)<10ppb;氯脱除至<10ppb;羰基金属化合物Fe(CO)5+Ni(CO)4脱除<20ppb,O2脱除至<1ppm,AsH3脱除至<20ppb。根据我们长期的工业应用经验,就可使甲醇合成催化剂寿命从现在的2年(未用本深度净化方法)延长至4年以上,实现2个大修周期方更换一次甲醇合成催化剂,以年产66万吨甲醇为例,其经济效益为:
(1)4年中少换1次甲醇催化剂(1次装填为135吨,每吨催化剂10万元),节约1350万元,折算年效益为337.5万元。
(2)4年中节省1次停开车时间,可增加生产时间20天,增产甲醇约4万吨(日产甲醇1980吨),按吨甲醇利润低限500元计,则增产甲醇效益为2000万元,折算年效益为500万元。
(3)本发明的深度净化方法年操作费(深度净化剂费+设备折旧费)为150万元。
上述3项加、减之后,年经济效益为约687万元,如果按吨甲醇利润1000元计,则年经济效益可达1187万元。
2、采用本发明后,可使煤制油费托合成催化剂从现在的8~12月(未采用本发明)延长至2~3年,在3年中少换2~3次费托合成催化剂,以年产48万吨清洁燃料油(可再分离成汽油、柴油等产品)为例,其经济效益为:
(1)3年中少换2~3次费托合成催化剂(1次装量550吨,每吨15万元,1次费托合成催化剂费用8250万元),其节约费托合成催化剂费用为16500~24750万元,折算年效益为5500~8250万元。
(2)3年中节省2~3次停开车,增加生产时间40~60天(每节省1次停开车,可增加20天生产时间),共增产清洁燃料油5.8~8.7万吨(日产清洁燃料油1450吨),按吨清洁燃料油利润低限500元计,则增产的清洁燃料油效益为2900~4350万元,折算年效益为967~1450万元。
(3)本发明的年操作费(深度净化剂费+设备折旧费)为250万元。
上述3项加减之后,年经济效益可达6217~9450万元。
由上述计算可知,在以煤为原料的大中型甲醇厂或煤制油厂的合成气中的应用本发明后的经济效益十分显著,煤制油厂的效益更为显著,比甲醇厂效益高约6-8倍。
附图说明
图1是煤、焦炭、重油、渣油或天然气为原料制取的合成气深度净化工艺流程
图中来自低温甲醇洗的合成气先后经过深度净化塔1深度精脱硫、深度净化塔2深度脱氯脱羰基铁+羰基镍、深度净化塔3深度脱氧脱砷,得深度净化合成气。
具体实施方式
实施例1
陕西金巢投资公司的煤制清洁燃料油万吨级工业试用装置上已采用本发明的深度净化工艺流程:来自湿法栲胶脱硫后的粗合成气,气量1200Nm3/h,气体温度40~100℃,压力0.7~1.0MPa,H2S≤150mg/m3,氯<1ppm,O2 2000-4000ppm,经过常温精脱硫工艺后,总硫TS可脱除至0.1~1ppm,再经过本发明的深度净化塔1与塔2(两塔中装入EH-5深度水解催化剂、HTS-1、HTS-2深度精脱硫剂与ET-3A保护剂)与塔3(装入CTO-1脱氧剂),深度净化精制后的合成气去费托合成工段。深度净化精制后的合成气中,H2S 3ppb,COS3ppb,CS2 5ppb,氯8ppb,O2 0.8ppm。精制后的合成气中尚有5ppb的CS2,是本工业试用装置运行的特殊状况,在以后的大中型煤制油工业装置中,均采用低温甲醇洗脱碳、脱硫,其合成气中CS2含量极低(<1ppb),可不予考虑深度净化。
2008年1月11日经过3天的调试,深度净化装置一次开车成功,即采用本发明深度净化技术后的合成气中H2S+COS<10ppb,氯<10ppb,O2<1ppm的指标。
上述实施例,工艺中未采用低温甲醇洗脱硫脱碳,故粗合成气含有CS2,系特例。今后生产装置中采用低温甲醇洗后,粗合成气中CS2含量完全脱净,CS2<1ppb,不必深度净化。采用常规湿法脱硫与常温精脱硫并经深度净化塔1、塔2、塔3后,不仅使总硫(H2S+COS)=6ppb,达到<10ppb的指标,也使氯与氧分别达到<10ppb与<1ppm的指标。根据本实施例的实际工况,在采用深度净化技术时不需要加ET-8A保护剂(脱除羰基金属化合物)与脱砷剂。

Claims (8)

1.以煤、焦炭、重油、渣油或天然气为原料制取的合成气的深度净化方法,其特征是:合成气经EH-5型深度水解催化剂,将COS水解成H2S,用HTS-1或HTS-2型深度精脱硫剂将H2S反应吸收,使H2S、COS分别脱除至<0.005ppm,H2S+COS小于0.01ppm,或者还经过ET-3A型保护剂将氯脱除至<0.01ppm、或者还经过ET-8A型保护剂将羰基铁+羰基镍脱除至<0.02ppm、或者还经过CTO-1脱氧剂将氧脱除至<1ppm,或者还经过TAS-1型脱砷剂将砷脱除至<0.02ppm,达到深度净化指标。
2.如权利要求1所述的合成气的深度净化方法,其特征是;采用的EH-5型深度水解催化剂在空速6000~12000h-1及温度30~200℃条件下将COS脱除至<5ppb;HTS-1或HTS-2型深度精脱硫剂在空速4000~8000h-1及温度10~250℃条件下将H2S脱除至<5ppb。
3.如权利要求1所述的合成气的深度净化方法,其特征是;采用的EH-5型深度水解催化剂在空速6000~12000h-1及温度30~200℃条件下将COS脱除至<5ppb;HTS-1或HTS-2型深度精脱硫剂在空速4000~8000h-1及温度30~150℃条件下将H2S脱除至<5ppb。
4.如权利要求1所述的合成气的深度净化方法,其特征是;采用的ET-3A保护剂在空速3000h-1及温度10~280℃条件下将氯脱除至<10ppb。
5.如权利要求1所述的合成气的深度净化方法,其特征是;采用的ET-8A保护剂在空速5000~7000h-1及温度10~250℃条件下将Fe(CO)5+Ni(CO)4脱除至<20ppb。
6.如权利要求1所述的合成气的深度净化方法,其特征是;采用的CTO-1脱氧剂在空速3000~6000h-1及温度30~300℃条件下将O2脱除至<1ppm。
7.如权利要求1所述的合成气的深度净化方法,其特征是;采用的CTO-1脱氧剂在空速3000~6000h-1及温度60~200℃条件下将O2脱除至<1ppm。
8.如权利要求1所述的合成气的深度净化方法,其特征是;采用的TAS-2脱砷剂在空速3000~6000h-1及温度10~160℃条件下将AsH3脱除至<20ppb。
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