CN102517086A - 煤气化制甲醇工艺中二氧化碳替代氮气作为煤粉输送气和反吹气的方法 - Google Patents

煤气化制甲醇工艺中二氧化碳替代氮气作为煤粉输送气和反吹气的方法 Download PDF

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侯刘涛
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Abstract

本发明涉及一种壳牌煤气化制甲醇工艺中气体输送和超高压反吹的方法。该方法是随着甲醇合成系统的开车，低温甲醇洗工段开始吸收并富集合成气中的CO2，经甲醇再生释放吸收CO2，把CO2回收后送往压缩机和空分产生的N2混合，混合气经加压后作为煤粉的输送气和反吹气，将输送气和反吹气以及煤粉送入气化炉，随着气化炉中CO2含量增加，低温甲醇洗工序分离出来的CO2也逐渐增多，逐渐减少压缩机混合气中的N2量，直到完全用CO2替代N2作为煤粉的输送气和反吹气。本发明方法在甲醇工艺中能增加甲醇产量，减少CO2气体排放，同时解决了大量氮气参与反应生成氨氮、造成污水处理难度增大及对环境不利的问题，实现了降低污染、提高产能和生产效率的目的。<b/>

Description

煤气化制甲醇工艺中二氧化碳替代氮气作为煤粉输送气和反吹气的方法
技术领域
本发明涉及一种煤气化制甲醇工艺，尤其涉及一种壳牌煤气化制甲醇工艺中气体输送和超高压反吹的方法。
背景技术
在壳牌煤气化行业中，尤其是在气化炉的正常生产过程中，粉煤从磨煤系统被输送到粉煤储仓中，从粉煤储仓进入粉煤排放罐是靠重力流入。该工作完成后粉煤排放罐与所有的低压设备隔离并充压，直到其罐内压力与粉煤给料罐相同，之后两罐之间的平衡阀、连通阀被先后打开，粉煤就从粉煤排放罐进入粉煤给料罐中。这个过程中需要大量的惰性气体，以达到粉煤排放罐充、泄压和稳定煤给料罐压力的目的。粉煤从粉煤给料罐进入气化炉煤烧嘴需要大量的惰性气体进行流化以及输送。为防止气化炉激冷段及过热段积灰、结垢而导致堵塞，壳牌设计用8.1MPa的超高压氮气对该部位进行定期反吹，此外飞灰过滤器滤芯的清理再生所用的惰性气体也是8.1MPa的超高压氮气。在粉煤排放罐的充压、粉煤给料罐压力的稳定、煤粉管线的粉煤输送及气化炉激冷段及过热段、飞灰过滤器的超高压反吹均需要大量的惰性气体。上述气体均采用空分装置所分离出来的氮气。利用氮气作为煤粉输送气和超高压反吹气的缺点明显：1、大量的氮气需要空分提高自身负荷，造成资源浪费。2、大量氮气进入气化炉中，与合成气（主要为CO、H2）发生反应生成大量氨氮，造成合成气的浪费，并给湿洗系统及污水处理系统带来很大难度。3、低温甲醇洗所产生的二氧化碳气体大量放空一方面造成浪费，另一方面给环境带来不利的影响，与我国节能减排的政策相抵触，增加了企业节能减排的压力。
发明内容
本发明要解决的技术问题：为了解决煤气化制甲醇初始工艺中使用大量氮气造成的浪费和不利影响，本发明提供一种降低能耗和污染、提高煤气化效率的壳牌煤气化制甲醇工艺中气体输送和反吹气的方法。
本发明的技术方案：
煤气化制甲醇工艺中二氧化碳替代氮气作为煤粉输送气和反吹气的方法，所述煤气化制甲醇包括气化工序、干法除灰工序、湿洗工序、变换工序、低温甲醇洗工序、甲醇合成及精馏工序，随着甲醇合成系统的开车，低温甲醇洗工段开始吸收并富集合成气中的CO2，经甲醇再生释放吸收CO2，把这部分CO2回收后送往压缩机与空分装置产生的N2形成混合气，混合气经压缩机加压后作为煤粉的输送气和反吹气，将输送气和反吹气以及煤粉送入气化炉，随着气化炉合成气中CO2的含量逐渐升高，低温甲醇洗工序分离出来的CO2也逐渐增多，逐渐减少混合气中N2的量，直到完全用CO2替代N2作为煤粉的输送气和反吹气。
所述合成气中H2S、COS的体积总含量低于0.5%。
所用压缩机入口气体的压力不低于0.02MPa；所述反吹气为气化炉用反吹气体和飞灰过滤器用反吹气体；混合气经压缩机压缩后的设计压力为8.1MPa。
所述气化工序是把干燥的煤粉在气化炉中与氧气、水蒸汽反应，生成3.7MPa的粗煤气，粗煤气的主要成分为CO和H2；所述甲醇合成工序是将纯净的CO和H2在5.0MPa、225℃、铜催化剂条件下合成甲醇。
本发明的积极效果：
（1）本发明利用低温甲醇洗副产物CO2，加压后替代N2作为煤粉的输送气和反吹气，部分CO2在高温下与煤粉发生还原反应生成CO，增加了合成气中有效气体CO的量，减少了N2含量，本发明方法在甲醇工艺中能增加甲醇产量，减少CO2气体排放，同时解决了大量氮气参与反应生成氨氮、造成污水处理难度增大及对环境不利的问题，实现了降低污染、提高产能和生产效率的目的。
（2）本发明用CO2替代N2作为煤粉输送气和反吹气对增产甲醇的效果非常明显，随着副产物CO2气体的增加，增产甲醇的量也就越多。以煤气化制甲醇年产50万吨的甲醇厂为例，按100%满负荷计算，每年可多生产甲醇约5万吨，按每吨2800元计算，可增加1.4亿元的收入，效益明显；同时放空CO2的量大幅度减少，按此计算，每年可少向大气中排放CO2气体16万吨，有突出的环保优势。
（3）本发明利用CO2替代N2作为煤粉输送气和反吹气，避免了大量使用氮气而造成空分装置的浪费问题，同时大量氮气进入气化炉造成合成气的浪费，产品能耗大大降低，本发明有突出的节能降耗优势。
附图说明
图1：壳牌煤气化制甲醇工艺流程简图。
具体实施方式
实施例1：壳牌煤气化制甲醇工艺中二氧化碳替代氮气作为煤粉输送气和反吹气的方法：
煤气化制甲醇方法包括气化工序、干法除灰工序、湿洗工序、变换工序、低温甲醇洗工序、甲醇合成及精馏工序，参见图1。
    气化工序主要是把干燥的煤粉，在气化炉中与气化剂（氧气、水蒸汽）反应，生成约3.7MPa的粗煤气（主要成分是CO和H2）；粗煤气经过合成气冷却器降温后，经由干法除灰工序中的高温高压飞灰过滤器除去粗煤气中夹杂的大部分飞灰；然后，粗煤气经过湿洗工序进一步降温、除灰，温度降至168℃，送至甲醇装置变换工序，进行CO变换，以调整原料气中CO和H2比例至1:2；变换工序后，粗煤气送至低温甲醇洗工序去除原料气中的硫化物、过多的CO2，之后，纯净的CO和H2经压缩机压缩后送至甲醇合成工序，在5.0MPa压力、225℃、铜催化条件下合成甲醇，由冷凝气化状态下的甲醇蒸气而后得到粗甲醇，粗甲醇经精馏工序去除高、低沸点杂质后得到精甲醇产品。在低温甲醇洗工序去除的H2S送到硫回收工序副产硫磺。
在气化工段初始开车时，由于甲醇系统还没有处于生产状态，此时甲醇系统没有大量的CO2富集。气化所用的煤粉输送气和反吹气主要用空分装置产生的低压N2，经高压CO2/N2压缩机加压后变成8.1MPa的超高压氮气。
随着甲醇系统开车，低温甲醇洗工段开始吸收并富集合成气中的CO2，经甲醇再生释放吸收的CO2，把这部分CO2回收后送到高压CO2/ N2压缩机和空分装置产生的N2一起被加压。当含有CO2的高压N2用来作为煤粉的输送气和反吹气进入气化炉后，气化合成气中CO2的含量会逐渐升高，低温甲醇洗工序分离出来的CO2越多；随着CO2的逐渐富集，相应慢慢减少空分装置中去高压CO2/N2压缩机的低压氮气量，直到实现最终的平衡。
1. 壳牌煤气化装置接受CO2应具备的条件：
（1）对CO2气品质的要求：CO2中（H2S+COS）体积总含量要小于0.5%；
（2）CO2压缩机入口低压氮气的压力为0.02MPa（压力不低于此数值），为了防止管网波动及CO2配比适中，CO2的压力也应控制在0.02MPa左右；
（3）气化装置汽包小室的饱和蒸汽产汽量指示准确（控制在4.5kg/s以下）； 
（4）多条煤线同时生产时，各条煤线应稳定且处于串级控制状态；
（5）甲烷分析仪、二氧化碳分析仪准确，二氧化碳气体无带液现象。
2. 壳牌煤气化装置接受CO2时的注意事项：
（1）甲醇厂二氧化碳压缩机压缩气由N2切换为CO2是一个逐渐完成的过程，由于装置的运行负荷比较低，二氧化碳的产量不高，在切换初期N2不会全部被CO2代替，随着CO2的逐渐富集，二氧化碳压缩机的压缩气中CO2的含量会逐渐增加；
（2）在整个氮气切换为二氧化碳的过程中，及时分析二氧化碳压缩机送气化的气体中氮气、二氧化碳的含量，并对各条煤线作出及时调整，调整配比应逐步进行。比如混合气CO2含量配到30%，应稳定几小时，再逐渐增大CO2的量，以防煤线及气化炉工况变化过快，加大操作难度；
（3）正常运行期间，要求高压N2/CO2缓冲罐内的高压气体（N2/CO2）温度大于110℃；如温度较低，及时联系调度，提高压缩机的送气温度；
（4）每两个小时对高压N2/CO2缓冲罐进行一次排液，如发现导淋中排出液体，应及时提高压缩机的出口温度。

Claims (8)

1.煤气化制甲醇工艺中二氧化碳替代氮气作为煤粉输送气和反吹气的方法，所述煤气化制甲醇包括气化工序、干法除灰工序、湿洗工序、变换工序、低温甲醇洗工序、甲醇合成及精馏工序，其特征在于：随着甲醇合成系统的开车，低温甲醇洗工段开始吸收并富集合成气中的CO2，经甲醇再生释放吸收CO2，把这部分CO2回收后送往压缩机与空分装置产生的N2形成混合气，混合气经压缩机加压后作为煤粉的输送气和反吹气，将输送气和反吹气以及煤粉送入气化炉，随着气化炉合成气中CO2的含量逐渐增加，低温甲醇洗工序分离出来的CO2也逐渐增多，逐渐减少混合气中的N2量，直到完全用CO2替代N2作为煤粉的输送气和反吹气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述合成气中H2S、COS的体积总含量低于0.5%。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所用压缩机入口气体的压力不低于0.02MPa。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反吹气为气化炉用反吹气体。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反吹气为飞灰过滤器用反吹气体。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混合气经压缩机压缩后的设计压力为8.1MPa。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于：所述气化工序是把干燥的煤粉在气化炉中与氧气、水蒸汽反应，生成3.7MPa的粗煤气，粗煤气的主要成分为CO和H2。
8.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于：所述甲醇合成工序是将纯净的CO和H2在5.0MPa、225℃、铜催化剂条件下合成甲醇。
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