CN114685240A - 一种绿色乙二醇生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种绿色乙二醇生产工艺，包括以下步骤：S1：电解水装置产生的氧气进入煤气发生装置，与外部兰炭及外部送来的CO2在煤气发生装置内发生气化反应，生产主要含CO的粗煤气；S2：将步骤S1的粗煤气送进入煤气净化装置，除去杂质后，进入PSA‑C0装置，PSA‑CO装置产生的含CO的尾气通过压缩后返回到煤气发生装置；S3：PSA‑CO装置分离出来的CO和电解水装置生产的氧气进入草酸二甲酯装置，CO和氧气及来自乙二醇合成装置副产甲醇在催化剂作用下发生氧化偶联反应，合成草酸二甲酯；S4：草酸二甲酯装置产生的草酸二甲酯和电解水装置生产的氢气送至乙二醇装置；草酸二甲酯在催化剂作用下发生加氢反应，生成乙二醇。本发明降低乙二醇生产过程中二氧化碳的排放。

Description

一种绿色乙二醇生产工艺
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体是一种绿色乙二醇生产工艺。
背景技术
为应对气候变化，“做好碳达峰、碳中和工作”被列为重点任务之一。
现有工业生产因多煤、少油、富气的能源结构特点，许多工业大宗品需要依赖石油路线。多年来人类致力于煤化工的发展，已形成了煤制油、煤制甲醇、煤制烯烃等技术替代传统石油路线。其中，乙二醇是一种常用大宗品化学原料，它是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）树脂合成的主要原料之一。
伴随着煤制乙二醇技术迅猛发展，目前已形成以煤气化为核心的煤制乙二醇。其主要工艺路线是指以煤原料经气化后得到合成气，合成气中CO经羰化偶联生成草酸二甲酯，草酸二甲酯加氢得到乙二醇。其部分合成气经水煤气变换反应将其中一氧化碳转换为氢气，同时生成等摩尔量的二氧化碳。煤气化及水煤气变换过程，是整个工艺中二氧化碳的主要来源，同时也损耗了大量碳元素。大量的工业装置运行数据显示，煤制乙二醇装置每生产一吨乙二醇需要消耗低压蒸汽约5.2t，折排放二氧化碳约1.44t；消耗电力约692kwh，折排放二氧化碳约0.44t；加上制取氢气过程中产生的二氧化碳约折合2.86tCO2/t乙二醇，单吨乙二醇产品约排放4.70吨二氧化碳。
降低乙二醇生产过程中二氧化碳的排放，不仅能促进煤化工行业的健康、低碳发展，还将产生显著的经济效益和良好的社会效益。
因此，需要提出一种绿色乙二醇生产工艺，来降低碳排放。
发明内容
针对现有的技术方案存在的问题，本发明着眼于解决乙二醇生产过程中碳排放过大的问题，提供一种绿色乙二醇生产工艺，其主要CO来自一种CO2还原兰炭的固定床煤气化工艺，电解水装置则为CO羰基化偶联制备草酸二甲酯和草酸二甲酯加氢提供氢气、氧气等原料。
与传统煤制乙二醇工艺路线相比，该工艺以CO2和兰炭，氧气为原料制备CO，以绿色电力为能源制备合成反应需要的氢气和氧气，减少了合成气经水煤气变换制备H2副产的二氧化碳。从碳排放量计算，本工艺路线制备的乙二醇产品，每吨乙二醇产品可以消耗CO2约393kg。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种绿色乙二醇生产工艺，所述绿色乙二醇生产工艺使用依次连接的电解水装置、煤气发生装置、煤气净化装置、PSA-CO装置、草酸二甲酯装置、乙二醇装置；
工艺过程主要包括以下步骤：
S1：电解水装置产生的氧气一部分进入煤气发生装置，与外置的兰炭储运装置送来的兰炭及外部送来的CO2在煤气发生装置内发生气化反应，生产主要含CO的粗煤气；
S2：将步骤S1的粗煤气送进入煤气净化装置，除去煤气中含有的杂质后，进入PSA-C0装置，PSA-C0装置提取煤气中含有的CO，PSA-CO装置产生的含CO的尾气通过压缩后返回到煤气发生装置；
S3：PSA-CO装置分离出来的CO和电解水装置生产的氧气一部分进入草酸二甲酯装置，在草酸二甲酯装置中，CO和氧气和来自乙二醇合成装置副产的甲醇在催化剂的作用下发生氧化偶联反应，合成草酸二甲酯并副产碳酸二甲酯，甲酸甲酯；
S4：草酸二甲酯装置产生的草酸二甲酯和电解水装置生产的氢气通过管道输送至乙二醇装置；草酸二甲酯在催化剂的作用下发生加氢反应，生成乙二醇主产品和甲醇、乙醇。
进一步的，所述煤气化装置采用的CO2为本工艺装置外其它装置产生的CO2。
进一步的，草酸二甲酯装置所用甲醇为乙二醇装置副产甲醇。
进一步的，乙二醇装置产生副产物甲醇、乙醇，副产的甲醇经过处理后返回草酸二甲酯装置作为反应的原料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开的一种绿色乙二醇生产工艺，采用CO2还原兰炭的固定床煤气化工艺为草酸二甲酯装置提供CO，采用绿色电力为能源的电解水装置为煤气化发生装置和草酸二甲酯装置提供氧气，为乙二醇装置提供氢气。在整个工艺生产过程中，不仅没有二氧化碳产生，而且煤气发生装置还能消耗一部分来自煤化工领域、钢铁领域及其它领域产生的二氧化碳。采用本工艺技术，不仅降低了单位产品的煤炭的消耗量，提高了碳的利用率，更重要的是，大大降低了生产乙二醇所释放的二氧化碳含量。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明工艺流程示意图；
图2是本发明实施例1工艺流程示意图；
图中标注，1-电解水装置、2-煤气发生装置、3-煤气净化装置、4- PSA-C0装置、5-草酸二甲酯装置、6-乙二醇装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例的一种绿色乙二醇生产工艺，使用依次连接的电解水装置1、煤气发生装置2、煤气净化装置3、PSA-CO装置4、草酸二甲酯装置5、乙二醇装置6；
工艺过程主要包括以下步骤：
S1：电解水装置1产生的氧气一部分进入煤气发生装置2，与外置的兰炭储运装置送来的兰炭及外部送来的CO2在煤气发生装置2内发生气化反应，生产主要含CO的粗煤气；
S2：将步骤S1的粗煤气送进入煤气净化装置3，除去煤气中含有的杂质后，进入PSA-C0装置4，PSA-C0装置4提取煤气中含有的CO，PSA-CO装置4产生的含CO的尾气通过压缩后返回到煤气发生装置2；
S3：PSA-CO装置4分离出来的CO和电解水装置1生产的氧气一部分进入草酸二甲酯装置5，在草酸二甲酯装置中，CO和氧气和来自乙二醇合成装置6副产的甲醇在催化剂的作用下发生氧化偶联反应，合成草酸二甲酯并副产碳酸二甲酯，甲酸甲酯；
S4：草酸二甲酯装置5产生的草酸二甲酯和电解水装置1生产的氢气通过管道输送至乙二醇装置6；草酸二甲酯在催化剂的作用下发生加氢反应，生成乙二醇主产品和甲醇、乙醇。
所述电解水装置2采用的电力为绿色电力，包括但不限于风电、太阳能发电，水力发电等。
所述煤气化装置2采用的CO2可以为煤化工生产过程中产生的CO2，也可以为电力系统，钢铁系统等产生的CO2。
草酸二甲酯装置5所用甲醇为乙二醇装置6副产甲醇。
草酸二甲酯装置5会副产碳酸二甲酯、甲酸甲酯。碳酸二甲酯、甲酸甲酯经过处理后可作为产品出售。
乙二醇装置5会产生副产物甲醇、乙醇等，副产的甲醇经过处理后返回草酸二甲酯装置5作为反应的原料，副产的乙醇经过处理后作为副产品出售。
实施例1
以30万吨/年规模的乙二醇为例，按年生产时间8000h计算，每小时应产乙二醇装置约37.5吨。工艺流程描述如下：
配置每小时生产60000Nm3/h氢气的电解水装置1，电解水装置1生产氧气的能力约30000Nm3/h。电解水采用绿色电力为能源。电解水装置产生的氧气约7520Nm3/h送至煤气发生装置，与外界来的兰炭（约15.2t/h）,二氧化碳（约6920Nm3/h）一起进入煤气发生装置，出煤气发生装置2的粗煤气的量约32000Nm3/h，粗合成气的主要成分为CO，还含有少量的CO2和氢气，甲烷等。
粗合成气在煤气净化装置3进行脱硫、除尘后进入PSA-CO装置4。净化后的合成气经PSA提纯后，CO约30000Nm3/h送至草酸二甲酯装置5，PSA-CO装置4的驰放气或解析气则经过压缩后再次返回至煤气发生装置2。
草酸二甲酯装置中，一氧化碳、氧气、甲醇发生氧化偶联反应生成草酸二甲酯。草酸二甲酯经过精馏处理提纯后送至乙二醇装置6进行催化加氢，乙二醇装置4需要的约60000Nm3/h的氢气来自电解水装置1。乙二醇装置副产的甲醇经过精馏处理后返回草酸二甲酯装置4，作为氧化偶联反应的反应物之一。
出乙二醇装置产品乙二醇产品的产量约37.5t/h。
该乙二醇装置年产30万吨乙二醇，公辅工程中的空气，氮气，蒸汽，原料气中的氧气、氢气等均可以通过电力获取，兰炭外购，所用的CO2可来自钢厂，水泥厂及煤化工工厂，全厂除乙二醇产品及其它副产品外，没有CO2排放。此外，每年还可从外部消耗二氧化碳约108742吨。相比原煤制乙二醇中每吨乙二醇排放4.7吨CO2计，该30万吨绿色乙二醇工厂可每年少向大气排放二氧化碳约152万吨，本工艺是名副其实的绿色工艺。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种绿色乙二醇生产工艺，其特征在于，所述绿色乙二醇生产工艺使用依次连接的电解水装置（1）、煤气发生装置（2）、煤气净化装置（3）、PSA-CO装置（4）、草酸二甲酯装置（5）、乙二醇装置（6）；
工艺过程主要包括以下步骤：
S1：电解水装置（1）产生的氧气一部分进入煤气发生装置（2），与外置的兰炭储运装置送来的兰炭及外部送来的CO2在煤气发生装置（2）内发生气化反应，生产主要含CO的粗煤气；
S2：将步骤S1的粗煤气送进入煤气净化装置（3），除去煤气中含有的杂质后，进入PSA-C0装置（4），PSA-C0装置（4）提取煤气中含有的CO，PSA-CO装置（4）产生的含CO的尾气通过压缩后返回到煤气发生装置（2）；
S3：PSA-CO装置（4）分离出来的CO和电解水装置（1）生产的氧气一部分进入草酸二甲酯装置（5），在草酸二甲酯装置中，CO、氧气和来自乙二醇合成装置（6）副产的甲醇在催化剂的作用下发生氧化偶联反应，合成草酸二甲酯并副产碳酸二甲酯，甲酸甲酯；
S4：草酸二甲酯装置（5）产生的草酸二甲酯和电解水装置（1）生产的氢气通过管道输送至乙二醇装置(6)；草酸二甲酯在催化剂的作用下发生加氢反应，生成乙二醇主产品和甲醇、乙醇。
2.根据权利要求1所述的一种绿色乙二醇生产工艺，其特征在于，所述煤气化装置（2）采用的CO2为本工艺装置外其它装置产生的CO2。
3.根据权利要求1所述的一种绿色乙二醇生产工艺，其特征在于，草酸二甲酯装置（5）所用甲醇为乙二醇装置（6）副产甲醇。
4.根据权利要求1所述的一种绿色乙二醇生产工艺，其特征在于，乙二醇装置（5）产生副产物甲醇、乙醇，副产的甲醇经过处理后返回草酸二甲酯装置（5）作为反应的原料。
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