合成气深度净化技术及其经济性分析

第1期李喜云等:合成气深度净化技术及其经济性分析合成气深度净化技术及其经济性分析李喜云',雷军2,张清建2(1武汉外语外事职业学院,湖北武汉430083;2华烁科技股份有限公司,湖北武汉430074)摘要:煤制甲醇、煤制油和煤制天然气装置的大型化趋势,对合成气的净化提出了更高的要求。介绍了合成气深度净化的重要性,并以100万ta甲醇装置和400万ta煤制油装置为例,分析了使用华烁公司合成气深度净化技术带来的经济效益。关键词:合成气;深度净化;甲醇;煤制油;经济效益中图分类号:TQO28.2文献标识码:B文章编号:10019219(2013)016803石油资源短缺,油价高企,促进了以合成气转源化工有限公司投资的陕北化工能源基地榆横煤化为主的碳一化学技术及其产业化的发展,尤其是洁净综合利用示范项目一期建设100万ta煤间接富煤少油的我国近年发展更为迅速。合成气可以通液化制油示范装置。过煤气化、生物质气化或天然气重整等方法生产,为了缓解天然气供应紧张状况,煤制天然气在国内目前和未来相当长一段时间将以煤气化为主,我国将会有较大发展。目前我国在建和规划建设而从更长远来看,生物质气化将扮演重要角色。的煤制天然气项目有十多个,合计产能达600亿从合成气出发,既能合成油和天然气,也能合m3/a,预计2015年末我国煤制天然气产量将形成产成众多的化工产品,如甲醇、乙醇、低碳混合醇、能200亿ma,产量达约150亿~180亿m3。甲醚、氨、烯烃、芳烃、乙二醇、氢气等等。合成气含有硫、羰基金属等有害杂质,为保护合成气生产甲醇,目前我国产能已经超过5000下游的合成催化剂,必须尽可能将其脱除干净。许万ta,生产企业有270多家,以中小型装置居多。近多经验已经证明彻底脱除合成气中的有害杂质,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剂的使用寿命和活性稳定性,不缩醛等)的迅速扩大以及甲醇制烯烃(乙烯、丙烯)、少厂家在提高气体净化程度和操作水平后,甲醇合甲醇制芳烃等新型煤化工技术的兴起,促进了大型成催化剂和甲烷化催化剂的寿命成倍提高。甲醇甲醇装置的发展,几十套50万ta以上规模的大型煤制油、煤制天然气等项目的大型化对合成气净化甲醇装置已经建成或正在加紧建设,其中规模最大提出了更高的要求,须对合成气进行深度净化。的内蒙古鄂尔多斯中天合创甲醇项目产能达360深度净化技术的应用具有较好的经济效益,本万t/a。文以华烁科技股份有限公司的技术为例进行分析。根据我国《化工产业中长期发展规划):20151华烁合成气深度净化技术年煤制油规划年产1000万t,2020年达3000万to煤制油有直接法和间接法,都在大力发展,其中间华烁深度净化技术是针对大型甲醇厂、煤制油接法是经过合成气的生产技术。目前神化集团百万厂中的甲醇催化剂费托合成催化剂寿命较短开发吨煤直接液化制油项目已进入长周期运行阶段,潞的一种保护床技术,由深度水解催化剂、深度净化安集团和伊泰集团的两套16万ta煤间接液化制精脱硫剂、保护剂与HC5高灵敏微量硫分析仪组油项目已投产运行,2011年6月,《神化宁煤集团煤成,能将低温甲醇洗净化工艺出口气源中总硫炭间接液化项目申请报告》通过专家评估,项目设φ(Sg)从0.1×10°脱除至≤0.01×106,总羰基金属计产能400万始a油品,2011年3月,由陕西未来能q(e(CO)5+Ni(COA)脱除至≤0.02×10°,从而延长后工段甲醇催化剂和费托合成催化剂的寿命。甲醇装中国煤化工毛和生产、管理收稿日期:0125作者简介:李喜云(96),女,经济学成本,国家CNMHG录将100万ta硕士,讲师,电邮Junyun@yahoo.com.cn天然气化工(C1化学与化工)2013年第38卷以下规模的甲醇项目列为限制类。一般认为产能小表1甲醇装置中低温甲醇洗出口气源条件于50万ta的为中小型甲醇装置,产能大于50万t流量g体积组成的为大型甲醇装置。中小型装置一般采用常压固HS+COS定床间歇气化炉,也称UGI炉,采用NHD或变压吸308200661430480.122270.39<0.1×10°附脱硫脱碳后串常温精脱硫工艺保证进入甲醇合成塔原料气中总硫q(Sg)≤0.1x10°,而大型装置则该大型甲醇装置甲醇催化剂一次装填量160t,普遍采用流化床、气流床等大型加压气化技术,采催化剂寿命一般在2~3年,即每2年或2.5年进行用低温甲醇洗脱硫脱碳,保证进入甲醇合成塔原料次大修,同时更换甲醇催化剂。气中总硫φ(S)≤0.1×106,在这种条件下甲醇催化如采用华烁科技股份有限公司开发的深度净剂寿命一般为2-3年。因为甲醇催化剂为铜基催化化技术,该甲醇厂将获得以下几个方面的效益:剂,对毒物尤其是硫化物十分敏感,硫化物中毒是(1)从目前一个大修周期更换一次催化剂延长累积性的,当甲醇催化剂吸硫质量分数达到016%至两个大修周期更换一次催化剂,在5年中少更换时,甲醇催化剂即失活。次甲醇催化剂,数量为160t,按目前售价10万元/国外大型甲醇装置普遍在甲醇合成塔前设计t计算,5年共节省1600万元,折合年经济效益320有保护床,用来将低温甲醇洗出口硫含量进一步降万元。低,如采用华烁科技股份有限公司开发的深度净化(2)5年中节省一次开停车时间,可增加生产时技术能将总硫脱至φ⑤Sg)≤0.01×10,φ(Fe(CO)+间20天,增产甲醇6l000t(日产甲醇3050),按甲NCOA脱除至≤002×106,在其它条件保证的基础醇利润500元∧计算(煤炭主产区,煤价低),则增产上(平稳操作、采用均温内件提高管理水平等),甲甲醇效益3050万元,折合年经济效益610万元。醇催化剂使用寿命能达到5-6年,确保两个大修周(3)该装置如采用深度净化技术,年操作费用期更换一次催化剂。(催化剂费用+设备折旧费用)为150万元。煤间接液化制油项目核心为费托合成催化剂,上述3项加减之后,年经济效益为780万元。该催化剂有钴系和铁系两种,均对硫化物敏感,硫22年产400万吨煤制油装置使用深度净化技术经化物可在费托合成催化剂上累积导致催化剂中毒济性分析失活。2011年6月,神化宁煤400万t/a大型煤制油根据我们和德国鲁奇公司交流看,国外使用保厂已通过项目审批,目前正在进行建设,其低温甲护床能达到两个目的:(1)当低温甲醇洗工况发生醇洗出口气源条件见表2。波动时,低温甲醇洗出口总硫超标(φ(Ss)=(0.1-0.5)表2煤制油装置中低温甲醇洗出口气源条件×10),有时甚至超标严重(总硫体积分数达百万分流量gn体积组成/%之几),保护床能将超标的硫化物脱除,保护甲醇合H成催化剂;(2)当低温甲醇洗出口稳定在φ(S)≤Co CH CO N, H,S+COS2780691604337550001.001.02<0.×1060.1×10°,保护床能将总硫脱除至φSs)≤001×106,延长甲醇合成催化剂寿命。目前没有确切的费托合成催化剂用量信息。已2经济性分析经知道,经过10年谈判,该项目最终抛弃了南非沙索的技术,而采用由中科合成油公司自主开发的间2.1100万始a甲醇装置使用深度净化技术经济性接煤制油技术,从该公司在2010年世界煤制油大分析会介绍资料可知,神化宁煤400万Ua大型煤制该大型甲醇厂地处内蒙古,采用鄂尔多斯本地油厂每年消耗费托合成催化剂3700,费托合成催煤,德士古水煤浆加压气化技术,低温甲醇洗脱硫化剂售价10万元,则每年催化剂消耗37亿元脱碳,国内某著名厂家的甲醇合成催化剂,低温甲从该公山中国煤化工古伊泰集团16醇洗出口气源条件见表1。万ta煤制CNMHG化剂装填量为20,依此计算年严400万t项目费托合成催化剂装第1期李喜云等:合成气深度净化技术及其经济性分析填量为500,年费托合成催化剂消耗量为3700t,则气源中总硫q(S8)从0.1×10°脱除至≤001×106,总费托合成催化剂寿命为108h羰基金属φ(Fe(CO)+Ni(CO)脱除至≤002×106,能中科合成油公司费托合成催化剂为铁系,并含将甲醇催化剂寿命从目前的2-3年延长至5~6年,多种金属助剂,催化剂目前寿命较短,一方面是催确保两个大修周期只更换一次甲醇催化剂,也能延化剂本身的活性衰退,可能另一方面是净化工序控长费托合成等催化剂的寿命。制不好所致,其16万ta煤制油示范项目介绍中提对于100万ta甲醇装置,采用华烁科技股份到,气源中q(HS)为17×10°时催化剂未见明显硫中有限公司开发的深度净化技术,年经济效益可达毒现象,由此可知在该项目中硫化物的净化没有得780万元。对于年产400万吨煤制油项目,采用华烁到充分重视。由于催化剂硫中毒可累积,如在低温科技股份有限公司开发的深度净化技术,年经济效甲醇洗工序后采用深度净化技术,将气源中硫含量益可达11亿元。采用深度净化技术有较好的经济降低90%,则催化剂寿命会有明显增加,如催化剂效益寿命增加50%,即从目前1081h增加为16215h,则参考文献年催化剂用量将从3700t降低为2467t,年催化剂消耗将从37亿元降低为2467亿元,减少催化剂消1]汪家铭,蔡洁.煤制天然气技术发展概况与市场前景天然气化工(C1化学与化工,201035(1)64-70耗1233亿元,扣除采用深度净化技术后年操作费2]内蒙古伊泰煤制油有限公司.内蒙古伊泰集团年产16用(催化剂费用+设备折旧费用)1350万元,年经济万吨煤制油示范项目总体情况介绍cy2010年世界煤效益达11亿元,经济效益非常明显。制油大会北京:世界煤制油协会2010043结语[3]曹立仁中国自主知识产权煤间接液化技术一合成油示范厂进展[cy2010年世界煤制油大会北京:世界煤制深度净化技术能将低温甲醇洗净化工艺出口油协会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降低天然气制氢燃料消耗的SSR催化剂技术换传统的蒸汽转化催化剂取得了良好的效果。在不同负荷美国 Catacel公司开发的SSR制氢/合成气技术涉及在下,减少燃料消耗最高达30%,炉温降低35℃-70℃。更换催工程化的具有低压降和优异传热性能的金属薄片载体涂覆化剂的投资回收期估计为21年专有的高性能催化剂。传热性能的提高可降低转化炉温度和据预测,到2015年全球氢气需求量将达15亿吨,而天燃料消耗,延长炉管和转化炉寿命。该技术2010年获然气是最广泛使用的优质制氢原料。SR技术除用于天然气Nortech创新奖,被认为是天然气制氢领域的一大进步。此技蒸汽转化反应应田王江田管式反应器系统术2008年7月开始在欧洲一个250mh的工业装置进行示的反应。中国煤化工范并得到验证。2012年墨西哥的一个制氢厂用该催化剂替CNMHG(王熙庭)