2019年10月23日 星期三
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兰炭尾气化工联产综合利用工艺技术

兰炭尾气化工联产综合利用工艺技术

王万和   闫奋学   朱炳礼

(宝鸡市泰和化工科技有限公司    陕西宝鸡   721300)

摘要:兰炭产业作为洁净煤技术的重要组成部分,可以实现煤炭的高效、清洁利用;兰炭生产过程中所副产的兰炭尾气,大部分厂家,将其作为燃料用来发电,做电石或金属镁,由于其热值较低,用来燃烧不仅是资源的浪费,而且也对环境造成了严重影响,本文利用目前国内外先进的工艺技术,对兰炭尾气制合成氨、尿素、LNG及液体二氧化碳等利用途径做进一步阐述,旨在最大程度地实现兰炭尾气的高效利用。

关键词:兰炭尾气;合成氨;尿素;LNG;甲醇;电石尾气。

    随着国民经济的飞速发展,因兰炭可作为清洁高效能源和石化、冶金、电石、化肥等生产的主要原材料,促进了兰碳行业近年来突飞猛进的发展。2017年,我国兰炭装置产能约为9600万吨,其中榆林地区产能5000万吨,占全国的52.08%以上,新疆产能3230万吨,占全国产能的30%以上,内蒙古约1200万吨,占全国产能的12%左右。

    在兰碳产量提高的同时,产生了大量富余的兰炭尾气,每生产1吨兰炭大约产生800Nm3的兰炭尾气。兰炭尾气中含有多种成分,常规的兰炭尾气中氢含量20%~28%、一氧化碳含量14%~18%、甲烷含量7%~10%、二氧化碳含量8%~12%、氮含量37%~43%,还含有少量的焦油、萘、苯、粉尘、多种硫化物、氨等杂质。

    大部分兰炭厂将其作为燃气用来发电、做电石或金属镁,部分厂家只能将煤气点燃后排放到空气中,不仅是一种资源的浪费,而且也对环境造成严重影响,目前已经影响整个兰炭产业的发展。如何高效、节能、环保的利用兰炭尾气,研究、开发兰炭尾气资源化利用技术,促进节能减排是摆在各级政府、企业和科研单位面前的一项急需解决的新课题。榆林市政府榆政办函(2019)152号《榆林市兰炭行业升级改造绿色安全发展三年行动方案(2019-2021)》已经明确要求兰炭尾气要用以生产化工产品,杜绝燃烧,明确指出,兰炭尾气重点向化工产品延伸。

    宝鸡市泰和化工科技有限公司是一家重点从事兰炭尾气、焦炉气、电石尾气及甲醇驰放气等煤化工工艺尾气制合成氨、制甲醇、制LNG的高科技企业,在工业尾气净化处理及有效气体分离回收率等方面取得了显著成绩,申报取得了“兰炭尾气多分法综合后处理系统”专利证书(专利号:ZL2017 2 0867260.8),该技术通过了陕西省石油和化学工业联合会科学技术成果鉴定(石化联鉴字2017第1号)。编制完成了甘肃金昌化工集团有限公司“兰炭尾气综合利用项目”可研报告、甘肃丰盛环保科技有限公司“兰炭尾气、焦炉尾气、电石尾气综合利用制年产20万吨合成氨及液化甲烷项目”可研报告,并为神木银泉煤化公司的兰炭尾气生产合成氨、碳酸氢铵提供了技术方案并被实施且取得良好的经济和社会效益,近期编制完成了神木某企业兰炭升级改造利用兰炭尾气制合成氨、尿素、LNG项目咨询报告,在工业尾气资源化利用工艺技术上积累了丰富的理论和实践经验。

1、        兰炭尾气综合利用工艺技术

    本公司近年来研究的兰炭尾气综合生产合成氨、化肥、液化甲烷利用技术简介如下:

    注:以下产能及效益均以100万吨/年兰炭装置为例,计算依据为:

    (1)兰炭气气量8亿Nm3/年(100000Nm3/h),

    (2)气体组分见下表

组分

H2

N2

CO2

CO

02

CH4

CnHm

含量/%

28

39

11

12

0.2

8.8

1

100

Nm3/h

28000

39000

11000

12000

200

8800

100

100000


    兰炭尾气中含氮量约40%左右,含二氧化碳约11%,在常规的兰炭气资源化利用技术中,这两种气体均作为废气除去,兰炭尾气制合成氨联产碳酸氢铵(尿素),不但能充分的利用其有效气,而且能最大化的利用其所含的氮气和二氧化碳,是兰炭尾气综合利用的较佳途径。

1.1兰炭尾气制合成氨、碳酸氢铵、副产富甲烷气

    1.1.1技术方案简介:

1.1.2产品规模:

    采用本工艺技术方案,可实现产品规模(产品结构可调整):

(1)合成氨:~14万吨/年(其中7万吨用于化肥生产)

(2)碳酸氢铵:~28万吨/年

(3)富甲烷气:~6.0×107Nm3/年

1.1.3投资及效益估算

(1)项目投资总额:~3.0亿元

(2)项目产值:~4.52亿元/年

(3)项目利润(税后):~1.36亿元/年

备注:液氨售价按2350元/吨、碳酸氢铵售价按600/吨、富甲烷气按2元/Nm3


1.2兰炭尾气制合成氨、尿素、副产LNG、液体CO2

1.2.1技术方案简介:

 

 

 1.2.2产品规模:

采用本工艺技术方案,可实现产品规模:

(1)合成氨:~14万吨/年(中间产品)

(2)尿素:~24万吨/年

(3)LNG:  ~4.5万吨/年

(4)液体CO2: ~10万吨/年

1.2.3投资及效益估算:

(1)项目投资总额:~5.6亿元

(2)项目产值:~6.83亿元/年

(3)项目利润(税后):~2.85亿元/年

备注:尿素售价按1900元/吨、LNG售价按4050元/吨、液体CO售价按458元/吨计。

    兰炭尾气中含有一定量的甲烷,可以单独生产LNG(液化甲烷);兰炭尾气中也含有氢气和一氧化碳,也可以合成甲醇产品。


1.3兰炭尾气制LNG

1.3.1技术方案简介

随着燃料价格的不断上涨,以及近年来脱碳、变压、变温吸附分离、甲烷化、冷箱等新技术在工业领域的广泛应用,兰炭尾气作为液化甲烷生产原料,从经济角度和技术角度来看均非常可行。

兰炭尾气生产LNG工艺技术方案见下图:

 

 

 1.3.2产品规模:

采用本工艺技术方案,可实现产品规模:

(1)LNG: ~9万吨/年

1.3.3投资及效益估算:

(1)项目总投资:~2.8亿元

(2)项目产值:~2.7亿元/年

(3)项目利润(税后):~0.76亿元/年

备注:LNG售价按3000元/吨计

1.4兰炭尾气制甲醇

1.4.1技术方案简介:

兰炭尾气中含有氢气、一氧化碳,是制甲醇的基本原料,甲醇是重要


的基础有机化工原料,在化工生产中具有举足轻重的地位。

兰炭尾气生产甲醇工艺技术方案见下图:

 

 

 1.4.2产品规模:

采用本工艺技术方案,可实现产品规模:

(1)甲醇: ~14万吨/年

1.4.3投资及效益估算

(1)项目总投资:~2.8亿元

(2)项目产值:~3.22亿元/年

(3)项目利润(税后):~0.87亿元/年

备注:甲醇售价按2300元/吨计

    兰炭气单独生产LNG和甲醇,技术上是可行的,但经济效益远远不如用来生产合成氨联产LNG(液化甲烷)、液体二氧化碳。

2、兰炭尾气与电石尾气综合利用技术

    上述的兰炭尾气资源化利用工艺技术,均适用于独立的兰炭生产装置,因兰炭尾气中有效气(CO+H2)含量较低(~40%左右),考虑到目前大多数的兰炭生产厂家,其副产的兰炭尾气一般仅用于发电,所发的电再用于电石生产,形成兰炭——发电——电石,电石生产副产的电石气也送发电厂进行燃烧发电的循环产业模式,若将副产的电石气与发电富余的兰炭气综合利用,将会产生更大的经济效益。


    兰炭尾气与电石尾气综合利用也可生产液氨、化肥、LNG、甲醇等产品,其生产成本将具有更大的优势。

    本公司近年来的研究的兰炭尾气与电石尾气综合生产合成氨、化肥、液化甲烷、甲醇利用技术简介如下:

2.1兰炭尾气与电石尾气生产合成氨的工艺技术方案如下:

 

 

 2.2兰炭尾气与电石尾气生产甲醇的工艺技术方案如下:

 

     以神木某企业为例,其260万吨/年兰炭装置所产兰炭尾气用于发电,所发的电用于30万吨/年电石生产,兰炭尾气除满足电石生产所需用电外,尚有25000Nm3/h剩余,同时电石生产也副产电石尾气15000Nm3/h左右,将剩余兰炭尾气和副产电石尾气综合利用,可实现:


    产品规模:甲醇:~8万吨/年

    项目总投资:~1.6亿元

    项目利润(税后)~1.0亿元/年

    备注:甲醇售价按2700元/吨计

3结论:

    本文结合兰炭尾气组成,以及当前的技术水平和国内市场情况,对兰炭尾气的资源化综合利用方案做了简要阐述,结论如下:

    1、本文中涉及到的单元工艺技术,均为成熟技术。

    2、对于独立的兰炭企业而言,从兰炭尾气综合利用及产品成本和效益的角度出发,兰炭尾气制合成氨联产碳酸氢铵(尿素)、副产LNG和液体CO2的技术方案,为最佳选择,无疑具有更大经济效益和市场竞争优势。

    3、鉴于目前许多已建成的兰炭联产发电,生产电石的企业,建议采用部分富裕兰炭尾气与电石尾气综合利用的工艺技术,生产合成氨、尿素、甲醇、LNG等,其产品成本效益更具市场竞争力。

    4、投资省。用兰炭尾气制以上化工产品,建设投资为国内以煤为原料同等规模的装置的一半左右。

    5、兰炭气制化工产品,延长了产业链,减少了环境污染,实现循环经济、资源综合利用、节约能源的原则,具有较高的经济效益和社会效益。

 

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