利用電石爐尾氣生產(chǎn)甲醇和二甲醚

彭 奕 羅 橙 孫 炳 黃維柱 四川天一科技股份有限公司 成都 610225

用封閉爐生產(chǎn)電石，電石爐尾氣除含有豐富的一氧化碳(70% ～90%)外，還含有氫氣(2%～10%)，甲烷(2% ～4%)，氧氣(0.4% ～2%)和硫、磷、砷、氟、氰化物、氮氧化物等約二十種成分。如何對(duì)電石爐尾氣進(jìn)行有效凈化，使凈化氣滿足甲醇合成工藝對(duì)微量雜質(zhì)的要求，是電石爐尾氣生產(chǎn)甲醇工藝的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。由于尾氣處理困難，國內(nèi)電石生產(chǎn)企業(yè)大多將尾氣直接放空或點(diǎn)燃排放，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，也不符合我國“能源中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要”精神。國家發(fā)改委已把電石爐尾氣的凈化與資源利用列入了重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)專項(xiàng)。以電石爐尾氣為基礎(chǔ)原料，發(fā)展甲醇、二甲醚等清潔能源產(chǎn)品和其他有機(jī)化工產(chǎn)品。

由四川天一科技股份有限公司提供專有技術(shù)和工程設(shè)計(jì)的茂縣鑫新能源有限公司以電石爐尾氣和氯酸鈉尾氣生產(chǎn)80kt/a 甲醇、50kt/a 二甲醚裝置已于2014年5月投產(chǎn)。裝置運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

結(jié)合項(xiàng)目介紹電石爐尾氣利用的工藝技術(shù)方案和實(shí)施情況。

1 工藝流程

圖1 為該廠以電石尾氣為原料生產(chǎn)甲醇的流程。電石尾氣從氣柜出來經(jīng)增壓后進(jìn)入濕法粗脫硫系統(tǒng)，粗脫硫采用PDS 堿溶液，脫硫富液采用噴射再生，脫除H2S 后的電石尾氣去尾氣壓縮機(jī)。壓縮到1.5MPa 去變溫吸附、變壓吸附脫除雜質(zhì)，然后再去精凈化系統(tǒng)，進(jìn)一步脫除雜質(zhì)以滿足生產(chǎn)甲醇合成氣的要求。精凈化包括干法精脫硫、脫砷、脫氧等步驟。電石尾氣經(jīng)過精凈化，將有害組分脫除到滿足甲醇合成的要求后配入氫氣，壓縮到5.4MPa 去甲醇合成系統(tǒng)。生產(chǎn)出的粗甲醇，精餾后得到甲醇產(chǎn)品或者脫水生成二甲醚。本項(xiàng)目二甲醚生產(chǎn)采用四川天一科技專利技術(shù)甲醇催化脫水反應(yīng)法合成二甲醚，主要包括原料甲醇汽化、脫水反應(yīng)、冷凝洗滌、精餾提純。

圖1 電石尾氣生產(chǎn)甲醇工藝流程框圖

甲醇合成排放的弛放氣經(jīng)變壓吸附提氫裝置回收氫氣，返回系統(tǒng)作原料。變壓吸附提氫裝置的解吸氣去精凈化系統(tǒng)的變溫吸附裝置做再生氣。

2 工藝參數(shù)

該項(xiàng)目電石尾氣主要成分見表1。

表1 電石尾氣組成(V%)

其中還含有有害雜質(zhì)硫、磷、砷、氟、氰化物等，組成參見表2。

表2 數(shù)據(jù)表明，電石尾氣中含有大量對(duì)甲醇催化劑有影響的有毒組分，直接用來合成甲醇會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒。本項(xiàng)目采用四川天一科技專有的TSA 和PSA 的凈化方法，結(jié)合專用脫硫脫砷脫氧劑精凈化等多種凈化方法，使組份復(fù)雜的原料氣有效地得到凈化。凈化后的原料氣雜質(zhì)含量總硫≤0.1ppm，氧含量≤0.1%，硫、磷、氰化物、氮氧化物＜0.1ppm，砷＜5ppb，氯、羰基化合物＜0.01ppm。凈化后的氣體組成達(dá)到了生產(chǎn)甲醇、二甲醚的要求。

表2 電石尾氣有害物質(zhì)組成

本項(xiàng)目還采用了系統(tǒng)廢氣綜合利用技術(shù)，將系統(tǒng)正常排放的廢氣全部通過高、低壓燃料管網(wǎng)去廢氣鍋爐作燃料。當(dāng)生產(chǎn)精甲醇時(shí)，廢氣燃燒產(chǎn)生的蒸汽加上甲醇合成汽包產(chǎn)生的蒸汽為19.4t，生產(chǎn)裝置蒸汽用量為19.2t，蒸汽平衡;當(dāng)生產(chǎn)二甲醚產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)生的蒸汽為19.7t，裝置蒸汽用量為11.9t，可對(duì)外界提供1.6MPa 約8t 的富余蒸汽。在裝置調(diào)試或運(yùn)行負(fù)荷很低時(shí)，用電石爐尾氣作為補(bǔ)充燃料氣，保證廢氣鍋爐產(chǎn)生蒸汽的穩(wěn)定性，

3 裝置能耗

為便于比較，以生產(chǎn)精甲醇產(chǎn)品能耗說明裝置情況。

3.1 能源消耗量

該項(xiàng)目甲醇生產(chǎn)能源年消耗量:

(1)電石尾氣年消耗量8.388 ×107Nm3，折標(biāo)煤系數(shù)0.3579 kgce/ Nm3，能耗30021 tce。

(2)氯酸鈉尾氣年消耗量11.880 ×107Nm3，折標(biāo)煤系數(shù)0.3404kgce/ Nm3，能耗40440 tce。

(3)新鮮水年消耗量8.44 ×105t，折標(biāo)煤系數(shù)0.0857kgce/t，能耗72 tce。

(4)電(該電耗包括公用工程用電，為全廠電耗)年消耗量7.20 ×107kW·h，折標(biāo)煤系數(shù)0.1229kgce/ (kW·h)，能耗8849 tce。

甲醇項(xiàng)目單位產(chǎn)品能耗量計(jì)算:79381tce ÷80000t =0.9923tce/t，產(chǎn)品能耗29.05GJ/t，噸甲醇產(chǎn)品耗標(biāo)煤為0.9923t。

3.2 能耗指標(biāo)分析

由于國內(nèi)目前暫無同類型生產(chǎn)裝置運(yùn)行，只能與國內(nèi)目前已有的其他原料甲醇裝置的能耗進(jìn)行橫向比較，部分甲醇裝置的運(yùn)行能耗見表4。

由以上數(shù)據(jù)可以知道，本項(xiàng)目的單位產(chǎn)品能耗處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目總投資2.7 億元，生產(chǎn)二甲醚產(chǎn)品利潤(rùn)率為30%，動(dòng)態(tài)投資回收期(稅前)為4.5年，經(jīng)濟(jì)效益可觀。因?yàn)槭菑U氣回收利用，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)都很顯著。

本項(xiàng)目投產(chǎn)后，裝置一直穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，由此可見:

(1)采用現(xiàn)有專利技術(shù)，可以將富含多種對(duì)甲醇合成催化劑有毒物質(zhì)的電石爐尾氣凈化達(dá)標(biāo)，滿足甲醇合成要求。

(2)裝置能耗達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)本項(xiàng)目采用的電石爐尾氣制甲醇、二甲醚全套工藝技術(shù)，技術(shù)先進(jìn)，穩(wěn)定可靠。