西部地區(qū)荒煤氣的利用現(xiàn)狀及工藝

校文超 ， 閆昊男

(哈密廣匯環(huán)保科技有限公司 ， 新疆 哈密 839000)

0 前言

中國(guó)西部地區(qū)擁有豐富的煤炭資源，煤質(zhì)優(yōu)良。這類含有特低硫、特低磷、高發(fā)熱量、高油長(zhǎng)焰煤，是非常理想的化工用煤。為進(jìn)一步推動(dòng)優(yōu)質(zhì)煤炭的高效清潔利用，近幾年在哈密地區(qū)建立了一批煤炭分級(jí)提質(zhì)利用項(xiàng)目，形成“煤—化—油”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，即塊煤經(jīng)過(guò)干餾生產(chǎn)提質(zhì)煤和煤焦油，煤焦油進(jìn)一步提出酚油后制取精酚。副產(chǎn)的荒煤氣大多數(shù)廠家均是將其作為燃料燒掉，沒有就其中的H2、CO這類合成氣組分進(jìn)行資源化利用，既浪費(fèi)了資源，增加了碳排放，又降低了荒煤氣的附加值。如果能夠?qū)⒏碑a(chǎn)荒氣中的H2、CO提取作為原料加以利用，其附加值將是作為燃料的3倍。通過(guò)技術(shù)手段對(duì)荒煤氣提純并配比成符合現(xiàn)代煤化工合成化產(chǎn)品所需的合格合成氣，避免了煤氣化過(guò)程對(duì)環(huán)境的沖擊。因此，合理有效統(tǒng)籌荒煤氣資源，通過(guò)深度凈化，進(jìn)一步加工轉(zhuǎn)化高附加值石化產(chǎn)品，對(duì)增強(qiáng)煤炭項(xiàng)目盈利能力具有重要意義。下面針對(duì)荒煤氣的性質(zhì)及下游利用工藝進(jìn)行介紹。

1 荒煤氣的生產(chǎn)流程、成分及性質(zhì)簡(jiǎn)述

以內(nèi)熱式直立炭化爐生產(chǎn)提質(zhì)煤為例，原料煤為新疆哈密當(dāng)?shù)睾置?。褐煤?jīng)篩分后(10～80 mm)送入炭化爐各上料倉(cāng)，再經(jīng)滾筒閥進(jìn)入炭化爐。從后工段來(lái)的荒煤氣與空氣進(jìn)入炭化爐底部燃燒對(duì)原料煤加熱，酰胺類物質(zhì)，在適當(dāng)?shù)臈l件下會(huì)不斷分解，導(dǎo)致酸度不斷升高。2019年8月增加1臺(tái)色譜分析儀器用于分析醋酸中的丙酸含量，要求丙酸含量<20×10-6，底部溫度控制在600～650 ℃，干餾過(guò)程中產(chǎn)生的荒煤氣(含水蒸氣和焦油)經(jīng)上升管、橋管進(jìn)入集氣槽，在橋管和集氣槽內(nèi)經(jīng)熱氨水噴灑初冷后進(jìn)入直冷塔、間冷塔、電捕焦油器分離出焦油，然后由煤氣風(fēng)機(jī)加壓后送至脫硫后排至荒煤氣管網(wǎng)。

凈化后的荒煤氣密度0.9～1.2 kg/m3，熱值為6 698.88 kJ/Nm3。主要特點(diǎn)是煤氣總量大，富含H2、CO、CH4等合成氣，但氮?dú)夂扛撸薪褂?、苯萘等芳香族化合物，還有少量的烷烴和烯烴、硫化物、氰化物、氨等，氣體成分復(fù)雜，噸原煤產(chǎn)荒煤氣500～700 m3(指外送，不包括自用)，同時(shí)產(chǎn)提質(zhì)煤及煤焦油?；拿簹庵饕煞郑篐221.33%、CO17.95%、CH46.29%、CO29.08%、O2+Ar 0.5%、N243.73%、C2以上0.77%、H2S 20×10-6、焦油20 mg/Nm3。

2 荒煤氣的下游利用及工藝

荒煤氣氣體成分復(fù)雜，熱值低，凈化難度大，且氮?dú)夂扛?，難以加工利用?；拿簹饫眯鹿に嚒⑿录夹g(shù)生產(chǎn)的高附加值化工產(chǎn)品介紹如下：

2.1 用于生產(chǎn)甲醇、乙二醇

荒煤氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓3.0 MPa后，進(jìn)入轉(zhuǎn)化工段，與氧氣在高壓、高溫(1 250 ℃)條件下，荒煤氣體中的烷烴、苯酚、焦油等雜質(zhì)會(huì)進(jìn)行熱裂解，氧化還原成一氧化碳和氫氣，提高了原料氣中有效成分的比例，并去除無(wú)效雜質(zhì)，且轉(zhuǎn)化氣總量(干基)比進(jìn)口氣提高5%左右，經(jīng)轉(zhuǎn)化工段提高了荒煤氣的利用效率。

表1 轉(zhuǎn)化工段進(jìn)出口主要?dú)怏w成分對(duì)照表(干基)

然后進(jìn)入變換工段，通過(guò)寬溫耐硫鈷鉬催化劑將一部分CO與H2O反應(yīng)，生成H2，調(diào)整H/C為2.05～2.10，以滿足甲醇、乙二醇合成對(duì)H/C的要求。隨后進(jìn)入低溫甲醇洗工段，脫除變換氣中的H2S和CO2，出口氣中H2S含量<0.1×10-6，CO2含量<20×10-6。

經(jīng)過(guò)低溫甲醇洗的凈化氣由于氮?dú)夂刻?，不能直接去甲醇合成裝置，需要去變壓吸附裝置，將CO和H2進(jìn)行分離提純，變壓吸附解吸出的富氮?dú)饪勺鳛榈蜏丶状枷吹臍馓岬獨(dú)?，CO經(jīng)壓縮機(jī)加壓(2.0 MPa)與H2及經(jīng)加壓后的CO2混合后進(jìn)入甲醇合成裝置生成甲醇。從CO壓縮機(jī)段間抽出0.5 MPa的CO進(jìn)入草酸二甲酯合成裝置，與亞酯氣發(fā)生羰化反應(yīng)生成草酸二甲酯，草酸二甲酯進(jìn)入乙二醇合成裝置與H2反應(yīng)生成乙二醇。荒煤氣制甲醇、乙二醇工藝流程見圖1。

圖1 荒煤氣制甲醇、乙二醇工藝流程

該工藝荒煤氣利用效率高，不僅能生產(chǎn)大宗化工原料甲醇，還能生產(chǎn)市場(chǎng)缺口較大、需大量進(jìn)口、高附加值的乙二醇，甲醇和乙二醇生產(chǎn)負(fù)荷可以隨時(shí)調(diào)整，能靈活抵抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。該工藝處于可行性研究階段，目前全國(guó)首套荒煤氣制乙二醇項(xiàng)目在哈密處于建設(shè)階段，根據(jù)研究計(jì)算，生產(chǎn)成本約1 500元/t，利潤(rùn)可觀。

2.2 用于煤焦油加氫

荒煤氣經(jīng)加壓1.6 MPa后，進(jìn)入預(yù)處理工段，首先經(jīng)過(guò)除油器分離掉其中夾帶的油和水滴，然后自預(yù)處理塔底進(jìn)入預(yù)處理塔，經(jīng)吸附劑除去焦油、萘、重?zé)N等化合物，加熱后變壓吸附的解吸氣作為預(yù)處理塔的再生氣?；拿簹馊缓筮M(jìn)入全變換工段，將荒煤氣中的CO全部與H2O反應(yīng)，生成H2，其中變換氣CO含量<1%。

變換氣進(jìn)入變壓吸附提氫工段，通過(guò)高壓吸附、低壓再生，脫除掉變換氣中的N2、CO等雜質(zhì)氣體，產(chǎn)品氫濃度>99.9%；產(chǎn)品氫進(jìn)入煤焦油加氫工段，與煤干餾副產(chǎn)的煤焦油在高溫、高壓反應(yīng)條件下與催化劑接觸，發(fā)生脫硫、脫氮、脫金屬、芳烴飽和、加氫裂化等一系列化學(xué)反應(yīng)，以脫除煤焦油原料中的硫、氮、殘?zhí)己徒饘俚入s質(zhì)，并有效將大的烴類分子裂化成小的烴類分子，生產(chǎn)出1#、2#輕質(zhì)煤焦油，副產(chǎn)煤瀝青。煤焦油加氫工藝流程見圖2。

圖2 煤焦油加氫工藝流程

由于荒煤氣和煤焦油同為煤干餾副產(chǎn)品，該工藝原料就近取材，幾乎沒有物流成本，生產(chǎn)的1#、2#輕質(zhì)煤焦油具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該工藝已投產(chǎn)，并且運(yùn)行安全穩(wěn)定，輕質(zhì)煤焦油平均生產(chǎn)成本為2 000元/t，出廠價(jià)為3 500元/t左右，效益穩(wěn)定。

3 荒煤氣下游利用存在的問(wèn)題

荒煤氣從炭化裝置送出前，雖然經(jīng)過(guò)分離、電捕油、脫硫，但其中還存在微量的焦油、苯等雜質(zhì)無(wú)法脫除干凈，會(huì)進(jìn)入壓縮機(jī)。壓縮機(jī)一般選型為螺桿壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)，螺桿壓縮機(jī)對(duì)氣質(zhì)要求不大，段間入口可加水沖洗，但打氣量不大，壓力不高?，F(xiàn)在化工裝置產(chǎn)能大，要求氣量、壓力一般都比較大，一般都采用離心壓縮機(jī)，由于離心壓縮機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，葉輪處溫度和壓力急劇升高，容易造成壓縮機(jī)入口導(dǎo)流葉片、葉輪、擴(kuò)壓器等部位結(jié)焦，導(dǎo)致壓縮機(jī)處理能力下降，能耗提高，同時(shí)由于結(jié)焦部位焦塊脫落，可能導(dǎo)致機(jī)組損壞。

現(xiàn)在主要在段間增加洗滌塔和壓縮機(jī)入口噴洗油劑，能夠延長(zhǎng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間，但每半年仍需停機(jī)檢修清洗，對(duì)于保證離心壓縮機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行的方法還有待研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

資源綜合利用是解決可持續(xù)發(fā)展能力，提升企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力，減輕環(huán)境污染和合理利用資源的有效途徑，不僅有利于減少?gòu)U物排放，還有利于緩解資源匱乏和短缺問(wèn)題。在現(xiàn)階段對(duì)荒煤氣利用出現(xiàn)了新的變化，利用方式不同，實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也將出現(xiàn)巨大差別。通過(guò)技術(shù)手段對(duì)荒煤氣提純并配比，生成符合現(xiàn)代煤化工合成化產(chǎn)品所需的合格合成氣，避免了煤氣化過(guò)程對(duì)環(huán)境的沖擊。因此，合理有效統(tǒng)籌荒煤氣資源，通過(guò)深度凈化，利用新的工藝，進(jìn)一步加工轉(zhuǎn)化高附加值石化產(chǎn)品，對(duì)增強(qiáng)煤炭煉化未來(lái)盈利能力具有重要意義。