突破高压煤气化制甲醇技术瓶颈——记科学技术进步奖二等奖8.7兆帕气化煤制甲醇资源高效利用关键技术开发及工业应用

  近日,蒲城清洁能源化工有限责任公司(以下简称蒲洁能化)、郑州和易环保科技有限公司、陕西融泰能源控股有限公司联合完成的“8.7兆帕气化煤制甲醇资源高效利用关键技术开发及工业应用”获得了陕西省科技奖科学技术进步奖二等奖。

  该成果攻克了世界首套8.7兆帕大型水煤浆高压气化制甲醇示范装置长周期稳定运行、节能降耗、氨逃逸、一氧化碳超标等多项行业难题,实现全系统能量高效回收和废弃物资源化利用,推动了我国煤制甲醇行业绿色低碳发展,形成了一套能量利用合理、资源利用充分、安全运行可控的技术链群。

  核心设备延长运行周期

  在煤化工行业,常规煤基甲醇生产采用升压法合成,即将原料合成气升压至7.1兆帕左右进入甲醇合成塔。8.7兆帕水煤浆气化等压甲醇合成作为一种新型甲醇生产工艺,不仅省去了能耗较高的合成气压缩过程,同时还具有占地面积小、投资低等优势,是国内外认可的低能耗甲醇生产方法,有望成为煤制甲醇生产主流工艺。

  作为国内首家大型8.7兆帕水煤浆气化等压甲醇合成生产工艺的实践者,蒲洁能化采用甲醇制烯烃(DMTO)二代技术建成的180万吨/年甲醇、70万吨/年聚烯烃示范项目建成运行9年多。针对8.7兆帕高压气化制甲醇系统长周期稳定运行存在的一些瓶颈,蒲洁能化成立技术攻关团队,与相关单位合作组织实施了多项技术改造。

  气化是煤化工的“龙头”,而气化喷嘴是制约气化炉稳定运行的核心关键设备之一。蒲洁能化基于系统热监测理论,开展系统内关键设备抗压防失稳技术研究,形成“两构件一系统”的核心设备和技术。

  “两构件即新型气化喷嘴和射流冷却装备,一系统就是变换炉温度精准控制系统。”蒲洁能化副总经理谢博涛介绍说,他们对8.7兆帕水煤浆气化等压甲醇合成过程进行了系统研究,搭建“温度—物相—元素”三维创新谱系,成功开发一种耐热高雾化性能的烧嘴。

  这种新型喷嘴应用后,提高了传热效率,提升了烧嘴结构强度,改善了煤浆雾化效果,提升了耐磨性和寿命,减少了气化炉停炉次数,还使得水煤气中有效气含量提升,气化细渣残碳含量降低。

  射流冷却器是在气化炉托砖盘底部增加的一个新装备,消除了因积灰引起气化炉激冷室内件高温热失稳的风险,解决了装置易堵塞、冷却不均,以及托砖盘温度高制约气化炉长周期高负荷运行等技术难题。与之前相比,采用该装备每年减少气化炉倒炉4次。

  变换炉温度精准控制系统则通过工艺流程优化,实现变换炉温精准调控,延长催化剂使用周期12个月以上,实现热量循环回收利用。

  氨氮高效脱除节能环保

  合成气中氨氮高效分离脱除是制约甲醇生产系统的关键。蒲洁能化与和易环保合作发明的氨杂质分级分质提取利用抗扰技术,采用高效碳氨捕集器和化学脱氨工艺,彻底解决了低温甲醇洗酸性气系统堵塞问题。

  该成果采用两级精制+气化灰水闪蒸汽提质供热提氨工艺,实现废水中氨的低能耗富集转移以及二氧化碳、硫化氢等酸性气体组分的高效分离,外排水氨氮含量降低,水系统全氨回收率达85%以上。同时,高浓度含氨甲醇酸化固氨技术使氨含量降低至50ppm;高浓度气相粒子诱导成核截留捕集技术则使气相中氨脱除效率超过84%。

  碳氢回收利用变废为宝

  气化炉渣中含有一定的残碳量,一般作为固体废弃物填埋在渣场,既造成能源浪费,又增加处理成本。蒲洁能化与融泰能源合作开发气化黑水中重力旋分细渣提煤技术及装备,建成5.4万吨/年气化细渣纯化工业装置,残碳回收率达85%,气化渣回收提取的精煤用于锅炉掺烧,实现变废为宝。

  蒲洁能化还与高校合作开发甲醇脱酸一氧化碳低能耗回收技术,采用两级闪蒸+强化气提+甲醇脱酸一氧化碳回收工艺,一氧化碳含量降至0.065%,压缩机功耗降低50%以上,回收的一氧化碳用于甲醇生产。该技术在实现资源回收利用的同时,解决了低温甲醇洗尾气一氧化碳浓度高的环保难题。

  针对现有甲醇合成单元的弛放气中含有氢,蒲洁能化开发了低氢碳比甲醇合成耦合氢资源回收及高附加值利用技术,新建2400万标准立方米/年高纯氢示范装置,甲醇合成弛放气通过吸附分离生产燃料电池级、电子级高纯氢两种规格的氢气产品,附加值明显提升。

  这些技术成果项目实施过程中,蒲洁能化获专利授权16件,建成了多套示范装置;在产能、能耗、资源回收利用等方面都产生了显著效果,甲醇综合能耗由1660.7千克标煤/吨下降到1251.6千克标煤/吨。

  (本系列报道到此结束)


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