一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法技术

一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法是原煤气化所得水煤气经初净化和深度净化后与焦炉气经变压吸附所制得的部分Ｈ↓［２］混合，进行甲醇合成得到甲醇，甲醇进行二甲醚合成得到产品二甲醚。焦炉气经净化脱硫后进入变压吸附分离出Ｈ↓［２］，其中一部分Ｈ↓［２］作为甲醇合成Ｈ↓［２］补充，另一部分Ｈ↓［２］与Ｎ↓［２］混合进行氨合成得到合成氨，合成氨与第一次冷凝所得ＣＯ↓［２］混合进行尿素合成得到尿素。焦炉气变压吸附解吸气经第一次冷凝分离出ＣＯ↓［２］去尿素合成，剩余气体进行第二次冷凝得到产品ＬＮＧ以及ＣＯ与Ｎ↓［２］的混合气体。本发明专利技术具有无温室气体排放，利用煤制气的富碳缺氢与焦炉气的富氢缺碳进行互补，原料中有效成分得到高效利用的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种通过焦炉气和煤制气同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法。技术背景尿素是目前使用量最大的氮肥，二甲醚既是重要的化工原料，又是替代汽柴油及天然气的洁净燃料，液化天然气(LNG)属我国较为稀缺的洁净燃料(目前国内需求旺盛，缺口很大)。焦炉气、煤炭依靠现有技术均可用于生产二甲醚与尿素，但尚未见用于生产液化天然气的有关报道，目前液化天然气多以天然气为原料。焦炉气是煤炭干馏成焦过程中的副产物，主要成分为：H2 58-66％；CH4 21-25％；CO 5-8％；CmHn 1.6-2.0％；CO2 1.9-2.3％；N2 2-6％。单独以焦炉气为原料生产甲醇，需将其中约20％的甲烷借助蒸汽转化或部分氧化生成转化气，转化气H2/C摩尔比高达4，为甲醇合成气H2/C的2倍，表现为富氢缺碳，故用于合成甲醇，近一半氢气因无CO匹配而损失掉。如用于生产合成氨，需同时进行转化与变换，工艺过程复杂，投资高。以煤炭气化生产甲醇，所制备水煤气的典型成分为：CO 47.14％；H234.35；CO2 17.6％；CH4 0.117；其它0.793％。水煤气中H2/CO摩尔比仅为0.73，远低于甲醇合成气对H2/CO摩尔比的要求，表现为富碳缺氢。为此，单独以煤炭生产甲醇，为提高H2/CO摩尔比，必须采用水煤气变换工艺将水煤气总气量近50％依下列反进行变换以进一步制氢：CO+H2O＝CO2+H2，部分变换后气体成分为：CO 21.24％；H2 46.02；CO2 31.99％；CH4 0.093；其它0.657％。致使大量碳未参与生成甲醇的反应，而以温室气体CO2排放损失掉，煤中碳进入甲醇的比率仅为37％，导致煤炭资源的巨大浪费。
技术实现思路
-->本专利技术的目的是提供一种无温室气体排放，可利用煤制气的富碳缺氢与焦炉气的富氢缺碳进行互补生产二甲醚和尿素，同时将焦炉气中所含的低碳烃通过物理分离制得液化天然气的方法。本方法将“富碳缺氢”的煤制气与“富氢缺碳”的焦炉气有机结合，通过变压吸附物理过程实现甲醇合成与尿素合成原料气的最佳配置，剩余富含CH4的气体低温液化为LNG。实现了焦炉气无转化、煤制气无变换操作，无温室气体排放，节能节水节约投资，过程简单，并将焦炉气与煤制气中有效组份充分利用，实现了经济、环境、能源三位一体的协调发展。本专利技术的制备方法包括如下步骤：(1)原煤、水蒸气和氧气经过煤炭气化生成水煤气，水煤气经初步净化得到初净化水煤气；(2)初净化后的水煤气进入深度净化，得到H2S、羰基硫(COS)、CO2、CO和H2，净化后的CO和H2与变压吸附来的H2混合成为甲醇合成气，甲醇合成气在合成甲醇催化剂作用下进行甲醇合成制得甲醇，甲醇进行二甲醚合成，在合成二甲醚催化剂作用下发生脱水反应，制得二甲醚产品；(3)焦炉气经压缩后进行净化脱硫，净化脱硫后的气体经变压吸附得到H2与解吸混合气，变压吸附所得氢气部分去甲醇合成，部分去氨合成；解吸混合气经第一次冷凝分离出CO2去尿素合成，分离出CO2后的剩余气体经第二次冷凝得到液化天然气(LNG)产品与CO和N2的混合气体；(4)变压吸附分离出的一部分氢气与N2在合成氨催化剂作用下进行氨合成，得到合成氨；(5)合成氨与第一次冷凝分离出的CO2和深度净化分离出的CO2气混合后，进行尿素合成，得到合成尿素。如上所述的原煤、水蒸气和氧气经过煤炭气化生成水煤气的压力低于合成甲醇所需的压力时，在进行深度净化前，还可以进行气体压缩。如上所述的煤炭气化是采用美国德士古气流床水煤浆气化技术、荷兰壳牌谢尔粉煤加压气化技术、中科院山西煤炭化学研究所的灰熔聚流-->化床粉煤加压气化技术等。如上所述的水煤气初步净化是由于水煤气中含有少量粉尘、杂质可以经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤、除尘。当原煤、水蒸气和氧气经过煤炭气化生成水煤气的压力低于合成甲醇所需的压力时，在进行气体压缩前，水煤气初步净化还需进行初步脱硫，初步脱硫可采用栲胶脱硫法、改良ADA法或络合铁法等工艺。如上所述的深度净化脱硫脱碳采用的工艺包括：低温甲醇洗(Rectisol)工艺技术、聚乙二醇二甲醚(NHD)法。净化后的甲醇合成气中H2S含量≤0.1ppm。如上所述的甲醇合成是在氢碳摩尔比＝(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.05～2.10，反应压力4.9～11.7Mpa，反应温度190～290℃，空速8000-30000h-1的条件下进行甲醇合成反应。可采用英国ICI工艺、德国Lurgi工艺、TOPSΦe工艺等。如上所述的合成甲醇催化剂包括：英国ICI公司的51-2、51-3，德国Lurgi公司的LG104，丹麦TOPSΦe的MK101型，中国西南化工设计研究院的C302，中国南化公司研究院的C301、C306等。如上所述的二甲醚合成可采用液相法与气相法。液相法主要采用混酸脱水法，催化剂为98wt％H2SO4与85wt％H3PO4按重量比为1∶1.5-3.0构成的混酸，反应条件：压力0.4-0.5MPa，温度140-150℃；气相法以γ-Al2O3、ZSM-5、HZSM高硅铝比分子筛为脱水催化剂，操作压力0.1-1.0MPa，温度130-380℃，液空速0.8-4.0h-1。如上所述的焦炉气经缩机压缩后的压力为1.5～4.5MPa。如第(3)步骤所述的净化脱硫采用工艺包括有：改良ADA法，栲胶法，弗玛克斯—洛达科斯—昆帕库斯法等。如上所述的变压吸附的条件为压力1.5～4.5Mpa，温度小于40℃。如上所述的氨合成工艺条件为压力在氢氮摩尔比2.9-3.2，压力10～35Mpa，温度400～500℃，空速在10000-30000h-1之间条件下进行氨合成反应；合成氨工艺包括：凯洛格工艺、布朗深冷净化工艺、ICIAM-V工艺、LCA工艺及KPK工艺。如上所述的合成氨催化剂为南京化学工业公司的A102型、A106-->型、A109型铁催化剂；浙江工业大学的A110-2、A301型氨合成催化剂；英国ICI公司开发的铁-钴系的ICI74-1、ICI35-4、ICI73-1型氨合成催化剂；福州大学的A201型催化剂；丹麦的KMI、KMII、KMIII催化剂；美国的C73-1、C73-2-03型催化剂等。如上所述的尿素合成是在温度160～210℃，压力13～24MPa，氨碳摩尔比2.8-4.5，水碳摩尔比0.4-0.8生产工艺条件下，进行尿素合成反应，可采用合成工艺为水溶液全循环法、气提法、联尿法、SRR法、UTI公司HR法等。如上所述的第一次冷凝温度为：-70--85℃，压力为：1.5～4.5MPa；第二次冷凝温度为：-160--75℃，压力为：1.5～4.5MPa。本专利技术的优点：1)本专利将“富碳缺氢”的煤制气与“富氢缺碳”的焦炉气有机结合，并借助变压吸附优化构置甲醇与尿素合成气，借助深冷制备LNG。2)本专利工艺实现了焦炉气无转化、煤制气无变换操作，大大简化了工艺流程。3)本专利集成工艺，将焦炉气与煤制气中各组分物尽其用，无温室气体排放，节能、节水、节约投资，工艺过程简单，实现了经济、环境、能源三位一体的协调发展。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图具体实施方式实施例1在煤炭气化过程中，将煤炭进行前期处理，喷入灰熔聚气化炉在温度1000℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法，其特征在于包括如下步骤：（１）原煤、水蒸气和氧气经过煤炭气化生成水煤气，水煤气经初步净化得到初净化水煤气；（２）初净化后的水煤气进入深度净化，得到得到Ｈ↓［２］Ｓ、羰基硫（ＣＯＳ） 、ＣＯ↓［２］、ＣＯ和Ｈ↓［２］，净化后的ＣＯ和Ｈ↓［２］与变压吸附来的Ｈ↓［２］混合成为甲醇合成气，甲醇合成气在合成甲醇催化剂作用下进行甲醇合成制得甲醇，甲醇进行二甲醚合成，在合成二甲醚催化剂作用下发生脱水反应，制得二甲醚产品；（ ３）焦炉气经压缩后进行净化脱硫，净化脱硫后的气体经变压吸附得到Ｈ↓［２］与解吸混合气，变压吸附所得氢气部分去甲醇合成，部分去氨合成；解吸混合气经第一次冷凝分离出ＣＯ↓［２］去尿素合成，分离出ＣＯ↓［２］后的剩余气体经第二次冷凝得到液化天然气产品与ＣＯ和Ｎ↓［２］的混合气体；（４）变压吸附分离出的一部分氢气与Ｎ↓［２］在合成氨催化剂作用下进行氨合成，得到合成氨；（５）合成氨与第一次冷凝分离出的ＣＯ↓［２］和深度净化分离出的ＣＯ↓［２］气混合后，进行尿素合成，得到 合成尿素。...

【技术特征摘要】
1、一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)原煤、水蒸气和氧气经过煤炭气化生成水煤气，水煤气经初步净化得到初净化水煤气；(2)初净化后的水煤气进入深度净化，得到得到H2S、羰基硫(COS)、CO2、CO和H2，净化后的CO和H2与变压吸附来的H2混合成为甲醇合成气，甲醇合成气在合成甲醇催化剂作用下进行甲醇合成制得甲醇，甲醇进行二甲醚合成，在合成二甲醚催化剂作用下发生脱水反应，制得二甲醚产品；(3)焦炉气经压缩后进行净化脱硫，净化脱硫后的气体经变压吸附得到H2与解吸混合气，变压吸附所得氢气部分去甲醇合成，部分去氨合成；解吸混合气经第一次冷凝分离出CO2去尿素合成，分离出CO2后的剩余气体经第二次冷凝得到液化天然气产品与CO和N2的混合气体；(4)变压吸附分离出的一部分氢气与N2在合成氨催化剂作用下进行氨合成，得到合成氨；(5)合成氨与第一次冷凝分离出的CO2和深度净化分离出的CO2气混合后，进行尿素合成，得到合成尿素。2、如权利要求1所述的一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法，其特征在于所述的原煤、水蒸气和氧气经过煤炭气化生成水煤气的压力低于合成甲醇所需的压力时，在进行深度净化前，还进行气体压缩。3、如权利要求1所述的一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法，其特征在于如上所述的煤炭气化是采用美国德士古气流床水煤浆气化技术、荷兰壳牌谢尔粉煤加压气化技术或中科院山西煤炭化学研究所的灰熔聚流化床粉煤加压气化技术。4、如权利要求1所述的一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法，其特征在于所述的水煤气初步净化是由于水煤气中含有少量粉尘、杂质经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤、除尘；当原煤、水蒸气和氧气经过煤炭气化生成水煤气的压力低于合成甲醇所需的压力时，在进行气体压缩前，水煤气初步净化还需进行初步脱硫。5、如权利要求4所述的一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法，其特征在于所述的初步脱硫采用栲胶脱硫法或改良ADA法或络合铁法工艺。6、如权利要求1所述的一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法，其特征在于所述的深度净化脱硫脱碳采用的工艺是低温甲醇洗工艺技术或聚乙二醇二甲醚法，净化后的甲醇合成气中H2S含量≤0.1ppm。7、如权利要求1所述的一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法，其特征在于所述的甲醇合成是采用英国ICI工艺、德国Lurgi工艺或TOPSΦe工艺；在氢碳摩尔比为(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.05～2.10，反应压力4.9～11.7Mpa，反应温度190～290℃，空速8000-30000h-1的条件下进行甲醇合成反应。8、如权利要求1所述的一种同时生产二甲醚、液化天然气及尿素的方法，其特征在于可所述的合成甲醇催化剂为英国ICI公司的51-2、51-3、德国Lurgi公司的LG104、丹麦TOPSΦe的MK101型、中国西南化工设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢克昌，杜文广，刘守军，程加林，何小刚，
申请(专利权)人：太原理工天成科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]