一种荒煤气提氢生产化学品及热电多联产的工艺方法技术

本发明专利技术专利公开了一种荒煤气提氢生产化学品及热电多联产的工艺方法，属于工业废气综合利用及节能环保技术领域，将荒煤气经过净化、压缩后，通过一氧化碳变换工艺调整荒煤气的组成，然后经过可控型分离吸附技术实现CO2的选择性脱除、氢气的提纯和氮气的脱除，分别得到高浓度的氢气、高浓度CO2和满足合成工艺H2/N2比例要求的气体，并以此为原料生产甲醇、芳烃、烷烃等含碳化学品、液氨和尿素、碳铵以及液态二氧化碳等一种或者多种化学品。

A Process for Hydrogen Extraction from Raw Gas to Produce Chemicals and Cogeneration of Heat and Power

【技术实现步骤摘要】
一种荒煤气提氢生产化学品及热电多联产的工艺方法
本专利技术涉及到工业废气综合利用及节能环保
，具体的说是一种荒煤气高效分离、资源化利用和温室气体CO2利用的技术，既达到了节能环保的效果，又为类似的项目提供了一种创新的工艺方法。
技术介绍
荒煤气是兰炭生产过程中副产的一种可燃性气体。兰炭又称半焦，是由低阶煤低温干馏所得的可燃固体产物，主要成分是碳、灰分和挥发分，是很好的高热值无烟燃料，主要用作工业或民用燃料。截止目前，我国半焦产能已经达到8500万吨/年左右，实际产量约4500万吨，全国半焦产能主要集中在陕西、山西、宁夏、新疆、内蒙等地区。按照我国实际产量4500万吨/年，我国的兰碳尾气的产量约为360亿~540亿Nm3/年。荒煤气的成分较为复杂，且含有焦油、萘、苯等杂质组分，同时含有H2、CO、CH4、CnHm以及CO2、N2等组分，尤其是氮气组分含量较高，一般热值为1500~2200kcal/Nm3。经过前期的调研发现，目前绝大部分兰炭工厂仅将荒煤气作为电厂发电用的燃料气或者锅炉用的燃料气，其产品多以电或者蒸汽为主，较少有装置使用荒煤气作为原料生产化学品，主要原因是无法高效地从荒煤气中提取、分离出在成本上具有经济性的有效气，且难以满足下游工艺装置的经济性要求。但是从目前的发展趋势来看，以兰碳尾气为原料制取化工产品，尤其是化学品，如液氨、尿素、碳铵、甲醇、芳烃、烷烃等的迫切性和可行性存在一定程度的需求。首先，由于我国的绝大部分兰炭工厂位于西北地区，属于电力富集和电力外送区域，常规的荒煤气发电厂面临着上网电价低和装置运行负荷低的双重影响，而且随着环保治理的实施，新的环保排放标准对现有的发电厂提出了更高的要求；其次，随着国际油价的攀升以及国内环境保护政策的出台和实施，大宗化学品如液氨、甲醇、芳烃、聚烯烃等产品的价格逐渐走高，更重要的是，随着技术的进步，使得用兰碳尾气制化学品在经济性上是可行的。因此，寻找技术可靠、经济可行的荒煤气高效利用技术是当前兰炭产业急需解决的一个重要问题。而且，随着国家对兰炭产业节能减排要求的提高，以及能源市场的发展和未来油价上涨的可能性极大的情况，未来荒煤气高效利用的迫切性更加强烈。此外，二氧化碳的资源化利用和温室气体减排未来将迎来一定的发展机遇，因此，在实现兰炭尾气的综合利用的同时，如果能实现二氧化碳的减排必将对兰炭产业的绿色低碳带来有利的推动作用。
技术实现思路
（一）要解决的技术问题本专利技术是为了解决上述技术问题，并提供了一种荒煤气高效分级分质利用的工艺系统方案，仅以荒煤气为原料即可生产高附加值的化学品，包括但不限于液氨、尿素、碳铵、甲醇、芳烃及烷烃等，同时将工艺装置副产的废气综合利用，实现热电联产，既提高了荒煤气的利用效率，又减少了污染物的排放，需要说明的是，本工艺方法有效减少了温室气体二氧化碳的排放，尽可能地实现了资源利用最大化。（二）技术方案本技术方案是将荒煤气经过净化预处理、增压后，通过耐硫变换工艺调整荒煤气的组成以实现CO转换为H2的目的，然后经过可控型分离技术脱除变换气中的CO2，这部分CO2作为下游化学品合成和生产的原料，进而继续采用可控型多级分离技术实现工艺气中氮气的脱除和氢气的提浓，分别得到高浓度的氢气和满足合成氨工艺H2/N2比例的气体。高纯度氢气与CO2气体一起生产甲醇、芳烃等含碳化学品；H2/N2混合气体生产液氨，进一步地，与CO2气体合成生产尿素、碳铵等产品；CO2气体可生产工业级/食品级液态二氧化碳。变压吸附工艺副产的解吸气和合成工艺副产的驰放气作为热电联产的燃料气，从而实现兰炭尾气的最大化利用，同时减少温室气体CO2的排放。所述的步骤1中，针对荒煤气中杂质组分多，尤其是多碳烃类和焦油组分复杂、有机硫和无机硫杂质多且波动较大的特点，采用复合型吸附工艺，装填不同吸附性能的吸附剂。经过预处理后的气体可以满足步骤2中压缩机对组分的杂质要求。所述的步骤2中，荒煤气经过净化后送往压缩机增压，出口压力在0.2~5.0MPaG，根据荒煤气的处理规模、下游合成工艺的技术要求可以优化选择。所述的步骤3中，荒煤气经一氧化碳变换后，将CO转化成H2，采用宽温耐硫变换工艺，采用水/气比不高于0.3的流程设计，并根据荒煤气中氧气的含量，当氧气含量≥0.3%mol时，增设脱氧保护床。所述的步骤4中，采用可控型变压吸附技术脱除CO2，采用分层装填和分床层装填技术，选用对CO2具有高选择性吸附的复合吸附剂，通过控制吸附压力和吸附-再生时间的调节，选择性地且定量地脱除变换气中的CO2并实现CO2的富集，这部分CO2将作为化学品合成的原料气。CO2的吸附量一方面通过压力调节，结合复合吸附剂高效吸附的特点，根据不同的荒煤气组成测定吸附曲线，并耦合到吸附-再生时间控制系统模块中，通过调节吸附-再生时间周期，进而达到控制CO2产品量的目的。所述的步骤4中，继续采用可控型多级分离吸附技术，从荒煤气中分离得到含氮气和氢气合成气和高纯度的氢气（H2体积含量≥90%）。可采用膜分离技术进行氢气的提浓，也可以采用多级可控变压吸附工艺；或者二者结合使用，首先采用膜分离工艺进行气体的初步分离，然后采用多级变压吸附可控分离技术进一步处理。其中，可控型多级变压吸附技术是针对工艺气中氮气体积含量高达30~60%的特点，选用2种及以上不同的选择性多孔吸附剂，包括对氮气具有高选择性吸附的吸附剂，采用多床层串联/并联的方式，至少采用2段串联的分离系统，采用分级控制技术，定量得到不同纯度的氢气、氢气/氮气混合气，并可根据实际的产品需求灵活调节上述两种气体的比例，或者只生产其中一种气体。其中，膜分离选用对氢气有高选择性的渗透膜，可选用单级分离，也可以选择多级渗透分离；多级可控变压吸附工艺选用多种不同性能的吸附剂，采用多床层装填。尤其是针对工艺气中N2含量较高的特点，选择对N2有高选择性吸附的微孔吸附剂，在吸附N2的同时实现H2的分离；根据工艺气的组成，测定吸附曲线并耦合到吸附-再生控制系统模块中，通过在线调节吸附-再生周期，以实现不同比例的N2吸附，产生不同的H2/N2比例的富氢气或者是纯度≥99.9%的高纯氢气。所述的步骤5中，H2/N2合成气生产液氨，并与二氧化碳一起作为原料合成尿素、碳铵，从而得到氨和尿素、碳铵两种化学品；高纯度的氢气和二氧化碳一起作为原料生产含碳化学品，包括但不限于甲醇、芳烃、烷烃等产品；部分二氧化碳采用压缩液化技术生产工业级/食品级液态二氧化碳产品。[孔1]驰放气送入燃气锅炉或者燃气轮机，既可以发电，同时配套余热发电或者余热锅炉，副产多个规格的蒸汽，以满足系统的用热、蒸汽透平需求。（三）有益效果本专利技术提供了一种荒煤气综合利用的工艺技术方法，采用可控型变压吸附技术分离CO2和提纯氢气，既解决了荒煤气高效分离和资源化利用，实现了荒煤气中各个组分的有效利用，同时又可减少温室气体CO2的排放，达到了节能环保的效果，又具有一定的经济性，为类似的项目提供了一种新的工艺技术方法。本专利技术的主要特点如下：（1）实现了荒煤气中多种组分的资源化利用，包括H2、CO、CH4以及烃类，尤其是实现了CO2和N2的资源化利用，提高了荒煤气的利用效率；（2）工艺成熟可靠，流程设计合理，可以生产多种高附加值的化学品，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荒煤气提氢生产化学品及热电多联产的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括以下步骤：步骤1：荒煤气净化预处理，除去气体中的固体颗粒和部分杂质；步骤2：增压，将步骤1除杂后的气体经压缩机增压至0.2~5.0MpaG；步骤3：变换，经步骤2增压的气体经一氧化碳变换工艺，将CO转化成H2；步骤4：气体分离，将步骤3得到的气体，采用可控型分离吸附工艺，包括但不限于膜分离和变压吸附等串并联技术，实现H2、CO2和N2的分离；步骤5：分别以H2、CO2和N2以及H2/N2的混合气为原料，生产多种化学产品，包括但不限于生产液氨、尿素、碳铵等，以及甲醇、芳烃等烃类、液态二氧化碳等一种或者多种化学品；步骤6：回收变压吸附副产的解吸气和化学品生产副产的驰放气，并作为热电联产的原料气，生产蒸汽并发电。

【技术特征摘要】
1.一种荒煤气提氢生产化学品及热电多联产的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括以下步骤：步骤1：荒煤气净化预处理，除去气体中的固体颗粒和部分杂质；步骤2：增压，将步骤1除杂后的气体经压缩机增压至0.2~5.0MpaG；步骤3：变换，经步骤2增压的气体经一氧化碳变换工艺，将CO转化成H2；步骤4：气体分离，将步骤3得到的气体，采用可控型分离吸附工艺，包括但不限于膜分离和变压吸附等串并联技术，实现H2、CO2和N2的分离；步骤5：分别以H2、CO2和N2以及H2/N2的混合气为原料，生产多种化学产品，包括但不限于生产液氨、尿素、碳铵等，以及甲醇、芳烃等烃类、液态二氧化碳等一种或者多种化学品；步骤6：回收变压吸附副产的解吸气和化学品生产副产的驰放气，并作为热电联产的原料气，生产蒸汽并发电。2.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤1采用高选择性吸附剂，除去荒煤气中的焦油、多分子烃类以及含硫组分等。3.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤2采用压缩机对气体进行加压，出口压力控制在0.2~5.0MpaG范围内。4.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤3采用宽温耐硫变换工艺，不少于两段的低水/汽比变换工艺，并根据原料气的氧气含量设置脱氧保护床。5.如权利要求1至4所述的工艺方法，其特征在于，步骤4采用分层装填和分床层装填的吸附技术，选用对CO2具有高选择性吸附的复合吸附剂，通过控制吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏红星，刘伟，丁云，
申请(专利权)人：夏红星，刘伟，
类型：发明
国别省市：上海,31