富氢原料气综合减碳应用研究.pdf

第 卷第期 年月化肥设计C h e m i c a lF e r t i l i z e rD e s i g nA u g 作者简介:肖敦峰(年),男,湖北仙桃人,年毕业于中国地质大学(武汉)应用化学专业,高级工程师,现主要从事化工工艺设计和技术管理工作.富氢原料气综合减碳应用研究肖敦峰,皮金林,夏炎华,金鑫(中国五环工程有限公司,湖北 武汉 )摘要:分析我国不同地区、不同企业的合成气组分差异,采取合适的流量配比,可调配出符合各类化学品合成所需的合适氢碳比.此策略符合原子经济学,能大幅减少在化学品合成过程中的C O排放,并有效降低投资和消耗.关键词:合成气;氢碳比;化学品合成;C O排放d o i:/j i s s n 中图分类号:TQ 文献标识码:A文章编号:()R e s e a r c ho nC o m p r e h e n s i v eC a r b o nR e d u c t i o nA p p l i c a t i o no fH y d r o g e n r i c hF e e dG a sX I A OD u n f e n g,P I J i n l i n,X I AY a n h u a,J I NX i n(W u h u a nE n g i n e e r i n gC o,L t d,W u h a nH u b e i ,C h i n a)A b s t r a c t:T h r o u g ha n a l y z i n g t h e c o m p o s i t i o nd i f f e r e n c e so f s y n t h e t i cg a s i nd i f f e r e n t r e g i o n sa n de n t e r p r i s e s i nC h i n a,t h ea p p r o p r i a t eh y d r o g e n c a r b o nr a t i oc a nb e f o r m u l a t e dt om e e t t h es y n t h e s i s r e q u i r e m e n t so fv a r i o u sc h e m i c a l sb ya d o p t i n gt h ea p p r o p r i a t e f l o wr a t i o T h i ss t r a t e g y i sc o n s i s t e n tw i t ha t o m i ce c o n o m i c sa n dc a ns i g n i f i c a n t l yr e d u c eC Oe m i s s i o n sd u r i n gc h e m i c a ls y n t h e s i s,a n de f f e c t i v e l yr e d u c e i n v e s t m e n ta n dc o n s u m p t i o n K e y w o r d s:s y n t h e t i cg a s;h y d r o g e n c a r b o nr a t i o;c h e m i c a l s y n t h e s i s;C Oe m i s s i o nd o i:/j i s s n 年 月日至 日的中央经济工作会议上提出:要正确认识和把握“碳达峰”、“碳中和”,传统能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基础上,要立足以煤为主的基本国情,抓好煤炭清洁高效利用,增加新能源消纳能力,推动煤炭和新能源优化组合.要狠抓绿色低碳技术攻关.要科学考核,新增可再生能源和原料用能不纳入能源消费总量控制,创造条件尽早实现能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变.如何在发展煤化工的同时实现低碳或减碳发展,笔者结合多年的从业经历,从各类能源、各类合成气的组合搭配上提出了一些减碳思路,供读者参考.1 1方案简述现有各种原料或能源利用所产粗煤气、兰炭气、焦炉气、电石尾气、天然气转化气等中的H/C O比值差异巨大,而合成甲醇、乙醇、乙二醇、丁辛醇、多碳醇及油品等时,所需要的H/C O均在左右,为了确保化工产品生产环节少排放C O,可通过不同气体的合理配比,实现所需的H/C O比值,从而实现碳减排.表列出了不同粗合成气的典型组分,为了实现所需要的氢碳比,可通过不同的合成气组合,实现少排碳.沿海地区大量建设丙烷脱氢(P DH)或乙烷裂解项目,其副产大量的氢气.由于氢能产业还处于发展起步阶段,富余氢气无法完全消纳,而仅仅作为燃料.为了将氢气作为原料使用,提高其附加值,可通过干煤粉气化与副产氢气结合,调配出符合甲醇、乙醇、乙二醇等产品生产所需的H/C O摩尔比为的合成气.约 N m/h的粗煤气(含C O)与丙烷脱氢或乙烷裂解副产 N m/h氢气结合,可以生产约 万t/a甲醇或 万t/a乙二醇.若全部采用干煤粉 气 化 制 甲 醇,在 工 艺 过 程 中C O排 放 量 为 万t/a,若采用组合一,组分见表,工艺过程中C O排放量仅为 万t/a,C O减排 以上.表常见粗合成气组分物料名称焦炉气兰炭尾气电石尾气水煤浆气化干煤粉气化天然气二段转化非催化纯氧部分转化P DH副产氢物流编号组分m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/hH C O C O HO NA r C H 注:绿色的气体表示氢多碳少,蓝色的气体表示碳氢相当,黄色的气体表示氢少碳多.表组合一:沿海干煤粉气化与P D H副产氢气结合物料名称干煤粉气化P DH副产氢物流编号组合一:沿海干煤粉气化与P D H结合组分m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/hH C O C O HONA r C HOCnHm气量,Nm/h 在西北地区,可通过水煤浆气化与天然气转化的组合,获得H/C O摩 尔 比 为的 合 成 气.约 Nm/h的 粗 煤 气(含C O)与 约 Nm/h转化气(含C O)结合,可以生产约 万t/a甲醇或 万t/a乙二醇.若全部采用水煤浆气化制甲醇,工艺过程C O排放量为 万t/a,若采用组合二,组分见表,工艺过程中C O排放量为 万t/a,C O减排 以上.在西北地区,还可通过水煤浆气化与焦炉气(甲烷提取出来做L NG)的组合,获得H/C O摩尔为的合成气.约 Nm/h的焦炉煤气(含C O)与约 Nm/h水煤浆煤气(含C O)结合,可以生产约 万t/a甲醇或 万t/a乙二醇.若全部采用水煤浆气化制甲醇,工艺过程C O排放为 万t/a;若采用组合三,组分见表,工艺过程中C O排放量为 万t/a,C O减排 以上.表组合二:西北水煤浆气化与天然气二段转化结合物料名称水煤浆气化天然气二段转化物流编号组合二:西北水煤浆与天然气二段转化结合组分m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/hH C O C O HO NA r C H 气量,Nm/h 表组合三:西北水煤浆气化与焦炉气结合物料名称焦炉气水煤浆气化物流编号组合三:西北水煤浆与焦炉气结合组分m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/hH C O C O HONA r C H 气量,Nm/h 在西北地区,还可通过焦炉气(甲烷提取出来做L NG)与电石尾气的组合,获得H/C O为的合成气.约 Nm/h的焦炉煤气(含C O)与约 Nm/h电石气(含C O)结合,可以生产约 万t/a甲醇或 万t/a乙二醇.若全部采用化肥设计 年第 卷水煤浆气化制甲醇,工艺过程中C O排放量为 万t/a;若采用组合四,组分见表,工艺过程中C O排放量为 万t/a,C O减排.表组合四:西北焦炉气与电石尾气结合物料名称焦炉气电石尾气物流编号组合四:西北焦炉气与电石气结合组分m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/hH C O C O HONA r C H O CnHm 气量,Nm/h 在绿电资源比较丰富的地方,可将电解出的氢气和氧气与煤气化合成气结合,减少甚至取消空分、变换,不需脱碳,粗煤气经冷却和脱硫后直接去合成圈.若水煤浆气化与电解氢气结合,其组分见表.若全部采用水煤浆气化制甲醇,工艺过程中C O排放量为 万t/a;若采用组合五,工艺过程中C O排 放 量 为t/a,工 艺 过 程 中C O减排 .与原有煤制甲醇的流程相比,投资和消耗将会明显降低,变化见图.表组合五:水煤浆气化与电解氢气结合物料名称水煤浆气化电解氢物流编号组合五:水煤浆气化与电解氢气结合组分m o l Nm/h m o l Nm/h m o l Nm/hH C O C O HONA r C H OCnHm气量,Nm/h 图组合五:水煤浆气化与电解氢气结合流程2 2减碳效果分析为简单说明不同气体组合后的减排效果,表表不同技术路线吨甲醇工艺过程C O排放不同技术路线干煤粉气化水煤浆气化天然气转化组合一:沿海干煤粉气化与P DH结合组合二:西北水煤浆气化与天然气二段转化结合组合三:西北水煤浆气化与焦炉气结合组合四:西北焦炉气与电石气结合组合五:水煤浆气化与电解氢结合吨甲醇C O排放/t 注:为了比较的方便,动力使用环节的C O排放均未计入.将不同技术路线生产甲醇工艺过程的C O排放进行了对比.通过比较不同气体中碳氢摩尔比,研究通过不同流量气体配比获得所需的氢碳摩尔比,从而取消或缩小空分、变换、脱碳等规模,降低装置投资和消耗,有效减少化工品合成工艺环节的C O排放.3 3不同产品的减碳效果分析各类化学产品中碳含量差异较大,煤炭中以碳为主,石油中氢碳比为,天然气中氢碳比为,而聚烯烃类产品中氢碳比为,尿素和甲醇中氢碳比为,从原子组成角度来说,石油路线制聚烯烃、天然气路线制氨、尿素和甲醇是减碳最好的路径,工艺过程环节不排放C O,仅能源提供环节排放少量C O.但中国“富煤、贫油、少气”的能源结构导致国内几乎全部的液氨、尿素和甲醇生产都采用煤炭,因此,C O排放量较大(见表).如果能将液氨和尿素产品从以煤炭为主逐步转换为以煤炭、焦炉气、轻烃裂解气、天然气等多种气体(下转第 页)第期肖敦峰,皮金林,夏炎华,等富氢原料气综合减碳应用研究 混凝土强度实验混凝土 抗 压 强 度 在 数 控 水 泥 砼 标 准 养 护 箱 、湿度 条件下,测定其d、d、d抗压 强 度,成 型 试 模 采 用 mm mm mm,具体实验数据见图.图混凝土抗压强度由图可知,使用控制变量法考察云南地区不同种类火山灰与聚羧酸减水剂的适应性,所得到的结果如下:C 的试块强度最高;C C 的试块早期强度较高,其d强度已达到 以上,d强度已达到 以上,d已达到 以上;C 和C 试块前期强度较低,其d强度已达到 以上,后期强度增长快.可得出如下结论:火山灰对混凝土试块强度影响很大,火山灰粒度越小,混凝土试块前期强度越低,后期强度增长速度快.3 3结语()云南地区同种火山灰的物理性能基本一致,不同种类火山灰物理性能略有差别,整体趋向稳定.()不同厂家的火山灰在同种外加剂下对比,火山灰粒度主要影响减水剂的减水性能,火山灰粒度越小,火山灰需水量越大,减水剂掺量越高,早期强度越小.()不同厂家的火山灰在同种外加剂下对比,火山灰烧失量主要影响减水剂的保坍性能,火山灰烧失量越大,混凝土损失越大,后期强度越低.参考文献:李立,关青锋,刘金国,等肯尼亚天然火山灰质材料对水泥水化性能的影响J混凝土,():元强,杨珍珍,史才军,等天然火山灰在水泥基材料中的应用基础J硅酸盐通报,():王倩倩天然火山灰质材料在高性能混凝土中的应用技术 评 天然火山灰质材料与火山灰高性能混凝土 J混凝土与水泥制品,():修改稿日期:(上接第 页)有机耦合和共存为主,将对化工行业C O减排贡献巨大.另外,现有煤化工项目基本都配置了C O变换装置.为了减少C O的排放,可以不变换或少变换,后续可考虑多配置需要利用C O来羰基化的产品,如羰基化生产醋酸、碳酸二甲酯、丁辛醇、甲酸甲酯、甲酰胺、丁二烯双羰基化生产己二酸等.以上研究主要从原子经济和减碳角度来分析,未考虑各种能源及产品的价格以及各种不同原料配比下项目的盈利性和竞争力.表不同技术路线的吨产品工艺过程C O排放不同技术路线煤基路线(干煤粉)天然气路线备注吨氨C O排放/t 吨尿素C O排放/t 吨甲醇C O排放/t 未计入动力使用环节的C O排放吨碳酸氢氨C O排放/t 4 4结语在东部沿海地区大力发展轻烃化工,副产大量氢气,但由于政策不允许用煤,因此,沿海地区氢气只能用于生产液氨或作为燃料.为了充分地利用氢气生产多碳醇类产品,建议根据副产氢气量适度审批少量煤气化项目,实现碳氢平衡.在西北地区有大量的电石尾气和焦炉气资源,要鼓励不同企业间进行电石气、焦炉气互换耦合,实现所需的碳氢平衡,或通过少量煤气化项目,与焦炉气的富氢进行配比,生产多碳醇等化工产品.在新疆、重庆天然气资源富裕的地方可建设部分天然气与煤气化耦合的项目,实现碳氢的平衡.西北现有煤化工企业要实现与绿电制氢的耦合调节氢碳比,取消空分、变换,同时尽量生产多消耗C O的化学品,如醋酸、碳酸二甲酯、丁辛醇、甲酸甲酯、甲酰胺等.参考文献:每 经 网 年 中 央 经 济 工 作 会 议 专 题 E B/O L h t t p:w w w n b d c o m c n/a p p_f e a t u r e s/修改稿日期:第期李嘉佳,彭飞,王照能,等云南地区不同种类火山灰对聚羧酸减水剂及混凝土性能的影响研究