[发明专利]一种集成化学链和二氧化碳利用技术的煤制甲醇系统及方法

说明书

本发明公开了一种集成化学链和二氧化碳利用技术的煤制甲醇系统及方法，其中集成化学链和二氧化碳利用技术的煤制甲醇系统包括预处理单元、煤气化单元、空分单元、燃料反应器单元、蒸气反应器单元、空气反应器单元以及甲醇合成单元。本发明将化学链技术燃料反应器单元分离得到的二氧化碳进行综合利用，合成甲醇燃料，不但降低了传统煤制甲醇过程温室气体排放；而且还提高了过程的碳利用效率、能量效率和经济效益；同时省去了传统煤制甲醇过程中水煤气变化的单元和酸性气体脱除单元，使得流程结构更加简单，公用工程消耗显著降低，投资费用和生产成本明显减少。

技术领域

本发明涉及一种集成化学链和二氧化碳利用技术的煤制甲醇系统及方法，属于能源与化 工技术领域。

背景技术

无论从世界能源供需形势看，还是从我国能源需求和现实看，寻求利用煤炭资源替代石 油刻不容缓。甲醇是一种重要的平台化学品，有上百种化工产品需以甲醇为原料进行合成。

近年来我国煤制甲醇行业发展迅速。目前，我国现有以煤气化为核心的煤制甲醇生产厂 家有约230余家，年总产能超过2200万吨。已投产的大型煤制甲醇项目，如神华包头年产 180万吨煤基甲醇项目、大唐国际年产167万吨煤基甲醇项目以及神华宁煤年产120万吨煤 基甲醇项目。

但是从煤炭的元素组成来看，煤的氢/碳原子比为0.2～1.0，而甲醇合成所需合成气适宜 氢碳比(简称H/C)约为2.1～2.2，所以煤制甲醇伴随着氢碳比的调整。现有的煤制甲醇过 程中，合成气经过水煤气变换反应将其中的一氧化碳转换为氢气，变换过程将一氧化碳反应 为相同物质的量的二氧化碳。这些二氧化碳经过酸性气体脱除单元后，直接排放到环境中。 这样不仅导致大量有效碳元素的损失，同时对环境造成负面影响。另外，如果引入碳税的话， 煤制甲醇工艺的成本优势将不复存在。

寻找一种方案以最小的代价减少或避免煤气化合成气的组分调整，可以有效地实现生产 过程的节能减排。多种原料的联供系统是解决这类问题的较有效的途径。联供系统的优势在 于可将煤炭等富碳资源和天然气、焦炉气等富氢资源通过过程集成的方式，进行物料、能量 和生产过程的合理匹配，根据实际需要调节合成气的氢碳比

然而，我国的天然气储量并不是很丰富，分布也十分不均匀，更多的被用作城市的民用 燃气。如果考虑在工业上以天然气作为原料，进行大型化的化工生产，在短时间内还不太具 备条件。而煤炭资源利用的一个重要产业——煤焦化产业，在进行焦炭的生产过程中，同时 会副产大量的焦炉煤气。我国世界上最大的焦炭生产国，焦炭每年的总产能达到四亿吨[100]。 在煤焦化过程中，每吨焦炭会副产400～450立方米的焦炉气。这些焦炉气除一小部分被炼焦 装置自用意外，大部分被直接燃烧后排放入大气中，我国每年浪费的焦炉气资源约有700亿 立方米，这不仅浪费了宝贵的富氢气体资源，也加剧了周边的环境压力。

由于焦炉气富氢少碳，要对焦炉气进行充分的化工利用，需对系统补入一定碳资源。而 传统煤制甲醇过程，恰好存在富碳少氢的问题。因此通过焦炉气与煤气化合成气的原料和生 产工艺互补，可制备具有合适氢碳比的合成气，可以减少CO₂排放并提高能效，优化资源配 置，显著提高过程的技术经济性能。

综上所述，为了利用宝贵的煤炭与焦炉气资源，提高资源利用效率以及过程的技术经济 性能，本发明提供了一种集成化学链和CO₂利用技术的煤制甲醇系统及方法。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明提供了一种集成化学链和二氧化碳利用技术 的煤制甲醇系统及方法，以提高传统工艺过程的资源利用率、能量效率以及经济效益。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明集成化学链和二氧化碳利用技术的煤制甲醇系统，包括预处理单元1、煤气化单 元2、空分单元6、燃料反应器单元20、蒸气反应器单元21、空气反应器单元22以及甲醇合 成单元5。