粉煤气化煤制甲醇工艺中二氧化碳排放强度的分析研究.docx

1、粉煤气化煤制甲醇工艺中二氧化碳排放强度的分析研究许洋，韩勇，刘立业，吴理崔岩(航天长征化学工程股份有限公司，北京101111)摘要：概述了煤化工产业二氧化碳排放问题的研究进展，介绍了煤气化技术及低温甲醇洗工艺流程，以采用粉煤气化技术年产百万吨甲醇为例，通过定量分析的方法估算了粉煤气化煤制甲醇的二氧化碳排放强度。结果表明，粉煤气化煤制甲醇的二氧化碳排放强度约为1.74t/t甲醇。关键词：粉煤气化；煤制甲醇：二氧化碳；排放强度中图分类号：TQ223文献标识码：A文章编号：1005-8397(2017)06-0053-03二氧化碳是目前最主要的温室气体，温室气体的大量排放会导致全球气候变暖，从而给人

2、类的生产活动带来不可预知的灾难我国作为世界第一的一次能源消费国以及最大的二氧化碳排放国，在巴黎世界气候大会上承诺，于2030年以前单位碳强度较2005年降低60%65%；此外，在“十三五”规划纲要中政府也明确提出，在“十三五”时期，碳排放强度较2005年基础上降低40S5%的目标121o我国“富煤、缺油、少气"的资源禀赋，决定了煤炭在未来很长一段时间内仍将是能源供应的主力军，在我国经济建设和保障能源安全方面起着关键作用。但是在煤炭不合理开发和利用过程中带来的环境污染问题，已严重威胁到我们的环境。开发与应用煤炭清洁高效利用技术，是缓解我国能源安全与环境污染的有效途径。煤化工产业作为煤炭

3、清洁高效利用技术的应用领域在我国已得到了长足的发展，虽然煤化工产业有效减少了污染物的排放，但依然面临二氧化碳排放问题，众多专家学者已对此开展了多方位的研究。张军武介绍了煤化工企业所排放的二氧化碳如何进行捕集、输送与封存。巩旭佝从煤化工生产中二氧化碳的排放情况出发，对煤化工工艺中的二氧化碳减排技术进行了系统分析。王健刃从煤炭直接液化、间接液化和煤制烯炷方面介绍了煤化工产业二氧化碳的排放现状。但现有的文献资料均没有通过定量分析的方法分析煤化工行业二氧化碳的排放强度。收稿曰期：201795-24DO1:10.16200/ki.11-2627/td.2017.06.012作者简介：许洋(1984)，男

4、.山东高密人，2010年毕业于北京化工大学化工过程机械专业，工学硕士，机天长征化学工程股份有限公司工艺管道空工程引用格式：许洋，韩勇，刘立业，等粉煤气化煤制甲醇工艺中二氧化碳排放强度的分析研究J.煤炭加工与综合利用，2017(6):53-55.现代煤化工是以煤为原料，通过煤气化、变换、净化、合成等工艺生产包括甲醇、烯炷、油、乙二醇和天然气在内的化工产品及燃料。煤气化作为煤化工产业链的核心及龙头工艺，其气化技术的选择不同，决定了同样产品的二氧化碳排放最也不尽相同；同样，在相同的气化技术选择条件下，不同产品对于合成气C/H比的要求也不同，生产排放的二氧化碳也不相同。本文以采用粉煤气化技术，百万t/

5、a煤制甲醇为例，定量分析煤制甲醇的二氧化碳排放量以及排放强度。1技术及流程分析目前国内外以煤为原料生产化工产品的工厂中，采用了各种煤气化工艺，如常压固定床间歇气化、鲁奇碎煤加压气化、气流床气化，包括航天炉、壳牌炉、GSP炉、GE炉等。气流床气化技术是现阶段煤气化工艺的最先进技术，因其具有碳转化率高、环境友好、有效气含量高等优点得到了广泛的应用。气流床气化技术又可以分为水煤浆气化技术和粉煤气化技术，水煤浆气化技术代表炉型为GE炉，粉煤气化技术代表炉型为航天炉、壳牌炉和GSP炉等。其中，粉煤气化炉采用干粉煤进料方式，*化炉采用的水冷壁结构，操作温度可以高达1500-1700°C。粉煤气化

6、技术的典型气体组成如表1所示。表1粉煤气化技术典型气体组成代体组分/%co66.00H224.00co28.00其它2.00变换装置位于气化装置的下游，将来自气化装置粗煤气中的一氧化碳（CO）变换为二氧化碳（CO2）,同时产生氢气（咯），调节粗煤气中一氧化碳和氢气的含量，满足后续工艺的需求。因此,变换装置是主要的二氧化碳生产源。不同的产品对于原料气中的Hz/co比要求不一样，这样就决定了在变换装置中一氧化碳转为氢气的深度不相同，其中煤制甲醇要求H2/CO=2o在变换装置中完成合成气中H2/CO比例的调节之后，气体需要进入净化装置脱除合成气中的酸性气体。净化技术包括低温甲醇洗、NHD和MDEA工

7、艺等。现在普遍采用的净化技术为低温甲醇洗技术，低温甲醇洗工艺流程如图1所示。合成气首先进入低温甲醇洗装置的分离器和吸收塔中，由低温甲醇溶解合成气中的H?S、COS、CO?,净化气由二氧化碳吸收塔塔顶引出至下游合成工段。而溶解有酸性气的富甲醇经过中压闪蒸和二氧化碳汽提解吸塔，闪蒸出大部分溶解的二氧化碳，此二氧化碳纯度可达98.5%（体积分数），另闪蒸出的尾气送至尾气吸收塔，可得纯度为70%的二氧化碳。解吸塔塔底的富H2S甲醇溶液经热再生，塔顶得到的酸性气体送硫回收装置，塔底的贫甲醇送二氧化碳吸收塔循环利用。在该工艺中的两股二氧化碳排放气具体组成详见表2o表2不同浓度二氧化碳排放气组成高浓度二氧彳

8、匕碳中浓度二氧化碳CO：:N98.5%CO2:=70%H2:0.1%-0.5%Nj:=30%CO:0.15%-0.5%压力：0.03MPaN2：0.1%0.5%温度：20-C压力：0.04MPa温度：30r2模拟计算变换气纯度98.5%CO?脱盐水废水图1低温甲醇洗工艺流程示意纯度70%CO2以采用粉煤气化技术、年产百万t甲醇工厂为例，计算二氧化碳的排放最。己知条件：产品规模100万t/a甲醇，配置3台气化炉，二氧化碳输煤，变换深度HJCO=2,二氧化碳回收率为0.6,粉煤气化技术所得气体组成参见表1。通过以上条件可计算出粉煤气化装置需提供有效气（CO+H2）量为2825000?/11。根据变

9、换深度和粉煤气化技术所得气体组成，可计算出变换后的气体组成，经变换装置前后的气体组成详见表3。表3变换装置前后气体蛆成气体变换前组分/%变换后组分/%co66.0022.0624.0044.12co,8.0032.35其它2.001.47二氧化碳排放量为：（28250032.35%3x9000I22.414x2206+44.12%一22.414448000、x-=174.49（万t/a）100010000其中，每台气化炉需14000m3/h压二藐化碳（高浓度）用于输煤，输煤单元排放5000m3/h二氧化碳，因此有9000m3/h二氧化碳随着粉煤进入气化炉。高浓度二氧化碳排放量为：2825003

10、2.35%44xx0.6xx22.41422.06%+44.12%1000=130.14（万t/a）10000进入气化装置的高浓度二氧化碳量为：.3xx0.6xx=65.96（万t/a）22.414100010000最终可回收的高浓度二氧化碳排放量为：130.4-65.96=64.18（万t/a）即：单位产品高浓度二氧化碳排放强度为0.64t/t甲醇。中低浓度二氧化碳排放量为：174.49-64.18=110.31（万t/a）即：单位产品中低浓度二氧化碳排放强度为1.10t/t甲醇。从计算结果可以看出，采用粉煤气化技术每生产1t甲醇需排放1.741二氧化碳，即粉煤气化

11、技术单位产品的二氧化碳排放强度为1.74t/t甲醇，其中高浓度二氧化碳排放强度为0.64t/t甲醇，中低浓度二氧化碳排放强度为LlOt/t甲醇。3结论通过梳理研究方法，分析不同的气化技术及工艺流程，以粉煤气化技术产百万吨甲醇为例，模拟计算了单位产品的二氧化碳排放强度。粉煤气化技术单位产品的二氧化碳排放强度约为1.74t/t甲醇，其中高浓度二氧化碳排放强度约为0.64t/t甲醇，中低浓度二氧化碳排放强度约为1.10t/t甲醇。参考文献112王健.煤化工产业面临的CO2ff放何魁及对策!.煤炭加工与综合利用,2009（6）：34-37.张恪渝，廖明球，杨军.绿色低碳背景下中国产业结构调整分析J.中国人口资源与环境，2017,27（3）：116-122.张军武.煤化工二氧化碳捕集输送与封存概述J1.化工设计通讯，2016.42（1）：16-17.巩旭.煤化工工艺中二氧化碳减排技术!.化工设计通讯,2016.42（5）：8.榆能30万t/a煤制乙二醇联产高端化学品项目签约2017年6月6日，榆林市榆阳区招商引资项目推介会成功举行，榆能集团与榆阳区签订30万t/a煤制乙二尊联产高端化学品项目投资协议，次项目预计投资135亿元.（