应用于煤制氢项目的水煤浆气化及低温甲醇洗技术

1、 2012年 第8期 通用机械40【摘 要】简要介绍了中国石化股份有限公司九江分公司引进GE水煤浆气化、低温甲醇洗酸性气脱除等国际先进的工艺技术用于煤（焦）制氢项目，并介绍了工艺技术原理、工艺流程和主要优点。九江石化通过对化肥装置进行产业结构调整，将其改造为设计制氢能力105 100m3/h煤（焦）制氢装置，为加氢裂化、汽油加氢、柴油加氢和渣油加氢等炼油化工装置提供优质氢源，提高炼油化工装置深加工能力，将有效提升原油资源的综合利用率。【关键词】水煤浆气化 低温甲醇洗 煤制氢 石油化工 差异化发展一、前言我国的煤炭资源相对丰富，煤炭经过加工后能够生产出替代石油化工产品的煤化工产品。煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程，根据生产工艺与产品的不同主要分为煤焦化、煤电石、煤气化和煤液化等四条产品链。煤化工不仅可以生产成品油、石脑油、LPG等石油产品，还可以生产乙烯、丙烯等石化产品。煤合成天然气可以作为炼化企业的重要燃料，成为实现原料燃料多元化的有效途径之一。发展煤化工是我国石化差异化发展战略的重要举措，可以实现煤炭对石油的部分有效替代，提高能源保障水平

2、。据业内专家测算，当原油价格在60美元/桶时，采用炼厂干气制氢，每吨氢气的成本达1.6万元；若采用石脑油制氢，每吨氢气的成本高达2万元；当煤炭价格为700元/t时，每吨氢中国石化股份有限公司九江分公司 （江西 332004） 汪学峰应用于煤制氢项目的 应用于煤制氢项目的水煤浆气化及低温甲醇洗技术 水煤浆气化及低温甲醇洗技术2012年 第8期 41通用机械气的成本约为1.2万元，充分验证了煤基原料制氢的竞争优势。与传统的干气制氢工艺和石脑油制氢工艺相比，煤制氢装置的水煤浆气化制氢工艺可节约成本30%60%。显然，原油价格越高，煤基原料制氢的竞争优势就越凸显，石油化工企业采用煤制氢技术有利于大幅降低生产成本。如何获得廉价氢气成为我国炼化企业降低成本亟待解决的课题，煤制氢技术已经成为国际煤化工领域重要的研究、应用和发展方向。煤制氢技术是煤化工行业的核心技术，主要分为煤焦化制氢和煤气化制氢两种，将煤炭或焦炭原料转化为氢气。煤制氢工艺技术成熟，世界各大能源公司纷纷涉足煤制氢技术。煤气化技术国外有美国通用电气能源集团（GE）水煤浆气化技术、德士古水煤浆加压气化技术、壳牌煤粉加压气化技术等，国内有清

3、华大学水煤浆气化技术、华东理工大学四喷嘴对置式水煤浆气化技术、非熔渣-熔渣分级气化技术等；空气分离技术国外厂家主要有林德、法液空，国内有杭氧、川空、开空等；低温甲醇洗技术国外有林德鲁奇技术、法液空技术等，国内有大连理工大学技术等。按照整体规划，九江石化“油改煤”的方案是对原设计以渣油为原料路线的化肥装置进行产业结构调整，将原化肥装置改造为煤（焦）制氢装置，为加氢裂化、柴油加氢、汽油加氢和渣油加氢等炼化装置提供优质氢源，满足汽油、柴油产品质量升级的需要，保障地制氢装置，为炼油装置提供氢源。该项目集成了多项当前国内外先进技术，是九江石化800万t/a油品质量升级改造工程的重要配套项目之一，总投资15亿元，也是投资最大的单套项目，装置设计制氢能力为105 100m/h。九江石化公司按照安全第一、能效最高、投资最省的原则开展技术装备工作，先后经过5轮技术交流比选、3轮技术调研论证、2轮技术谈判，历时14个月，最终确定美国通用电气能源集团（GE）为煤制氢项目水煤浆气化技术指定供应商，并与该公司签订合同及技术附件。2011年11月22日，由中国石化股份公司国际事业有限公司主持，中国石化股份公司九江

4、石化公司与美国通用电气能源集团（GE）、宁波工程公司三方共同正式签订煤（焦）制氢项目GE水煤浆气化专利技术附件，标志着九江石化105 100m/h煤（焦）制氢项目正式引进GE水煤浆气化技术。该附件主要内容包括工艺描述、设计基础、设计原则、标准和法规、性能考核、工艺包工作范围、工艺包交付时间、审查会和技术改进、推荐备品备件、技术服务、操作培训和专利清单等。根据协议，G E水煤浆气化技术作为九江石化煤制氢项目的气化技术，将煤炭或石油焦等原料转化为粗合成气（主要是氢气、一氧化碳），经过低温甲醇洗单元等下游装置提纯，生产出高纯度的氢气，为炼油装置提供优质原料，满足汽区成品油市场稳定、安全供应。二、引进GE水煤浆气化技术2011年11月，九江石化启动800万t/a油品质量升级改造工程，该项目总投资100亿元，计划于2014年全部建成投产，九江石化炼油综合加工能力将提升到800万1 000万t/a，生产的汽油、柴油产品质量全部达到国标准，年销售收入超过500亿元，年上缴税金超过100亿元，成为我国中部地区重要的炼化基地。对促进中国石化产业结构调整，增产高品质清洁环保的汽油、柴油等油品，提升江西省石

5、油化工产业发展水平，推动江西省实现科学发展、绿色崛起，具有重要意义。九江石化800万t/a油品质量升级改造工程是落实中国石化集团公司与江西省人民政府战略合作协议、鄱阳湖生态经济区规划的重点工程项目，应对汽油、柴油产品质量不断升级的需要，对现有装置和设备进行升级配套改造。主要建设项目包括新建500万t/a常减压蒸馏、240万t/a加氢裂化、170万t/a渣油加氢、150万t/a柴油加氢精制、120万t/a连续重整、25万t/a苯抽提、2套7万t/a硫黄回收、4万m/h PSA氢气提纯、10万m/h煤（焦）制氢以及锅炉煤（焦）代油等10多套主体装置。九江石化按照建设具有国际先进水平的千万吨级一流炼化企业的发展战略目标，对化肥装置进行产业结构调整，将其改造为煤（焦） 2012年 第8期 通用机械42油、柴油产品质量升级的需要。2012年2月89日，九江石化煤（焦）制氢项目水煤浆气化工艺包开工会在中国石化宁波工程公司召开。中国石化九江分公司、美国通用电气能源集团（GE）、中国石化宁波工程公司等专家就气化单元工艺流程、装置配置、界区条件、设计基础、设计数据、性能保证、设备仪表编号原则、工艺包交付

6、进度和联络方式等进行了充分地讨论，并达成共识。标志着九江石化煤制氢项目从技术准备阶段转入项目实施阶段，为下游装置技术选型、启动工艺包、项目基础设计和煤制氢项目开工建设等奠定了基础。三、GE水煤浆气化技术原理、流程及优点G E水煤浆气化技术的原理是水煤浆与限量控制的氧气进行非催化的部分氧化反应后，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，合成气可直接用于制氢、合成氨、甲醇、乙二醇、液化烷烃和城市煤气等。反应过程涉及高温、高压、非均相、湍流条件下的物理和化学过程的相互作用，也包括大量高度关联的各种氧化反应（部分氧化反应、分解挥发反应、蒸汽转化反应及水煤气转化反应等）。G E水煤浆气化工艺流程主要包括原料研磨、水煤浆制备、气化、灰渣处理、黑水闪蒸、黑水沉降和黑水过滤，其核心技术和关键设备是气化炉。G E水煤浆气化技术成熟，原料灵活，气化效率高，自动化程度高，能耗低，投资成本低，安全可靠和环保。采用GE水煤浆气化技术，煤的能量转化率可提高到60%以上，具有比石油制烃类化学品更好的经济、社会和环保效益。该技术目前已在中国石化股份公司旗下的金陵石化、齐鲁石化、南化公司和茂名石化等炼化企业煤气化项目中

7、成功应用。四、引进低温甲醇洗酸性气脱除技术2011年12月12日，中国石化股份公司九江分公司分别与法国液化空气集团、大连理工大学正式签订煤制氢项目低温甲醇洗酸性气脱除专利技术附件，签订仪式由中国石化股份公司国际事业有限公司主持。标志着中国石化九江分公司105 100m/h煤（焦）制氢项目正式引进低温甲醇洗酸性气脱除技术（Rectisol）。九江石化公司经过前期充分技术交流比选和多方技术调研论证，最终确定法国液化空气集团低温甲醇洗技术（Rectisol）作为煤（焦）制氢项目的酸性气脱除技术，用来脱除188 143m3/h变换气中C O2、H2S等酸性气体，生产出高纯度的氢气，为下游甲烷化单元提供优质原料。五、低温甲醇洗酸性气脱除技术原理及优点以煤为原料的化工生产，粗合成气中有大量的C O2、H2S等酸性气体，这些酸性气体对生产是不利的，必须将其脱除。目前，煤化工行业比较常用的酸性气脱除技术有物理吸收法、化学吸收法和氧化法。其中物理吸收法更加经济、成熟，广泛地应用于工业生产，其代表有低温甲醇洗法（Rectisol）、聚乙二醇二甲醚法（NHD）和环丁砜法。低温甲醇洗工艺采用物理吸收法以冷甲醇作为溶剂脱除酸性气体，技术成熟，能耗较低、投资成本低，安全可靠和环保，工艺气体净化度高，对C O2、H2S选择性吸收能力强，甲醇的热稳定性和化学稳定性好，能够有效脱除原料气中的C O2和H2S，所需溶剂循环量小，在硫化物和CO2含量高的煤制氢净化工艺流程逐渐显示出优势。六、结语九江石化作为中国石化在中部地区、长江沿岸的重要炼化企业，通过产业结构调整，对现有炼化装置不断进行优化升级改造，淘汰落后工艺、采用先进工艺，建设“绿色低碳炼厂”，取得增产减污、节能减排的效果。在不久的将来，九江石化必将建设成为一个规模更大，结构更优，效益更佳，环境更好，竞争力更强的具有国际先进水平的千万吨级一流特大型炼化一体化企业，为振兴石化支柱产业、加快鄱阳湖生态经济区建设和发展江西地方经济作出更大的贡献。 （收稿日期：2012/06/20）

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