焦炉煤气(Coke Oven Gas,COG)是炼焦过程的一种副产物,主要由H_2、CH_4、CO、N_2、CO_2等组成,我国焦炉煤气年产达1,796亿m~3。市场上50%的焦炉煤气作为燃料利用,其余的燃烧后排空,这造成了资源浪费以及温室气体排放。焦炉煤气制甲醇(COG to methanol,CTM)是一种焦炉煤气高价值利用的方法,相比于其他焦炉煤气利用方法,具有工业化程度高及经济效益好的优势。在CTM工艺中,由于焦炉煤气合成甲醇单程转化率低,未反应气循环量高,导致了较高的压缩能耗和低甲醇产量。焦炉煤气富含氢气,甲醇驰放气中也含大量的氢气以及部分二氧化碳,导致了资源浪费及二氧化碳排放。为了提高元素利用率,增加甲醇产量及节能减排,工业上常采用外购纯二氧化碳或新增造气装置的补碳方法。但是均不能彻底的解决氢资源浪费和二氧化碳排放问题,甚至会不同程度地增加工艺的生产成本及能耗。基于此,本文提出了两种工艺优化方案。利用流程模拟软件Aspen Plus建立了工艺的全流程模型,并对各方案进行了技术-经济-环境性能分析。本文的主要工作如下:(1)利用Aspen Plus对年产20万吨甲醇的CTM背景装置建立全流程模型。模拟结果与工厂数据吻合良好,为后续工艺优化奠定基础。(2)针对甲醇单程转化率低的问题,提出了基于副产蒸汽降级的CTM工艺优化方案。在甲醇合成反应器中,常采用中压沸水作为冷却剂,因而副产中压蒸汽。该冷却剂温度(即反映沸水压力)是一个影响甲醇合成及工艺能耗的关键参数,对此展开了系统的研究。结果表明,降低冷却剂温度至187℃时,反应器副产低压蒸汽,能提高反应单程转化率25%,能增产甲醇3%,节约能量成本28.2%,新增收入5.397 M$/a,二氧化碳减排21.3%。(3)针对驰放气造成的氢资源浪费及碳排放问题,提出了驰放气辅助焦炉煤气制甲醇新工艺。新工艺在原始工艺的基础上增加一个H_2CO_2分离回收单元,所有回收的CO_2和部分H_2循环至甲醇合成单元,其余的H_2作为产品。经过技术-能耗-经济性能分析,新工艺中的关键参数氢气循环率、反应器冷却剂温度及未反应气循环率分别定为0.6、187℃及0.89。新工艺需要投资费用2.319 M$,能实现二氧化碳零排放,甲醇增产16%,节约能量成本15.5%,新增收入23.485M$/a。

煤气化炉烧嘴

常温 常压

0～100×10-6CO

防爆

抽气泵

2

水洗塔出口

温度 250℃

压力 6.5MPa

水份 60%

（露点约90℃）

0～60%CO

高温

高压

高水份

0～30%CO2

0～3000×10-6CH4

0～60%H2

3

脱碳净化气

常温

压力 5.3MPa

0～30%CO

高压

0～3%CO2

35～75%H2

4

甲醇合成气

常温

压力 12MPa

0～

高压