甲醇吹除气制CNG工艺方案选择

摘 要：介绍了利用煤气化生产的煤气转化为甲醇产品，而甲醇生产过程中将会有一定量的尾气排出（即甲醇吹除气），这部分气主要富集甲烷和氢气，可将其中的富裕氢气回收返回甲醇生产，甲醇吹除气制合成天然气压缩得cng。根据工厂提供数据，可采用两种方案，经过方案比较确定最佳方案。

关键词：甲醇吹出气；甲烷；利用；CNG

中图分类号：U671.3 文献标识码：A

1 前言

中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司原供给哈尔滨市的人工煤气因大庆天然气的引入，民用煤气日渐减少直至退出，公司为追求发展，充分利用其资源优势，利用煤气化生产的煤气转化为甲醇产品，而甲醇生产过程中将会有一定量的尾气排出（即甲醇吹除气），这部分气体主要成份为甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气等。为了公司的多元化发展，将其中的富裕氢气回收返回甲醇生产，剩下的甲醇吹除气制合成天然气压缩得CNG，提高企业经济竞争能力。

根据实际生产情况的统计：在正常生产情况下，厂内现有一套8万吨/年甲醇装置，有18000NM3/h甲醇吹除气，其压力为5.0MPa，温度为常温；另一套为年产25万吨甲醇装置有26000NM3/h系甲醇吹除气，其压力为8.3MPa，温度为常温；两套装置合计甲醇吹除气44000NM3/h；按原料气中含30%～35%甲烷，以30%CH4计有13200NM3/h（100%CH4），若按甲烷收率95%，合成天然气的甲烷纯度95%计，可生产天然气可生产13894 NM3/h。

2 确定的产品方案、生产规模及质量标准与指标

2.1 产品方案的选择。合成天然气主要用于生产车用CNG，所以，要求合成天然气纯度达到CH4+CnHm≥92%，露点≤-50℃，压力为2.0MPa(G)，该气体提供给加气站生产CNG。

2.2 生产规模的确定。合成天然气生产规模主要由甲醇吹除气量来决定，CN能由当地市场状况决定；根据现实生产情况的统计总结，正常生产情况下，中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司系统一套8万吨/年甲醇装置可产生吹除气18000NM3/h（压力5.0MPa，常温），另一套25万吨/年甲醇装置可产生吹除气26000NM3/h（压力8.3MPa，常温），两套合计为44000NM3/h。装置设计负荷130%，按原料气30%CH4计，按合成天然气中CH4含量CH4+ CnHm≥92%，甲烷回收率95%计可生产合成天然气13894NM3/h，其中生产CNG 875 M3/h。根据生产实际情况，最大可生产合成天然气18000NM3/h，因此确定天然气部分产能规模为12838NM3/h，配套年产700万NM3/aC NG装置。

2.3 质量标准与指标。本项目生产CN能既与甲醇市场价格有关，又与当地车用CNG用量有关，但合成天然气生产指标按照CNG标准来生产，其要求如下：

（1）合成天然气指标：CH4+CnHm≥92%

露点≤-50℃

压力为2.0 MPa(G)

（2）CNG指标：CH4+CnHm≥92%

露点≤-50℃

压力为25.0MPa(G)

3 工艺技术方案的选择

目前，生产压缩天然气（CNG）的主要原料为天然气，是建在有天然气管线通过的地方，从天然气管线直接取气，天然气经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，然后进入储气瓶组储存或通过售气机给车辆加气。天然气加气站可分为常规站、母站和子站。本项目采用甲醇吹除气中的低浓度甲烷经提浓后得到合成天然气，再经压缩得到CNG。根据工厂提供数据，经过方案比较可采用两种方案；第一种方案：原料气用的是高压甲醇吹除气(压力8.3MPa),因此只有采用25万吨/年甲醇装置才能提供此气源，该装置正常情况下吹除气量为26000NM3/h；另一套8万吨/年甲醇装置只能提供压力5.0MPa中压气源，该装置正常情况下吹除气量为18000NM3/h。因此，按设计气量44000NM3/h，高压气量不足；装置不足之处还在于：其一、在此种压力下变换单元所使用的催化剂比低压变换用的催化剂价格相差一倍，投资增加；其二、脱碳单元采用MDEA脱碳，再生时需要提供加热热源，能耗较高；其三，从整套工艺流程要求上需要设备压力等级较高，相应的设备投资较大些。该装置优点在于：能充分利用原料气的压力源，对生产CNG相应的可减少了压缩功率（若全产CNG）。第二种方案：所有设备使用压力≤3.0MPa生产工艺流程，因此，需将两套甲醇装置吹除气降压到2.5MPa，此时装置设计气量与实际生产相吻合。全套其优点有：①、设备压力等级降低，虽部分设备容量稍有增大，但总体设备投资略有下降；②、变换单元采用低压变换操作，工艺更为成熟，催化剂投资费用下降较多；③、脱碳单元采用MDEA脱碳处理，工艺成熟，操作易于控制；④、膜分离单元由高压膜改用低压膜，效果较好，易控制、稳定性也较高，投资略有下降。低压流程不足的是：流程较为复杂些，装置生产出天然气压力2.0MPa,比第一种方案多增加压缩功耗700kw/h(将此部分天然气压缩到7.8MPa)，但第一期只生产700万NM3/a，每小时需用气量为875NM3/h，大部分的天然气用于城市燃气，因此该部分气体不需要压缩到7.8MPa，所以，一期上700万NM3/aCNG，该部分天然气增加压缩功约需50kw/h（2.0MPa天然气875NM3/h增压至7.8MPa情况下）。

综上所述：一期上700万NM3/aCNG，应采用第二种方案，该方案所得到的产品质量好，操作稳定、易调控系统生产负荷，均能满足两套甲醇吹除气的生产。

4 第二种方案工艺流程说明

4.1 工艺流程简述：甲醇吹除气制合成天然气装置流程分为变换、MDEA脱碳、膜分离几大部分，出来的气体送加气站生产CNG。

变换部分：界区外的甲醇吹除气（简称原料气），以压力8.3MPa，温度40℃进入界区，首先进行减压至2.5 MPa，再进入原料气换热器加热，与界外来的中压蒸汽（压力2.5MPa ，温度228℃）在混合罐中按一定水碳比值（H2O/CO=3～5）进行混合，进行中变，反应温度在200～250℃，变换后的气体进行与原料气换热，将温度降低到180～200℃，经过此步骤后，再经过中低变换后的气体，其CO≤0.3%,再依次经过原料气预热器、水冷却器后气体最终温度降到40℃，再经气液分离器分离凝液，出来的气体进入脱碳部分。

MDEA脱碳部分：来自变换段的气体自下而上进入脱碳吸收塔，在塔内与MDEA贫液互相接触，被吸收掉CO2的气体从塔顶流出，进过一系列换热、分离装置后，进入膜分离部分，MDEA贫液吸收气体中的CO2后变成MDEA富液，从塔底流出后进入再生塔，经再生后重新变为贫液，循环利用。气体经过该单元后，CO2含量可将至3%（V/V）以下。

膜分离部分：来自脱碳后的气体直接进入加热器，将气体升温到50℃进入膜分离器组提氢，在管程侧可以得到氢气纯度≥96%，压力0.1 MPa,温度为50℃的渗透气，该部分气体送回压缩返回甲醇系统利用；在壳程侧可得CH4+CnHm≥92%气体（称为天然气），压力为2.0 MPa，温度为50℃的非渗透气体，该部分气体进入变温吸附干燥塔脱水，使气体的露点温度≤-50℃，部分天然气送去CNG加气站，余下大部分天然气作为民用燃气进入城市管网。

CNG加气站：来自干燥系统的天然气首进先进入分配台调配，引出部分天然气送CNG站的原料气缓冲罐，经罐内出来的气体进入天然气压缩机升压至25.0 MPa，再入CNG贮气井为汽车加气。

4.2 工艺流程简图（见附图）。

5 结论

综上所述，甲醇吹除气制合成天然气压缩得CNG工艺应选择第二套方案，具有以下技术特点： 采用膜分离技术，可确保原料气中氢气进行有效的分离，装置能长期、安全、稳定运行。 合理的热平衡措施，充分利用系统中的反应热能，附产中压蒸汽。 采用成熟可靠的中、低变换技术，且生产调剂性较好。 采用等压无损干燥技术，使得全套装置甲烷收率高，其综合能耗较低。

参考文献

[1]刘凯.粗甲醇催化氧化制备甲醛的研究[D].山东轻工业学院，2011.06.10.