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蘭炭尾氣化工聯(lián)產(chǎn)綜合利用工藝技術(shù)

王萬(wàn)和   閆奮學(xué)   朱炳禮

（寶雞市泰和化工科技有限公司    陜西寶雞   721300）

摘要：蘭炭產(chǎn)業(yè)作為潔凈煤技術(shù)的重要組成部分，可以實(shí)現(xiàn)煤炭的高效、清潔利用；蘭炭生產(chǎn)過程中所副產(chǎn)的蘭炭尾氣，大部分廠家，將其作為燃料用來發(fā)電，做電石或金屬鎂，由于其熱值較低，用來燃燒不僅是資源的浪費(fèi)，而且也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，本文利用目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的工藝技術(shù)，對(duì)蘭炭尾氣制合成氨、尿素、LNG及液體二氧化碳等利用途徑做進(jìn)一步闡述，旨在最大程度地實(shí)現(xiàn)蘭炭尾氣的高效利用。

關(guān)鍵詞：蘭炭尾氣；合成氨；尿素；LNG；甲醇；電石尾氣。

    隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，因蘭炭可作為清潔高效能源和石化、冶金、電石、化肥等生產(chǎn)的主要原材料，促進(jìn)了蘭碳行業(yè)近年來突飛猛進(jìn)的發(fā)展。2017年，我國(guó)蘭炭裝置產(chǎn)能約為9600萬(wàn)噸，其中榆林地區(qū)產(chǎn)能5000萬(wàn)噸，占全國(guó)的52.08%以上，新疆產(chǎn)能3230萬(wàn)噸，占全國(guó)產(chǎn)能的30%以上，內(nèi)蒙古約1200萬(wàn)噸，占全國(guó)產(chǎn)能的12%左右。

    在蘭碳產(chǎn)量提高的同時(shí)，產(chǎn)生了大量富余的蘭炭尾氣，每生產(chǎn)1噸蘭炭大約產(chǎn)生800Nm³的蘭炭尾氣。蘭炭尾氣中含有多種成分，常規(guī)的蘭炭尾氣中氫含量20%~28%、一氧化碳含量14%~18%、甲烷含量7%~10%、二氧化碳含量8%~12%、氮含量37%~43%，還含有少量的焦油、萘、苯、粉塵、多種硫化物、氨等雜質(zhì)。

    大部分蘭炭廠將其作為燃?xì)庥脕戆l(fā)電、做電石或金屬鎂，部分廠家只能將煤氣點(diǎn)燃后排放到空氣中，不僅是一種資源的浪費(fèi)，而且也對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，目前已經(jīng)影響整個(gè)蘭炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如何高效、節(jié)能、環(huán)保的利用蘭炭尾氣，研究、開發(fā)蘭炭尾氣資源化利用技術(shù)，促進(jìn)節(jié)能減排是擺在各級(jí)政府、企業(yè)和科研單位面前的一項(xiàng)急需解決的新課題。榆林市政府榆政辦函（2019）152號(hào)《榆林市蘭炭行業(yè)升級(jí)改造綠色安全發(fā)展三年行動(dòng)方案（2019-2021）》已經(jīng)明確要求蘭炭尾氣要用以生產(chǎn)化工產(chǎn)品，杜絕燃燒，明確指出，蘭炭尾氣重點(diǎn)向化工產(chǎn)品延伸。

    寶雞市泰和化工科技有限公司是一家重點(diǎn)從事蘭炭尾氣、焦?fàn)t氣、電石尾氣及甲醇馳放氣等煤化工工藝尾氣制合成氨、制甲醇、制LNG的高科技企業(yè)，在工業(yè)尾氣凈化處理及有效氣體分離回收率等方面取得了顯著成績(jī)，申報(bào)取得了“蘭炭尾氣多分法綜合后處理系統(tǒng)”專利證書（專利號(hào)：ZL2017 2 0867260.8），該技術(shù)通過了陜西省石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)成果鑒定（石化聯(lián)鑒字2017第1號(hào)）。編制完成了甘肅金昌化工集團(tuán)有限公司“蘭炭尾氣綜合利用項(xiàng)目”可研報(bào)告、甘肅豐盛環(huán)�？萍加邢薰�司“蘭炭尾氣、焦?fàn)t尾氣、電石尾氣綜合利用制年產(chǎn)20萬(wàn)噸合成氨及液化甲烷項(xiàng)目”可研報(bào)告，并為神木銀泉煤化公司的蘭炭尾氣生產(chǎn)合成氨、碳酸氫銨提供了技術(shù)方案并被實(shí)施且取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，近期編制完成了神木某企業(yè)蘭炭升級(jí)改造利用蘭炭尾氣制合成氨、尿素、LNG項(xiàng)目咨詢報(bào)告，在工業(yè)尾氣資源化利用工藝技術(shù)上積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1、        蘭炭尾氣綜合利用工藝技術(shù)

    本公司近年來研究的蘭炭尾氣綜合生產(chǎn)合成氨、化肥、液化甲烷利用技術(shù)簡(jiǎn)介如下：

    注：以下產(chǎn)能及效益均以100萬(wàn)噸/年蘭炭裝置為例，計(jì)算依據(jù)為：

    （1）蘭炭氣氣量8億Nm³/年（100000Nm³/h），

    （2）氣體組分見下表

    蘭炭尾氣中含氮量約40%左右，含二氧化碳約11%，在常規(guī)的蘭炭氣資源化利用技術(shù)中，這兩種氣體均作為廢氣除去，蘭炭尾氣制合成氨聯(lián)產(chǎn)碳酸氫銨（尿素），不但能充分的利用其有效氣，而且能最大化的利用其所含的氮?dú)夂投�氧化碳，是蘭炭尾氣綜合利用的較佳途徑。

1.1蘭炭尾氣制合成氨、碳酸氫銨、副產(chǎn)富甲烷氣

    1.1.1技術(shù)方案簡(jiǎn)介：

1.1.2產(chǎn)品規(guī)模：

    采用本工藝技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可調(diào)整）：

（1）合成氨：～14萬(wàn)噸/年（其中7萬(wàn)噸用于化肥生產(chǎn)）

（2）碳酸氫銨：～28萬(wàn)噸/年

（3）富甲烷氣：～6.0×10⁷Nm³/年

1.1.3投資及效益估算

（1）項(xiàng)目投資總額：～3.0億元

（2）項(xiàng)目產(chǎn)值：～4.52億元/年

（3）項(xiàng)目利潤(rùn)（稅后）：～1.36億元/年

備注：液氨售價(jià)按2350元/噸、碳酸氫銨售價(jià)按600/噸、富甲烷氣按2元/Nm³計(jì)

1.2蘭炭尾氣制合成氨、尿素、副產(chǎn)LNG、液體CO₂

1.2.1技術(shù)方案簡(jiǎn)介：

 1.2.2產(chǎn)品規(guī)模：

采用本工藝技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模：

（1）合成氨：～14萬(wàn)噸/年（中間產(chǎn)品）

（2）尿素：～24萬(wàn)噸/年

（3）LNG:  ～4.5萬(wàn)噸/年

（4）液體CO₂: ～10萬(wàn)噸/年

1.2.3投資及效益估算：

（1）項(xiàng)目投資總額：～5.6億元

（2）項(xiàng)目產(chǎn)值：～6.83億元/年

（3）項(xiàng)目利潤(rùn)（稅后）：～2.85億元/年

備注：尿素售價(jià)按1900元/噸、LNG售價(jià)按4050元/噸、液體CO售價(jià)按458元/噸計(jì)。

    蘭炭尾氣中含有一定量的甲烷，可以單獨(dú)生產(chǎn)LNG（液化甲烷）；蘭炭尾氣中也含有氫氣和一氧化碳，也可以合成甲醇產(chǎn)品。

1.3蘭炭尾氣制LNG

1.3.1技術(shù)方案簡(jiǎn)介

隨著燃料價(jià)格的不斷上漲，以及近年來脫碳、變壓、變溫吸附分離、甲烷化、冷箱等新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，蘭炭尾氣作為液化甲烷生產(chǎn)原料，從經(jīng)濟(jì)角度和技術(shù)角度來看均非�？尚�。

蘭炭尾氣生產(chǎn)LNG工藝技術(shù)方案見下圖：

 1.3.2產(chǎn)品規(guī)模：

采用本工藝技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模：

（1）LNG: ～9萬(wàn)噸/年

1.3.3投資及效益估算：

（1）項(xiàng)目總投資：～2.8億元

（2）項(xiàng)目產(chǎn)值：～2.7億元/年

（3）項(xiàng)目利潤(rùn)（稅后）：～0.76億元/年

備注：LNG售價(jià)按3000元/噸計(jì)

1.4蘭炭尾氣制甲醇

1.4.1技術(shù)方案簡(jiǎn)介：

蘭炭尾氣中含有氫氣、一氧化碳，是制甲醇的基本原料，甲醇是重要

的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，在化工生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。

蘭炭尾氣生產(chǎn)甲醇工藝技術(shù)方案見下圖：

 1.4.2產(chǎn)品規(guī)模：

采用本工藝技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模：

（1）甲醇: ～14萬(wàn)噸/年

1.4.3投資及效益估算

（1）項(xiàng)目總投資：～2.8億元

（2）項(xiàng)目產(chǎn)值：～3.22億元/年

（3）項(xiàng)目利潤(rùn)（稅后）：～0.87億元/年

備注：甲醇售價(jià)按2300元/噸計(jì)

    蘭炭氣單獨(dú)生產(chǎn)LNG和甲醇，技術(shù)上是可行的，但經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如用來生產(chǎn)合成氨聯(lián)產(chǎn)LNG（液化甲烷）、液體二氧化碳。

2、蘭炭尾氣與電石尾氣綜合利用技術(shù)

    上述的蘭炭尾氣資源化利用工藝技術(shù)，均適用于獨(dú)立的蘭炭生產(chǎn)裝置，因蘭炭尾氣中有效氣（CO+H₂）含量較低（～40%左右），考慮到目前大多數(shù)的蘭炭生產(chǎn)廠家，其副產(chǎn)的蘭炭尾氣一般僅用于發(fā)電，所發(fā)的電再用于電石生產(chǎn)，形成蘭炭——發(fā)電——電石，電石生產(chǎn)副產(chǎn)的電石氣也送發(fā)電廠進(jìn)行燃燒發(fā)電的循環(huán)產(chǎn)業(yè)模式，若將副產(chǎn)的電石氣與發(fā)電富余的蘭炭氣綜合利用，將會(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

    蘭炭尾氣與電石尾氣綜合利用也可生產(chǎn)液氨、化肥、LNG、甲醇等產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本將具有更大的優(yōu)勢(shì)。

    本公司近年來的研究的蘭炭尾氣與電石尾氣綜合生產(chǎn)合成氨、化肥、液化甲烷、甲醇利用技術(shù)簡(jiǎn)介如下：

2.1蘭炭尾氣與電石尾氣生產(chǎn)合成氨的工藝技術(shù)方案如下：

 2.2蘭炭尾氣與電石尾氣生產(chǎn)甲醇的工藝技術(shù)方案如下：

     以神木某企業(yè)為例，其260萬(wàn)噸/年蘭炭裝置所產(chǎn)蘭炭尾氣用于發(fā)電，所發(fā)的電用于30萬(wàn)噸/年電石生產(chǎn)，蘭炭尾氣除滿足電石生產(chǎn)所需用電外，尚有25000Nm³/h剩余，同時(shí)電石生產(chǎn)也副產(chǎn)電石尾氣15000Nm³/h左右，將剩余蘭炭尾氣和副產(chǎn)電石尾氣綜合利用，可實(shí)現(xiàn)：