煤和焦炉气联供制合成天然气过程的建模、模拟与分析

近年来中国的煤制天然气项目快速发展。然而煤制天然气项目的CO₂排放量大、污水产量高难处理,生产过程能效低。与此同时,中国焦炭工业每年产生约700亿立方米的副产物焦炉气,这些富氢的焦炉气大多被燃烧或直接排放进入大气,对环境造成严重影响,同时还浪费了巨大的经济价值。煤和焦炉气联供制天然气新工艺可有效解决这些问题。焦炉气与煤元素互补,焦炉气中的氢气可用来调节合成气的氢碳比;甲烷可通过甲烷干重整过程降低煤制烯烃过程排放的CO₂,提高碳元素利用率,实现节能减排。本文针对煤和焦炉气联供制天然气这个新的工艺过程进行建模、模拟与分析,发现新过程的能效比煤天然气烃过程提高了约8个百分点,而CO₂排放量则减少了约60%。     

焦炉气催化部分氧化的数值模拟

利用F luent中标准κ-ε模型和多孔介质模型对焦炉气催化部分氧化转化炉进行模拟计算。整个反应床层分为氧化反应区和转化区,氧化反应区主要发生燃烧反应;转化区则装填催化剂,发生甲烷重整反应。通过模拟计算给出了转化炉内温度分布、压力分布、组分摩尔分数分布。转化炉出口的温度与气体摩尔分数与Aspen P lus软件模拟结果相吻合。表明CFD模拟结果是准确的,可用于焦炉气催化部分氧化转化炉的工艺和结构设计中。     

焦炉气制甲醇联合弛放气合成氨过程模拟和分析

针对焦炉气制甲醇驰放气中大量氢气及其空分单元中大量氮气未被有效利用这一问题,建立了焦炉气制甲醇联合驰放气合成氨过程模型,并采用氢资源利用率、?效率和产品成本等技术指标分析比较2种工艺流程的技术经济性能。在新流程中,焦炉气制甲醇驰放气通过变压吸附分离得到氢气和其它可燃气体,其中氢气与空分单元的氮气用于合成氨。焦炉气联产甲醇和氨过程将氢利用率由63.4%提高到91.9%,其?效比焦炉气单产甲醇过程提高约10%。尽管焦炉气联产过程投资比单产甲醇过程高81.3%,但其产品成本低11.2%。     

焦炉气甲烷化过程模拟计算顺序的确定

序贯模块法广泛应用于化工过程流程模拟。对于具有回路的化工过程,其计算顺序的确定是很重要的问题。本文针对有回路的焦炉气甲烷化流程进行了分析,确定了其模拟计算时的计算顺序,对焦炉气甲烷化流程的研究具有很好的参考价值。     

由焦炉气制取二甲醚的工艺路线评述

介绍了以焦炉气为原料制取二甲醚的工艺路线 ,并从技术经济角度进行了比较。结论是用合成气一步直接制取二甲醚技术上更先进、经济上更合理     

焦炉气制备天然气的工艺探讨

概述了近几年我国焦炉气的生产和利用现状,介绍了利用焦炉气制备天然气的两种方法——物理分离法和化学法,对化学法的重要影响因素——催化剂制备和甲烷化工艺进行了重点分析。同时,论述了化学法制备天然气的三种典型工艺方案。利用焦炉气制备天然气的市场前景广阔,对我国能源行业可持续发展具有重要的现实意义。     

反应条件对焦炉气甲烷化催化剂性能的影响

考察了温度、压力、空速等条件对焦炉气甲烷化催化剂活性的影响。结果表明,所制备的催化剂活性高,并具有良好的抗结炭性能,能满足焦炉气甲烷化反应过程的要求。     

焦炉气制甲醇与天然气的比较

从工艺流程、产品方案、消耗定额、能量利用率,经济性等方面,对比分析了焦炉气甲烷化制天然气与焦炉气制甲醇两种技术路线,显现了焦炉气制天然气的竞争力.     

焦炉气制甲醇联产甲烷工艺模拟

介绍了焦炉气制甲醇联产甲烷工艺,并利用Aspen Plus对该联产工艺进行了模拟。模拟结果显示,在给定焦炉气进料条件下,联产工艺可实现日产摩尔分数93.01%的甲烷6.31×105m3,年产摩尔分数99.43%的甲醇2.04×105t。分析了补碳量、新鲜合成气温度、压力及第二级精馏塔塔板数对甲醇产品的影响。结果表明,当补碳量约为625.00 kmol/h、新鲜合成气温度约为240℃、反应压力为6 000.00 kPa、第二级精馏塔理论塔板数为25块左右时,甲醇产品中甲醇摩尔分数达到最大值,为99.75%。     

焦炉气制甲烷的新型催化剂及其应用工艺

介绍了一种用于焦炉气回收制甲烷的新型催化剂,模拟工业条件的测试实验数据显示,该新型催化剂具有高活性、良好的耐热性和抗结炭性,适用于焦炉气或煤制气制合成甲烷的工艺.根据该催化剂性能提出2种新型工艺流程:一是以焦炉气为原料,设置两段绝热催化反应加变压吸附系统的工艺,以制取天然气和纯氢产品;二是在焦炉气中添加煤气或富含碳氧化...     

气煤联供实现资源高效利用和碳减排技术进展

为解决煤化工过程资源利用率低和碳排放高的问题,有研究者提出以天然气、焦炉气、页岩气等富氢资源和煤炭资源联供方案,旨在实现源头碳减排。文章指出依据联供过程技术的差异,较有代表性的方案可分为集成甲烷部分氧化和集成甲烷干/水蒸气重整的气煤联供过程。文章以生产甲醇为例,从资源利用和经济效益等方面对集成甲烷部分氧化和集成甲烷干/水蒸气重整的气煤联供过程进行分析和比较。集成甲烷部分氧化的工艺碳元素利用率达到57.9%,每吨甲醇排放CO₂为1.50t,较传统煤制甲醇工艺排放减少37.5%。甲醇产品成本稍低于传统工艺。集成甲烷干/水蒸气重整工艺的碳元素利用率最高,达到83.7%。减排效果最明显,每吨甲醇排放CO₂为0.90t,较传统工艺排放减少62.5%,但是由于CO₂转化增加能耗,甲醇产品成本有所提升。由于气煤联供过程有利于CO₂减排,当碳税高于65CNY/tCO₂时,两个气煤联供工艺的生产成本低于传统的煤制甲醇工艺。     

Dry reforming of methane to synthesis gas over supported molybdenum carbide catalysts

The dry reforming of methane at elevated pressure over supported molybdenum carbide catalysts, prepared from oxide precursors using ethane TPR, has been studied. The relative stability of the catalysts is Mo₂C/Al₂O₃>Mo₂C/ZrO₂>Mo₂C/SiO₂>Mo₂C/TiO₂, and calcination of the oxide precursor for short periods was found to be beneficial to the catalyst stability. Although the support appears to play no beneficial role in the methane dry reforming reaction, the alumina-supported material was stable for long periods of time; this may be important for the production of pelletised industrial catalysts. The evidence suggests that the differences in the stabilities may be due to interaction at the precursor stage between MoO₃ and the support, while catalyst deactivation is due to oxidation of the carbide to MoO₂, which is inactive for methane dry reforming.     

Comparative study of coal,natural gas,and coke-oven gas based methanol to olefins processes in China

Traditional olefins production mainly depends on oil. In view of the short supply of oil, feedstocks are expanded to coal, natural gas, coke-oven gas, and methanol in China. In this paper, a comparative study of alternative olefins production is conducted from aspects of techno-economic feasibility and environmental friendliness. Results show that coal-to-olefins has a significant cost advantage. However, it suffers from low energy efficiency and serious CO₂ emissions. To address these problems, this study proposes and analyses coal-to-olefins with CO₂ capture, coal and natural gas-to-olefins, and coal and coke-oven gas-to-olefins. The two co-feed systems ensure great reduction of CO₂ emissions and significant improving energy efficiency. They should be actively developed in regions with rich coal and gas. While in regions with rich coal and lean gas, coal-to-olefins with CO₂ capture should be developed in large scale. This paper also provides several suggestions on planning these olefins production routes in China.     

煤或天然气经甲醇制低碳烯烃工艺研究新进展

由煤或天然气经甲醇制低碳烯烃工艺是解决石油资源紧张、低碳烯烃需求量越来越大等问题的有效路线。介绍了几种有代表性的经甲醇制低碳烯烃工艺,包括美国UOP/Hydro甲醇制烯烃工艺,中国科学院大连化学物理研究所的合成气经由二甲醚制低碳烯烃(SDTO)工艺,德国Lurgi公司的甲醇制丙烯工艺,以及甲醇制烯烃与AtoFina/UOP烯烃裂解的集成工艺;分析了各工艺目前达到的技术指标及最近的技术改进,关注了各工艺近几年的工业化进程。除了SDTO工艺外,其他几种工艺有望在未来几年内实现工业化。国内甲醇制低碳烯烃工艺的开发应借助于流化催化裂化成熟的工程设计经验,同时加大甲醇制烯烃工艺流化床催化剂的开发力度。     

市场不确定条件下煤制烯烃技术经济分析方法

建立了一种用于市场不确定条件下现代煤化工项目技术经济分析的方法。以煤制烯烃投资项目内部收益率、投资回收期、财务净现值、税后利润和单位利润CO₂排放量为主要目标,以聚烯烃价格、煤炭价格、建设投资及碳税税率为表征市场不确定性的4个变量,建立煤制烯烃技术经济分析模型。根据该模型,绘制了预测公式曲面图和等高线图,并在此基础上开展了敏感性分析和不确定性分析。敏感性分析表明聚烯烃价格变化与煤炭价格变化对各评价指标的影响最显著;利用Monte Carlo模拟的方法量化考察了市场不确定条件下煤制烯烃技术的经济性以及各风险因素对评价指标的影响,分析结果表明,在市场低迷情况下,当聚烯烃价格处于6000~8000元/吨、煤炭价格处于100~300元/吨的低位时,煤制烯烃仍可盈利。     

焦炉煤气变压吸附制氢装置五塔与六塔工艺方案的比较

以氢气产能1 000 m3/h的焦炉煤气变压吸附制氢装置为例,介绍了常用的五塔和六塔流程2种工艺技术方案,分析比较了其工艺配置、运行程序切换方式和建造成本的差异,并说明其各自的适用场合与优劣。     

关于煤制烯烃项目设计与技术管理的探讨

对煤制烯烃项目的工程范围与主项划分进行了说明。对项目可研、总体设计、基础工程设计及详细工程设计阶段设计与技术管理工作的重点和难点进行了分析和探讨,并对于项目设计和技术管理中出现的常见问题进行了分析,提出建设方应重视和加强项目设计和技术管理工作并与总体院和装置院密切合作是项目成功的关键。     

天然气蒸汽重整制氢技术研究现状

甲烷水蒸汽重整是目前广泛应用的制氢方法,具有工艺成熟、装置运行可靠、经济性强、环保和资源合理利用等优点,在适应大规模生产方面具有不可比拟的优势,但面临着工业设备投资大及催化剂易积炭失活的问题。国内外对甲烷水蒸汽重整的重点研究方向是制备高活性、高稳定性和强抗积炭性能的催化剂以及研制低水碳比条件下应用的催化剂,有效降低能耗。甲烷水蒸汽重整催化剂分为非贵金属催化剂、负载贵金属催化剂和过渡金属碳化物及氮化物催化剂,这些催化剂均能在高空速下使反应达到热力学平衡,甲烷转化率和CO/H2选择性均很高。金属活性组分负载量、载体、助剂及负载过程对催化剂活性、稳定性和选择性有重要的影响。同时,在甲烷水蒸汽重整反应过程中,催化剂活性组分的烧结、重新组合以及催化剂表面的积炭均可以引起催化剂失活,其中,催化剂表面积炭是最主要的影响因素,积炭反应是发生C—H和C—C键断裂后的表面碳聚反应,可引起活性中心中毒,堵塞孔道,甚至使催化剂粉化。积炭反应的影响因素包括添加稀土金属氧化物、催化剂制备工艺和催化剂的载体。     

低镍Ni-Mg-O低水碳比的甲烷水蒸气重整

研究了一种低镍含量的(Ni0.05Mg0.95O)Ni-Mg-O固相溶液催化剂，催化剂高温(800℃)氢气还原后，表面镍金属含量约为0．20μmol/m^2，750℃下甲烷水蒸气反应的转化频率为64s^-1。在高温850℃和低水碳比1．0条件下，催化剂60h以后活性仍未有明显降低，且几乎不产生积炭，而同样条件下的商业催化剂活性只能保持20h，有显著积炭生成。研究表明催化剂表面含量低和直径小的镍金属颗粒有助于抑制积炭的产生。