一种煤制天然气联产甲醇的系统及方法与流程

本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种煤制天然气联产甲醇的系统及方法，通过该发明可以实现生产不同规模的天然气和甲醇，并且可以回收利用酸性气体脱除单元脱除的部分co2气以及回收利用甲醇合成单元的驰放气。

背景技术：

天然气(sng)作为一种清洁、安全、便利的优质能源，在世界能源领域中一直扮演着重要的角色，被广泛应用于化工、发电等工业以及商业和民用等领域，同时高于95％的高热值天然气还可以作为一种能量存储载体。随着我国经济持续快速的发展和大气污染治理压力的持续增大，天然气资源与市场供需缺口量不断增大。目前煤化工领域，煤制天然气企业中，由于产品单一、煤炭价格波动以及天然气需求受到季节性影响波动很大等因素，导致煤制气企业的经济能力较差。同时煤制气工艺还存在co2排放量大，碳氢资源利用度不高、能量消耗高等缺点。

甲醇(meoh)是一种非常重要、需求量很大的有机化工原料，其在碳一化工领域中的作用尤为重要。甲醇还是一种清洁的燃料，可以直接掺入汽油、柴油作为燃料，还可以和汽油按照多种比例进行混合用于甲醇汽车的燃料。

目前在生产工艺上，一般仅能生产甲醇和天然气中的一种产品，其原料利用率不高，产品结构单一。在我国，80％以上的甲醇都来源于煤炭转化，这取决于我国富煤、少气、缺油的资源现状，而天然气储量不丰富且勘探开发难度较大，为满足天然气市场需要，国内主要采用进口策略。国内已探明的煤炭储量高达2000多亿吨，发展煤炭联产甲醇和天然气产业，最大限度利用煤气化中的各种成分，不仅可以满足甲醇市场需要，也可以减少天然气的进口。

目前，煤制天然气过程的工艺流程图见图1，主要由五部分组成：空分单元、煤气化单元、变换单元、酸性气体脱除单元和甲烷化单元。煤制甲醇的工艺流程图见图2，主要包括：空分单元、煤气化单元、变换单元、酸性气体脱除单元、甲醇合成单元和甲醇精馏单元。可以看出，煤制天然气流程和煤制甲醇流程的在空分、气化、变换及酸性气体脱除单元等工艺上重叠，合成工艺的相似度较高，因此煤制天然气工艺联产甲醇是工艺调整最少、工艺匹配性最高的联产方式。

现有的煤制天然气产业碳排放高的一个原因是变换单元的存在。在变换单元中co和h2o会变换为co2和h2。冗余的碳将会在酸性气体脱除单元中以co2的形式排出系统外，这一方面会对造成温室效应，另一方面也会造成碳元素的损失。

技术实现要素：

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种煤制天然气联产甲醇的系统。本发明系统有助于提高企业适应市场的能力和经济性，同时可以降低二氧化碳及驰放气的排放，提高资源利用效率，降低能耗。

本发明的另一目的在于提供一种采用上述系统制天然气联产甲醇的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种煤制天然气联产甲醇的系统，包括空分单元、煤气化单元、酸性气体脱除单元、深冷分离单元、甲烷化单元、甲醇合成单元和甲醇精馏单元；

所述的空分单元设置空气入口、氮气出口和氧气出口，氧气出口连接至煤气化单元的氧气入口；

煤气化单元设置有氧气入口、原料煤入口、中压蒸汽入口、废渣出口、低压蒸汽出口和煤气化粗合成气出口，煤气化粗合成气出口连接酸性气体脱除单元的煤气化粗合成气入口；

酸性气体脱除单元设置有煤气化粗合成气入口、硫化物出口、净化合成气出口和二氧化碳出口，其中，净化合成气出口分为两个通道，一个通道连接至深冷分离单元，另一个通道连接至甲烷化单元，此外，二氧化碳出口分为两个通道，一个通道连接至甲醇合成单元，另一个通道排出系统外；

深冷分离单元设置有净化合成气入口、甲醇合成进料气出口和合成天然气出口，甲醇合成进料气出口连接甲醇合成单元的甲醇合成进料气入口，合成天然气出口输出合成天然气产品；

甲醇合成单元设置有甲醇合成进料气入口，驰放气出口、中压蒸汽出口、闪蒸气出口和粗甲醇出口，驰放气出口连接甲烷化单元的驰放气入口，闪蒸气排出系统外，粗甲醇出口连接甲醇精馏单元的粗甲醇入口；

甲醇精馏单元设置有粗甲醇入口、精甲醇出口和废水出口，精甲醇出口输出甲醇产品，废水系统排出系统外；

甲烷化单元设置有净化合成气入口、驰放气入口、中压蒸汽出口和合成天然气出口，合成天然气出口输出合成天然气产品。

煤制天然气联产甲醇的工艺中，净化合成气中的氢碳比为2.3～2.8，甲烷化单元最佳的氢碳比为3左右，甲醇合成单元最佳的氢碳比为2左右。因此净化合成气用于甲烷化时，氢碳比过低；用于甲醇合成时，氢碳比过高。因此选择将甲醇合成单元的富氢驰放气用于甲烷化单元补氢，将酸性气体脱除单元脱除的co2气用于甲醇合成补碳，这样既可以保证甲烷化单元和甲醇合成单元最佳的氢碳比进料组成，又可以回收利用脱除的co2气和排放的驰放气，既可以减少对环境的影响，又可以提高碳氢资源的利用率，从而提高了天然气和甲醇的产量。煤制天然气联产甲醇系统的工艺流程图见图3。

本发明进一步提供一种采用上述系统制天然气联产甲醇的方法，包括以下步骤：

空气在进入空分单元后分离成氮气和氧气；氧气直接进入煤气化单元，在中压蒸汽下与原料煤高温气化反应制得煤气化粗合成气以及剩余废渣，煤气化粗合成气在煤气化单元中的气化炉的废热锅炉中副产低压蒸汽排出；煤气化粗合成气经过酸性气体脱除单元脱出硫化物和高浓度的二氧化碳，得到净化合成气，其中脱除的硫化物进入后续的克劳斯硫回收单元，脱除的二氧化碳分为两部分，一部分二氧化碳进入甲烷合成单元，另一部分二氧化碳排出系统外贮存，净化合成气也分为两部分，一部分净化合成气进入深冷分离单元，另一部分净化合成气进入甲烷化单元；净化合成气进入深冷分离单元后分离出的甲烷作为天然气，剩余的合成气和来自酸性气体脱除单元的co2气适当调节流量配比后，作为甲醇合成原料气依次进入到甲醇合成单元与甲醇精馏单元，经过反应和提纯后获得甲醇产品，甲醇合成单元富氢的驰放气送至甲烷化单元；来自酸性气体脱除单元的净化合成气和来自甲醇合成单元的驰放气适当调节流量配比后，作为甲烷化单元的原料气，进入到甲烷化单元合成甲烷。

优选的，所述的煤气化粗合成气中的ch4含量为8～18％。

优选的，所述的煤气化粗合成气的氢碳比为2.3～2.8。

优选的，所述的煤气化单元的气化炉温度为800～1100℃，压力为30～50bar。

优选的，所述的净化合成气中的总硫含量≤0.1ppm，co2≤0.1ppm。

优选的，所述的净化合成气分流到深冷分离单元和甲烷化单元的流量比为0.5:1～5:1；

优选的，所述的深冷分离单元的甲烷产品的ch4含量为>98.0mol％；

优选的，所述的甲烷化单元的甲烷产品的ch4含量为>96.5mol％；

优选的，所述的甲烷化单元的反应器温度为330～680℃，压力为25～50bar。

优选的，所述的甲醇合成单元的粗甲醇产品的meoh的含量为>80.0m％；

优选的，所述的甲醇合成单元的反应器温度为220～280℃，压力为50～80bar。

优选的，所述的甲醇精馏单元的甲醇产品的meoh的纯度为>99.0m％；

优选的，所述的甲醇精馏单元的精馏塔温度为60～150℃，压力为1～10bar。

相对于现有技术，本发明的系统及方法具有如下优点及有益效果：

(1)本发明通过联产天然气和甲醇，提高了碳元素和氢元素的利用率，其中碳元素的利用率可以达到50％以上，氢元素的利用率可以达到65％以上。

(2)本发明优化了化工产品，使产品结构更多元化，可以生产不同产量的天然气产品和甲醇产品，其中天然气量可以在40～90％之间调整，甲醇产量可以在20～90％之间根据市场价格变化调整，可以帮助企业有效应对市场的波动性，有效提升经济性。

(3)本发明将酸性气体脱除单元排放的二氧化碳用于甲醇合成的原料气，既可以保证甲醇合成单元最佳的氢碳比，提高甲醇的产量，也可以降低co2的排放。

(4)本发明将甲醇合成单元的富氢驰放气补充至甲烷化单元，既可以保证甲烷化单元最佳的氢碳比，提高sng的产量，还可以减少驰放气的排放，避免对环境的影响。

(5)本发明取消了变换单元，可以有效地降低co2的排放量，提高了碳元素的利用率。

附图说明

图1为现有技术中煤制天然气工艺流程图。

图2为现有技术中煤制甲醇工艺流程图。

图3为本发明一种煤制天然气联产甲醇的系统及方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

以下实施例采用的系统设置如下：

一种煤制天然气联产甲醇的系统，包括空分单元、煤气化单元、酸性气体脱除单元、深冷分离单元、甲烷化单元、甲醇合成单元和甲醇精馏单元；

所述的空分单元设置空气入口、氮气出口和氧气出口，氧气出口连接至煤气化单元的氧气入口；

煤气化单元设置有氧气入口、原料煤入口、中压蒸汽入口、废渣出口、低压蒸汽出口和煤气化粗合成气出口，煤气化粗合成气出口连接酸性气体脱除单元的煤气化粗合成气入口；

酸性气体脱除单元设置有煤气化粗合成气入口、硫化物出口、净化合成气出口和二氧化碳出口，其中，净化合成气出口分为两个通道，一个通道连接至深冷分离单元，另一个通道连接至甲烷化单元，此外，二氧化碳出口分为两个通道，一个通道连接至甲醇合成单元，另一个通道排出系统外；

深冷分离单元设置有净化合成气入口、甲醇合成进料气出口和合成天然气出口，甲醇合成进料气出口连接甲醇合成单元的甲醇合成进料气入口，合成天然气出口输出合成天然气产品；

甲醇合成单元设置有甲醇合成进料气入口，驰放气出口、中压蒸汽出口、闪蒸气出口和粗甲醇出口，驰放气出口连接甲烷化单元的驰放气入口，闪蒸气排出系统外，粗甲醇出口连接甲醇精馏单元的粗甲醇入口；

甲醇精馏单元设置有粗甲醇入口、精甲醇出口和废水出口，精甲醇出口输出甲醇产品，废水系统排出系统外；

甲烷化单元设置有净化合成气入口、驰放气入口、中压蒸汽出口和合成天然气出口，合成天然气出口输出合成天然气产品。

以下实施例采用上述系统制天然气联产甲醇的方法如下，如工艺流程图3所示：

空气在进入空分单元后分离出氧气；氧气直接进入煤气化单元，和中压蒸汽、原料煤发生高温气化反应制得煤气化粗合成气；煤气化粗合成气经过酸性气体脱除单元脱出硫化物和二氧化碳，得到净化合成气，其中脱除的硫化物进入到后续的克劳斯硫回收单元，脱除的二氧化碳分为两部分，一部分二氧化碳进入到甲醇合成单元，用于甲醇合成的补碳原料气，另一部分二氧化碳排出系统外，净化合成气也分为两部分，一部分净化合成气进入到深冷分离单元，另一部分净化合成气进入到甲烷化单元，；深冷分离单元分离出的甲烷气作为天然气产品，剩余的合成气进入到甲醇合成单元作为甲醇合成的原料气；来自酸性气体脱除单元的补碳co2气和来自深冷分离的合成气一起作为甲醇合成的原料气，并通过调整配比以达到最佳的甲醇合成的氢碳比要求，经过甲醇合成单元产生粗甲醇，粗甲醇进入到甲醇精馏单元，经过分离提纯后制得精甲醇产品；甲醇合成的富氢驰放气进入到甲烷化单元用作甲烷化的补氢原料气，驰放气和来自酸性气体脱除单元的净化合成气一起作为甲烷化单元的原料气，通过调整配比以达到最佳的甲烷化的氢碳比要求，经过甲烷化单元合成天然气产品，甲烷化单元生产的天然气产品和来自深冷分离的天然气产品混合后一起作为最终的天然气产品。

实施例1

空气流量为400000nm³/h进入到空分单元，分离得到85000nm³/h的氧气产品(o2的含量为99.5mol％)和310000nm³/h的氮气产品(n2的含量为99.0mol％)，原料褐煤流量为260t/h和氧气、中压蒸汽一起进入到煤气化单元(气化炉温度为1050℃，压力为4.0mpaa)，由煤气化单元产生的粗合成气量为27760kmol/h，粗合成气进入到酸性气体脱除单元脱除二氧化碳和硫化物后，得到净化合成气(co2含量为0.05ppm，h2s含量为0.05ppm)量为18230kmol/h，净化合成气的氢碳比为2.7，

酸性气体脱除单元出口的净化合成气分流比为0.25，其中一部分净化合成气(净化合成气的20％)进入到甲烷化单元，另一部分(净化合成气的80％)进入到深冷分离单元，深冷分离单元分离出甲烷产品(ch4含量为98.5mol％)量为2750kmol/h，深冷分离剩余的合成气量为11800kmol/h进入到甲醇合成单元，甲醇合成单元的进料合成气的氢碳比为2.05，其中来自酸性气体脱除单元的co2气(co2的含量为96.5mol％)量为750kmol/h，甲醇合成单元制得的粗甲醇产品(meoh的质量分数为90.5％)量为4470kmol/h(质量流量为135000kg/h)进入到甲醇精馏单元，甲醇合成单元的驰放气(氢气含量为75.5mol％)量为750kmol/h进入到甲烷化单元，甲醇精馏单元制得的精甲醇产品(meoh的质量分数为99.9％)量为3760kmol/h(120500kg/h)，甲烷化单元的入口原料气的氢碳比为3.05，甲烷化单元制得的天然气产品(ch4含量为96.5mol％)量为1550kmol/h，甲烷化单元制得的天然气产品和深冷分离得到的天然气产品经过混合后得到最终的甲烷产品(ch4的含量为98.0mol％)量为4300kmol/h(体积流量为95800nm³/h)。

实施例2

空气流量为401500nm³/h进入到空分单元，分离得到85000nm³/h的氧气产品(o2的含量为99.5mol％)和316000nm³/h的氮气产品(n2的含量为99.0mol％)，原料褐煤流量为260t/h和氧气、中压蒸汽一起进入到煤气化单元(气化炉温度为1050℃，压力为4.0mpaa)，由煤气化单元产生的粗合成气量为27760kmol/h，粗合成气进入到酸性气体脱除单元脱除二氧化碳和硫化物后，得到净化合成气(co2含量为0.05ppm，h2s含量为0.05ppm)量为18230kmol/h，净化合成气的氢碳比为2.7，

酸性气体脱除单元出口的净化合成气分流比为0.25，其中一部分净化合成气(净化合成气的20％)进入到甲烷化单元，另一部分(净化合成气的80％)进入到深冷分离单元，深冷分离单元分离出甲烷产品(ch4含量为98.5mol％)量为2750kmol/h，深冷分离剩余的合成气量为11800kmol/h进入到甲醇合成单元，甲醇合成单元的进料合成气的氢碳比为2.05，其中来自酸性气体脱除单元的co2气(co2的含量为96.5mol％)量为750kmol/h，甲醇合成单元制得的粗甲醇产品(meoh的质量分数为90.5％)量为4470kmol/h(质量流量为135000kg/h)进入到甲醇精馏单元，甲醇合成单元的驰放气(氢气含量为75.5mol％)量为750kmol/h进入到甲烷化单元，甲醇精馏单元制得的精甲醇产品(meoh的质量分数为99.9％)量为3760kmol/h(120500kg/h)，甲烷化单元的入口原料气的氢碳比为3.05，甲烷化单元制得的天然气产品(ch4含量为96.5mol％)量为1550kmol/h，甲烷化单元制得的天然气产品和深冷分离得到的天然气产品经过混合后得到最终的甲烷产品(ch4的含量为98.0mol％)量为4300kmol/h(体积流量为95800nm³/h)。

实施例3

空气流量为400000nm³/h进入到空分单元，分离得到85000nm³/h的氧气产品(o2的含量为99.5mol％)和310000nm³/h的氮气产品(n2的含量为99.0mol％)，原料褐煤流量为260t/h和氧气、中压蒸汽一起进入到煤气化单元(气化炉温度为1050℃，压力为4.0mpaa)，由煤气化单元产生的粗合成气量为27760kmol/h，粗合成气进入到酸性气体脱除单元脱除二氧化碳和硫化物后，得到净化合成气(co2含量为0.05ppm，h2s含量为0.05ppm)量为18230kmol/h，净化合成气的氢碳比为2.7，

酸性气体脱除单元出口的净化合成气分流比为0.43，其中一部分净化合成气(净化合成气的30％)进入到甲烷化单元，另一部分(净化合成气的70％)进入到深冷分离单元，深冷分离单元分离出甲烷产品(ch4含量为98.5mol％)量为2400kmol/h，深冷分离剩余的合成气量为10300kmol/h进入到甲醇合成单元，甲醇合成单元的进料合成气的氢碳比为2.05，其中来自酸性气体脱除单元的co2气(co2的含量为96.5mol％)量为670kmol/h，甲醇合成单元制得的粗甲醇产品(meoh的质量分数为90.5％)量为3900kmol/h(质量流量为117785kg/h)进入到甲醇精馏单元，甲醇合成单元的驰放气(氢气含量为75.5mol％)量为1125kmol/h进入到甲烷化单元，甲醇精馏单元制得的精甲醇产品(meoh的质量分数为99.9％)量为3280kmol/h(105120kg/h)，甲烷化单元的入口原料气的氢碳比为3.05，甲烷化单元制得的天然气产品(ch4含量为96.5mol％)量为2325kmol/h，甲烷化单元制得的天然气产品和深冷分离得到的天然气产品经过混合后得到最终的甲烷产品(ch4的含量为98.0mol％)量为4700kmol/h(体积流量为105270nm³/h)。

实施例4

空气流量为400000nm³/h进入到空分单元，分离得到85000nm³/h的氧气产品(o2的含量为99.5mol％)和310000nm³/h的氮气产品(n2的含量为99.0mol％)，原料褐煤流量为260t/h和氧气、中压蒸汽一起进入到气化单元(气化炉温度为1050℃，压力为4.0mpaa)，由煤气化单元产生的粗合成气量为27760kmol/h，粗合成气进入到酸性气体脱除单元脱除二氧化碳和硫化物后，得到净化合成气(co2含量为0.05ppm，h2s含量为0.05ppm)量为18230kmol/h，净化合成气的氢碳比为2.7，

酸性气体脱除单元出口的净化合成气分流比为1，其中一部分净化合成气(净化合成气的50％)进入到甲烷化单元，另一部分(净化合成气的50％)进入到深冷分离单元，深冷分离单元分离出甲烷产品(ch4含量为98.5mol％)量为1720kmol/h，深冷分离剩余的合成气量为7370kmol/h进入到甲醇合成单元，甲醇合成单元的进料合成气的氢碳比为2.05，其中来自酸性气体脱除单元的co2气(co2的含量为96.5mol％)量为470kmol/h，甲醇合成单元制得的粗甲醇产品(meoh的质量分数为90.5％)量为2790kmol/h(质量流量为84260kg/h)进入到甲醇精馏单元，甲醇合成单元的驰放气(氢气含量为75.5mol％)量为1870kmol/h进入到甲烷化单元，甲醇精馏单元制得的精甲醇产品(meoh的质量分数为99.9％)量为2350kmol/h(75300kg/h)，甲烷化单元的入口原料气的氢碳比为3.05，甲烷化单元制得的天然气产品(ch4含量为96.5mol％)量为3880kmol/h，甲烷化单元制得的天然气产品和深冷分离得到的天然气产品经过混合后得到最终的甲烷产品(ch4的含量为98.0mol％)量为5600kmol/h(体积流量为124650nm³/h)。

实施例5

空气流量为400000nm³/h进入到空分单元，分离得到85000nm³/h的氧气产品(o2的含量为99.5mol％)和310000nm³/h的氮气产品(n2的含量为99.0mol％)，原料褐煤流量为260t/h和氧气、中压蒸汽一起进入到煤气化单元(气化炉温度为1050℃，压力为4.0mpaa)，由煤气化单元产生的粗合成气量为27760kmol/h，粗合成气进入到酸性气体脱除单元脱除二氧化碳和硫化物后，得到净化合成气(co2含量为0.05ppm，h2s含量为0.05ppm)量为18230kmol/h，净化合成气的氢碳比为2.7，

酸性气体脱除单元出口的净化合成气全部进入深冷分离单元，深冷分离剩余的合成气量为14750kmol/h，其中来自酸性气体脱除单元的co2气(co2的含量为96.5mol％)量为940kmol/h，甲醇合成单元制得的粗甲醇产品(meoh的质量分数为90.5％)量为5590kmol/h(质量流量为168800kg/h)进入到甲醇精馏单元，甲醇精馏单元制得的精甲醇产品(meoh的质量分数为99.9％)量为4700kmol/h(150600kg/h)，深冷分离得到的天然气产品(ch4的含量为98.0mol％)量为3440kmol/h(体积流量为76640nm³/h)。

实施例6

空气流量为400000nm³/h进入到空分单元，分离得到85000nm³/h的氧气产品(o2的含量为99.5mol％)和310000nm³/h的氮气产品(n2的含量为99.0mol％)，原料褐煤流量为260t/h和氧气、中压蒸汽一起进入到煤气化单元(气化炉温度为1050℃，压力为4.0mpaa)，由煤气化单元产生的粗合成气量为27760kmol/h，粗合成气进入到酸性气体脱除单元脱除二氧化碳和硫化物后，得到净化合成气(co2含量为0.05ppm，h2s含量为0.05ppm)量为18230kmol/h，净化合成气的氢碳比为2.7，

酸性气体脱除单元出口的净化合成气全部进入到甲烷化单元，补充3500kmol/h氢气至甲烷化单元，使净化合甲烷化单元的入口原料气的氢碳比为3.00，甲烷化单元制得的天然气产品(ch4含量为96.5mol％)量为7700kmol/h(体积流量为171000nm³/h)。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。