甲醇吹除氣制CNG工藝方案選擇

劉福生

（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司，黑龍江 哈爾濱 154854）

甲醇吹除氣制CNG工藝方案選擇

劉福生

（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司，黑龍江 哈爾濱 154854）

介紹了利用煤氣化生產的煤氣轉化為甲醇產品，而甲醇生產過程中將會有一定量的尾氣排出（即甲醇吹除氣），這部分氣主要富集甲烷和氫氣，可將其中的富裕氫氣回收返回甲醇生產，甲醇吹除氣制合成天然氣壓縮得CNG。根據工廠提供數據，可采用兩種方案，經過方案比較確定最佳方案。

甲醇吹出氣；甲烷；利用；CNG

1 前言

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司原供給哈爾濱市的人工煤氣因大慶天然氣的引入，民用煤氣日漸減少直至退出，公司為追求發展，充分利用其資源優勢，利用煤氣化生產的煤氣轉化為甲醇產品，而甲醇生產過程中將會有一定量的尾氣排出（即甲醇吹除氣），這部分氣體主要成份為甲烷、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮氣等。為了公司的多元化發展，將其中的富裕氫氣回收返回甲醇生產，剩下的甲醇吹除氣制合成天然氣壓縮得CNG，提高企業經濟競爭能力。

根據實際生產情況的統計：在正常生產情況下，廠內現有一套8萬噸/年甲醇裝置，有18000NM3/h甲醇吹除氣，其壓力為5.0MPa，溫度為常溫；另一套為年產25萬噸甲醇裝置有26000NM3/h系甲醇吹除氣，其壓力為8.3MPa，溫度為常溫；兩套裝置合計甲醇吹除氣44000NM3/h；按原料氣中含30%～35%甲烷，以30%CH4計有13200NM3/h（100%CH4），若按甲烷收率95%，合成天然氣的甲烷純度95%計，可生產天然氣可生產13894 NM3/h。

2 確定的產品方案、生產規模及質量標準與指標

2.1 產品方案的選擇。合成天然氣主要用于生產車用CNG，所以，要求合成天然氣純度達到CH4+CnHm≥92%，露點≤-50℃，壓力為2.0MPa(G)，該氣體提供給加氣站生產CNG。

2.2 生產規模的確定。合成天然氣生產規模主要由甲醇吹除氣量來決定，CNG產能由當地市場狀況決定；根據現實生產情況的統計總結，正常生產情況下，中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司系統一套8萬噸/年甲醇裝置可產生吹除氣 18000NM3/h（壓力 5.0MPa，常溫），另一套 25萬噸/年甲醇裝置可產生吹除氣26000NM3/h（壓力8.3MPa，常溫），兩套合計為44000NM3/h。裝置設計負荷130%，按原料氣30%CH4計，按合成天然氣中CH4含量CH4+CnHm≥92%，甲烷回收率95%計可生產合成天然氣13894NM3/h，其中生產CNG 875 M3/h。根據生產實際情況，最大可生產合成天然氣18000NM3/h，因此確定天然氣部分產能規模為12838NM3/h，配套年產700萬NM3/aC NG裝置。

2.3 質量標準與指標。本項目生產CNG產能既與甲醇市場價格有關，又與當地車用CNG用量有關，但合成天然氣生產指標按照CNG標準來生產，其要求如下：

（1）合成天然氣指標：CH4+CnHm≥92%

露點≤-50℃

壓力為2.0 MPa(G)

（2）CNG指標：CH4+CnHm≥92%

露點≤-50℃

壓力為25.0MPa(G)

3 工藝技術方案的選擇

目前，生產壓縮天然氣（CNG）的主要原料為天然氣，是建在有天然氣管線通過的地方，從天然氣管線直接取氣，天然氣經過脫硫、脫水等工藝，進入壓縮機進行壓縮，然后進入儲氣瓶組儲存或通過售氣機給車輛加氣。天然氣加氣站可分為常規站、母站和子站。本項目采用甲醇吹除氣中的低濃度甲烷經提濃后得到合成天然氣，再經壓縮得到CNG。根據工廠提供數據，經過方案比較可采用兩種方案；第一種方案：原料氣用的是高壓甲醇吹除氣(壓力8.3MPa),因此只有采用25萬噸/年甲醇裝置才能提供此氣源，該裝置正常情況下吹除氣量為26000NM3/h；另一套8萬噸/年甲醇裝置只能提供壓力5.0MPa中壓氣源，該裝置正常情況下吹除氣量為18000NM3/h。因此，按設計氣量44000NM3/h，高壓氣量不足；裝置不足之處還在于：其一、在此種壓力下變換單元所使用的催化劑比低壓變換用的催化劑價格相差一倍，投資增加；其二、脫碳單元采用MDEA脫碳，再生時需要提供加熱熱源，能耗較高；其三，從整套工藝流程要求上需要設備壓力等級較高，相應的設備投資較大些。該裝置優點在于：能充分利用原料氣的壓力源，對生產CNG相應的可減少了壓縮功率（若全產CNG）。第二種方案：所有設備使用壓力≤3.0MPa生產工藝流程，因此，需將兩套甲醇裝置吹除氣降壓到2.5MPa，此時裝置設計氣量與實際生產相吻合。全套其優點有：①、設備壓力等級降低，雖部分設備容量稍有增大，但總體設備投資略有下降；②、變換單元采用低壓變換操作，工藝更為成熟，催化劑投資費用下降較多；③、脫碳單元采用MDEA脫碳處理，工藝成熟，操作易于控制；④、膜分離單元由高壓膜改用低壓膜，效果較好，易控制、穩定性也較高，投資略有下降。低壓流程不足的是：流程較為復雜些，裝置生產出天然氣壓力2.0MPa,比第一種方案多增加壓縮功耗700kw/h(將此部分天然氣壓縮到7.8MPa)，但第一期只生產700萬NM3/a，每小時需用氣量為875NM3/h，大部分的天然氣用于城市燃氣，因此該部分氣體不需要壓縮到7.8MPa，所以，一期上700萬NM3/aCNG，該部分天然氣增加壓縮功約需50kw/h（2.0MPa天然氣875NM3/h增壓至7.8MPa情況下）。

綜上所述：一期上700萬NM3/aCNG，應采用第二種方案，該方案所得到的產品質量好，操作穩定、易調控系統生產負荷，均能滿足兩套甲醇吹除氣的生產。

4 第二種方案工藝流程說明

4.1 工藝流程簡述：甲醇吹除氣制合成天然氣裝置流程分為變換、MDEA脫碳、膜分離幾大部分，出來的氣體送加氣站生產CNG。

變換部分：界區外的甲醇吹除氣（簡稱原料氣），以壓力8.3MPa，溫度40℃進入界區，首先進行減壓至2.5 MPa，再進入原料氣換熱器加熱，與界外來的中壓蒸汽（壓力2.5MPa，溫度228℃）在混合罐中按一定水碳比值（H2O/CO=3～5）進行混合，進行中變，反應溫度在200～250℃，變換后的氣體進行與原料氣換熱，將溫度降低到180～200℃，經過此步驟后，再經過中低變換后的氣體，其CO≤0.3%,再依次經過原料氣預熱器、水冷卻器后氣體最終溫度降到40℃，再經氣液分離器分離凝液，出來的氣體進入脫碳部分。

MDEA脫碳部分：來自變換段的氣體自下而上進入脫碳吸收塔，在塔內與MDEA貧液互相接觸，被吸收掉CO2的氣體從塔頂流出，進過一系列換熱、分離裝置后，進入膜分離部分，MDEA貧液吸收氣體中的CO2后變成MDEA富液，從塔底流出后進入再生塔，經再生后重新變為貧液，循環利用。氣體經過該單元后，CO2含量可將至3%（V/V）以下。

膜分離部分：來自脫碳后的氣體直接進入加熱器，將氣體升溫到50℃進入膜分離器組提氫，在管程側可以得到氫氣純度≥96%，壓力0.1 MPa,溫度為50℃的滲透氣，該部分氣體送回壓縮返回甲醇系統利用；在殼程側可得CH4+CnHm≥92%氣體（稱為天然氣），壓力為2.0 MPa，溫度為50℃的非滲透氣體，該部分氣體進入變溫吸附干燥塔脫水，使氣體的露點溫度≤-50℃，部分天然氣送去CNG加氣站，余下大部分天然氣作為民用燃氣進入城市管網。

CNG加氣站：來自干燥系統的天然氣首進先進入分配臺調配，引出部分天然氣送CNG站的原料氣緩沖罐，經罐內出來的氣體進入天然氣壓縮機升壓至25.0 MPa，再入CNG貯氣井為汽車加氣。

4.2 工藝流程簡圖（見附圖）。

5 結論

綜上所述，甲醇吹除氣制合成天然氣壓縮得CNG工藝應選擇第二套方案，具有以下技術特點：采用膜分離技術，可確保原料氣中氫氣進行有效的分離，裝置能長期、安全、穩定運行。合理的熱平衡措施，充分利用系統中的反應熱能，附產中壓蒸汽。 采用成熟可靠的中、低變換技術，且生產調劑性較好。 采用等壓無損干燥技術，使得全套裝置甲烷收率高，其綜合能耗較低。

[1]劉凱.粗甲醇催化氧化制備甲醛的研究[D].山東輕工業學院，2011.06.10.

U671.3

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