一种煤气化耦合煤焦化制甲醇联产酸或酯的工艺装置的制作方法

本发明属于能源与化工技术领域，具体涉及一种煤气化耦合煤焦化制甲醇联产酸或酯的工艺装置。

背景技术：

我国具有丰富的煤炭资源，煤经合成气制备下游产品是现代煤化工的典型代表，现有的煤气化过程存在的主要问题是co2排放量大，未反应气中冗余的碳元素将以co2形式被排放到大气中，造成了环境污染和大量碳资源损失导致资源利用率低。同时，煤焦化产业是煤炭资源利用的另一个重要产业，主要用于生产焦炭同时副产焦炉气和煤焦油。然而，以煤焦化为龙头的煤化工过程则存在着焦炉气资源被浪费和焦炭市场产能过剩、产品价值低的问题。焦炉气的主要成分包括h2(55～60％)，ch4(23～27％)，co(5～8％)，n2(3～6％)，co2(<2％)，氢碳比高达5～6，炼焦行业每年副产的焦炉气量为900亿标立方米，但是只有20％～40％的焦炉气用于焦炉燃料使用，大部分焦炉气被排空，因此过程中会有大量的h2得不到充分利用，这部分过剩的h2往往以驰放气的形式排放或者作为燃料燃烧供热，浪费了大量的氢资源。

因此，煤气化合成气和富氢气体联供是解决资源利用率低、碳排放高的一种有效途径。以改良传统煤经合成气制甲醇工艺为例，甲醇是一种重要的有机化工原料，作为煤炭资源通向化工产品的门户可以合成烯烃、二甲醚、甲基叔丁基醚等重要的下游化工产品。同时，甲醇的燃烧性能良好，辛烷值高，抗爆性能好，在开发新燃料的过程中，可以作为新一代的清洁燃料。煤气化是煤制甲醇的重要途径，是现代煤化工的典型代表，其工艺流程简图见图1。煤气化制甲醇工艺主要由四个单元组成：水煤浆制备单元1，煤气化单元2，水煤气变换单元3，酸性气体脱除单元4，甲醇合成单元5。原料煤经过预处理变成水煤浆，水煤浆进入煤气化单元与氧气在气化炉内反应生成粗合成气。粗合成气经过水煤气变换单元，部分co转化为h2，同时生成co2。变换后的粗合成气进入酸性气体净化单元脱除co2和h2s得到干净的合成气。最后，洁净的合成气进入甲醇合成单元生成粗甲醇，粗甲醇经过精馏系统得到符合纯度的产品甲醇。

现有的煤气化制甲醇过程中，煤中的h/c比为0.8～1，而合成甲醇的适宜h/c比例为2.0左右，因此煤制甲醇过程中需要适当调整氢碳比，因此co2排放量大导致的煤炭资源利用效率低。若采用氢元素丰富的焦炉气联供生产甲醇，依据元素互补的原理，引入富氢资源如焦炉气等与富碳合成气进行碳氢元素匹配，根据焦炉气氢多碳少、煤气化合成气氢少碳多的特点，将两者结合起来生产化工产品能够有效地降低二氧化碳的排放同时充分利用焦炉气资源，解决煤化工过程中的碳冗余和氢浪费问题，以及实现过程的源头碳氢资源高效利用。

同时，考虑到联供系统的原料配比，焦化规模必须足够大，才能得到相应量的焦炉气。由于在焦炭产能过剩的时期，焦炉开工率低，而焦炉气作为炼焦过程的副产物，很难保证原料的充足供应，并且，煤气化厂和焦化厂往往在距离较远的两个区域，气体对管道的腐蚀和潜在的泄露都限制了联供过程的实施。因此，过程工艺中仍需通过甲烷干重整调节合成甲醇产品的氢碳比，耗能巨大。本发明考虑到，根据此联供系统中煤制气与焦炉气混合合成气的氢碳比，若在现有基础规模通过增加深冷分离装置调节混合合成气中一氧化碳的组成，将一氧化碳与部分甲醇产品反应生产低碳酸类或酯类，可使甲醇合成气氢碳比达到适合的水平，降低重整比例，节能降耗，并得到高产品附加值的产品。以醋酸等低碳酸类为例，由甲醇和一氧化碳反应生成醋酸，这是目前应用最广的工艺方法。根据反应条件的不同，一般又分为高压法和低压法两种工艺。这两种工艺方法的生产工艺原理相似，都依赖于催化剂体系。目前新建的醋酸生产装置大都采用低压甲醇碳基合成法。低压法的典型反应工艺有孟山都工艺，bpeativa工艺，塞拉尼斯公司的aoplus工艺1221等。

技术实现要素：

为解决现有煤制甲醇工艺的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种煤气化耦合煤焦化制甲醇联产酸或酯的工艺装置，该装置有助于降低煤制甲醇过程的二氧化碳排放，提高碳氢资源匹配和利用效率，并联产甲醇、醋酸和酯类等产品。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种煤气化耦合煤焦化制甲醇联产酸或酯的工艺装置，包括粉煤气化单元、co2压缩单元、酸气脱除单元、深冷分离单元、醋酸或甲酸甲酯合成单元、煤焦化单元、焦炭气化单元、焦炉气净化单元、psa(变压吸附)分离单元、气体混合器、甲烷干重整单元和甲醇合成单元。

优选的，所述的粉煤气化单元设有原料煤入口、压缩二氧化碳入口和煤气化粗合成气出口，其中压缩二氧化碳入口通过管道与co2压缩机的压缩二氧化碳出口相连接，煤气化粗合成气出口通过管道与酸气脱除单元的煤气化粗合成气入口连接，并通过管道与焦炭气化单元的焦炭气化合成气出口相连接。

优选的，所述的酸气脱除单元设有煤气化粗合成气出口和二氧化碳出口，其中煤气化粗合成气出口通过管道与深冷分离单元的煤气化粗合成气入口连接，二氧化碳出口包括两个通道，其中一个通道分成与co2压缩机的二氧化碳入口相连接的一端和排放端，另一个通道与甲烷干重整单元的二氧化碳入口相连接。

优选的，所述的深冷分离单元设有合成气出口和一氧化碳出口，其中，合成气出口通过管道与气体混合器的进气主管道相连接，一氧化碳出口通过管道与醋酸或甲酸甲酯合成单元的一氧化碳入口相连。

优选的，所述的煤焦化单元设有原料煤入口、粗焦炉气出口和焦炭出口，焦炭出口包括两个通道，其中一个通道通过管道与焦炭气化单元的焦炭入口相连接，另一个通道用于输出焦炭产品，粗焦炉气出口通过管道与焦炉气净化单元的粗焦炉气入口相连接。

优选的，所述的焦炉气净化单元设有焦炉气出口和焦油出口，其中焦炉气出口与psa分离单元的焦炉气入口连接。

优选的，所述的psa分离单元设有氢气出口和甲烷出口，其中氢气出口通过管道与气体混合器的进气主管道相连接，甲烷出口通过管道与甲烷干重整单元的甲烷入口相连接。

优选的，所述的甲烷干重整单元的重整合成气出口通过管道与气体混合器的进气主管道相连接，气体混合器的出气主管道与甲醇合成单元的合成气入口连接。

优选的，所述的甲醇合成单元的粗甲醇出口包括两个通道，其中一个通道用于输出粗甲醇产品，另一个通道与醋酸或甲酸甲酯合成单元的甲醇入口相连。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

本文提出的煤气化与煤焦化耦合装置可同时生产甲醇、焦炭、醋酸等低碳酸类和甲酸甲酯等低碳酯类，提高了系统的灵活性。通过焦炭气化单元对焦炭进行高值利用，且可充分利用废气中的富氢资源h2和ch4，进行化工产品的合成，减少工业煤焦化工业废气排放，从而获得更高的经济效益和资源利用效率。

附图说明

图1为现有技术中煤制甲醇的工艺示意图。其中1为水煤浆制备单元，2为煤气化单元，3为水煤气变换单元，4为合成气净化单元，5为甲醇合成单元。6～15为物流编号，6为原料煤，7为水，8为水煤浆，9为氧气，10为煤气化粗合成气，11为变换后的粗合成气，12为二氧化碳，13为硫化物，14为洁净的甲醇合成气，15为甲醇。

图2为本发明的煤气化耦合煤焦化制甲醇联产酸或酯的装置示意图，其中包括粉煤气化单元、co2压缩单元、酸气脱除单元、深冷分离单元、醋酸或甲酸甲酯合成单元、煤焦化单元、焦炭气化单元、焦炉气净化单元、psa分离单元、气体混合器、甲烷干重整单元和甲醇合成单元。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的说明，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。

实施例

本实施例提供一种煤气化耦合煤焦化制甲醇联产醋酸的工艺装置。

该煤气化耦合煤焦化制甲醇联产酸或酯的装置示意图如图2所示，包括粉煤气化单元、co2压缩单元、酸气脱除单元、深冷分离单元、醋酸或甲酸甲酯合成单元、煤焦化单元、焦炭气化单元、焦炉气净化单元、psa(变压吸附)分离单元、气体混合器、甲烷干重整单元和甲醇合成单元；

所述的粉煤气化单元设有原料煤入口、压缩二氧化碳入口和煤气化粗合成气出口，其中压缩二氧化碳入口通过管道与co2压缩机的压缩二氧化碳出口相连接，煤气化粗合成气出口通过管道与酸气脱除单元的煤气化粗合成气入口连接，并通过管道与焦炭气化单元的焦炭气化合成气出口相连接；

酸气脱除单元设有煤气化粗合成气出口和二氧化碳出口，其中煤气化粗合成气出口通过管道与深冷分离单元的煤气化粗合成气入口连接，二氧化碳出口包括两个通道，其中一个通道分成与co2压缩机的二氧化碳入口相连接的一端和排放端，另一个通道与甲烷干重整单元的二氧化碳入口相连接；

深冷分离单元设有合成气出口和一氧化碳出口，其中，合成气出口通过管道与气体混合器的进气主管道相连接，一氧化碳出口通过管道与醋酸或甲酸甲酯合成单元的一氧化碳入口相连；

所述的煤焦化单元设有原料煤入口、粗焦炉气出口和焦炭出口，焦炭出口包括两个通道，其中一个通道通过管道与焦炭气化单元的焦炭入口相连接，另一个通道用于输出焦炭产品，粗焦炉气出口通过管道与焦炉气净化单元的粗焦炉气入口相连接；

焦炉气净化单元设有焦炉气出口和焦油出口，其中焦炉气出口与psa分离单元的焦炉气入口连接；

psa分离单元设有氢气出口和甲烷出口，其中氢气出口通过管道与气体混合器的进气主管道相连接，甲烷出口通过管道与甲烷干重整单元的甲烷入口相连接；

甲烷干重整单元的重整合成气出口通过管道与气体混合器的进气主管道相连接，气体混合器的出气主管道与甲醇合成单元的合成气入口连接；

甲醇合成单元的粗甲醇出口包括两个通道，其中一个通道用于输出粗甲醇产品，另一个通道与醋酸或甲酸甲酯合成单元的甲醇入口相连。

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，其他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。