兰炭尾气化工联产综合利用工艺技术

王万和   闫奋学   朱炳礼

（宝鸡市泰和化工科技有限公司    陕西宝鸡   721300）

摘要：兰炭产业作为洁净煤技术的重要组成部分，可以实现煤炭的高效、清洁利用；兰炭生产过程中所副产的兰炭尾气，大部分厂家，将其作为燃料用来发电，做电石或金属镁，由于其热值较低，用来燃烧不仅是资源的浪费，而且也对环境造成了严重影响，本文利用目前国内外先进的工艺技术，对兰炭尾气制合成氨、尿素、LNG及液体二氧化碳等利用途径做进一步阐述，旨在最大程度地实现兰炭尾气的高效利用。

关键词：兰炭尾气；合成氨；尿素；LNG；甲醇；电石尾气。

    随着国民经济的飞速发展，因兰炭可作为清洁高效能源和石化、冶金、电石、化肥等生产的主要原材料，促进了兰碳行业近年来突飞猛进的发展。2017年，我国兰炭装置产能约为9600万吨，其中榆林地区产能5000万吨，占全国的52.08%以上，新疆产能3230万吨，占全国产能的30%以上，内蒙古约1200万吨，占全国产能的12%左右。

    在兰碳产量提高的同时，产生了大量富余的兰炭尾气，每生产1吨兰炭大约产生800Nm³的兰炭尾气。兰炭尾气中含有多种成分，常规的兰炭尾气中氢含量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%，还含有少量的焦油、萘、苯、粉尘、多种硫化物、氨等杂质。

    大部分兰炭厂将其作为燃气用来发电、做电石或金属镁，部分厂家只能将煤气点燃后排放到空气中，不仅是一种资源的浪费，而且也对环境造成严重影响，目前已经影响整个兰炭产业的发展。如何高效、节能、环保的利用兰炭尾气，研究、开发兰炭尾气资源化利用技术，促进节能减排是摆在各级政府、企业和科研单位面前的一项急需解决的新课题。榆林市政府榆政办函（2019）152号《榆林市兰炭行业升级改造绿色安全发展三年行动方案（2019-2021）》已经明确要求兰炭尾气要用以生产化工产品，杜绝燃烧，明确指出，兰炭尾气重点向化工产品延伸。

    宝鸡市泰和化工科技有限公司是一家重点从事兰炭尾气、焦炉气、电石尾气及甲醇驰放气等煤化工工艺尾气制合成氨、制甲醇、制LNG的高科技企业，在工业尾气净化处理及有效气体分离回收率等方面取得了显著成绩，申报取得了“兰炭尾气多分法综合后处理系统”专利证书（专利号：ZL2017 2 0867260.8），该技术通过了陕西省石油和化学工业联合会科学技术成果鉴定（石化联鉴字2017第1号）。编制完成了甘肃金昌化工集团有限公司“兰炭尾气综合利用项目”可研报告、甘肃丰盛环保科技有限公司“兰炭尾气、焦炉尾气、电石尾气综合利用制年产20万吨合成氨及液化甲烷项目”可研报告，并为神木银泉煤化公司的兰炭尾气生产合成氨、碳酸氢铵提供了技术方案并被实施且取得良好的经济和社会效益，近期编制完成了神木某企业兰炭升级改造利用兰炭尾气制合成氨、尿素、LNG项目咨询报告，在工业尾气资源化利用工艺技术上积累了丰富的理论和实践经验。

1、        兰炭尾气综合利用工艺技术

    本公司近年来研究的兰炭尾气综合生产合成氨、化肥、液化甲烷利用技术简介如下：

    注：以下产能及效益均以100万吨/年兰炭装置为例，计算依据为：

    （1）兰炭气气量8亿Nm³/年（100000Nm³/h），

    （2）气体组分见下表

    兰炭尾气中含氮量约40%左右，含二氧化碳约11%，在常规的兰炭气资源化利用技术中，这两种气体均作为废气除去，兰炭尾气制合成氨联产碳酸氢铵（尿素），不但能充分的利用其有效气，而且能最大化的利用其所含的氮气和二氧化碳，是兰炭尾气综合利用的较佳途径。

1.1兰炭尾气制合成氨、碳酸氢铵、副产富甲烷气

    1.1.1技术方案简介：

1.1.2产品规模：

    采用本工艺技术方案，可实现产品规模（产品结构可调整）：

（1）合成氨：～14万吨/年（其中7万吨用于化肥生产）

（2）碳酸氢铵：～28万吨/年

（3）富甲烷气：～6.0×10⁷Nm³/年

1.1.3投资及效益估算

（1）项目投资总额：～3.0亿元

（2）项目产值：～4.52亿元/年

（3）项目利润（税后）：～1.36亿元/年

备注：液氨售价按2350元/吨、碳酸氢铵售价按600/吨、富甲烷气按2元/Nm³计

1.2兰炭尾气制合成氨、尿素、副产LNG、液体CO₂

1.2.1技术方案简介：

 1.2.2产品规模：

采用本工艺技术方案，可实现产品规模：

（1）合成氨：～14万吨/年（中间产品）

（2）尿素：～24万吨/年

（3）LNG:  ～4.5万吨/年

（4）液体CO₂: ～10万吨/年

1.2.3投资及效益估算：

（1）项目投资总额：～5.6亿元

（2）项目产值：～6.83亿元/年

（3）项目利润（税后）：～2.85亿元/年

备注：尿素售价按1900元/吨、LNG售价按4050元/吨、液体CO售价按458元/吨计。

    兰炭尾气中含有一定量的甲烷，可以单独生产LNG（液化甲烷）；兰炭尾气中也含有氢气和一氧化碳，也可以合成甲醇产品。

1.3兰炭尾气制LNG

1.3.1技术方案简介

随着燃料价格的不断上涨，以及近年来脱碳、变压、变温吸附分离、甲烷化、冷箱等新技术在工业领域的广泛应用，兰炭尾气作为液化甲烷生产原料，从经济角度和技术角度来看均非常可行。

兰炭尾气生产LNG工艺技术方案见下图：

 1.3.2产品规模：

采用本工艺技术方案，可实现产品规模：

（1）LNG: ～9万吨/年

1.3.3投资及效益估算：

（1）项目总投资：～2.8亿元

（2）项目产值：～2.7亿元/年

（3）项目利润（税后）：～0.76亿元/年

备注：LNG售价按3000元/吨计

1.4兰炭尾气制甲醇

1.4.1技术方案简介：

兰炭尾气中含有氢气、一氧化碳，是制甲醇的基本原料，甲醇是重要

的基础有机化工原料，在化工生产中具有举足轻重的地位。

兰炭尾气生产甲醇工艺技术方案见下图：

 1.4.2产品规模：

采用本工艺技术方案，可实现产品规模：

（1）甲醇: ～14万吨/年

1.4.3投资及效益估算

（1）项目总投资：～2.8亿元

（2）项目产值：～3.22亿元/年

（3）项目利润（税后）：～0.87亿元/年

备注：甲醇售价按2300元/吨计

    兰炭气单独生产LNG和甲醇，技术上是可行的，但经济效益远远不如用来生产合成氨联产LNG（液化甲烷）、液体二氧化碳。

2、兰炭尾气与电石尾气综合利用技术

    上述的兰炭尾气资源化利用工艺技术，均适用于独立的兰炭生产装置，因兰炭尾气中有效气（CO+H₂）含量较低（～40%左右），考虑到目前大多数的兰炭生产厂家，其副产的兰炭尾气一般仅用于发电，所发的电再用于电石生产，形成兰炭——发电——电石，电石生产副产的电石气也送发电厂进行燃烧发电的循环产业模式，若将副产的电石气与发电富余的兰炭气综合利用，将会产生更大的经济效益。

    兰炭尾气与电石尾气综合利用也可生产液氨、化肥、LNG、甲醇等产品，其生产成本将具有更大的优势。

    本公司近年来的研究的兰炭尾气与电石尾气综合生产合成氨、化肥、液化甲烷、甲醇利用技术简介如下：

2.1兰炭尾气与电石尾气生产合成氨的工艺技术方案如下：

 2.2兰炭尾气与电石尾气生产甲醇的工艺技术方案如下：

     以神木某企业为例，其260万吨/年兰炭装置所产兰炭尾气用于发电，所发的电用于30万吨/年电石生产，兰炭尾气除满足电石生产所需用电外，尚有25000Nm³/h剩余，同时电石生产也副产电石尾气15000Nm³/h左右，将剩余兰炭尾气和副产电石尾气综合利用，可实现：