100万立方米每日含硫废气深度脱硫及绿色甲醇合成项目5-创新性说明.doc

创新性说明100万立方米/日含硫废气深度脱硫

创新性说明

100万立方米/日含硫废气深度脱硫及

绿色甲醇合成项目

队员：钱绮明谢犨

队员：钱绮明谢犨纬梁炜李兴涛莫春玲

指导老师：何畅杨祖金

中山大学Sky团队

100万立方米/日含硫废气深度脱硫及绿色甲醇合成项目

创新性说明

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中山大学Sky团队

目录

TOC\o1-3\h\z\u1清洁生产技术创新 1

1.1深度脱硫 1

1.2碳排放减少 2

2反应技术及分离技术 3

2.1绿色催化剂 3

2.2膜分离技术 4

3.过程节能技术创新 4

3.1换热网络集成优化 4

3.2甲醇精馏内部热耦合塔 6

3.3液力透平泵的使用 7

4新型过程设备应用技术创新 8

4.1新型塔板的应用 8

4.2折流杆换热器 9

1清洁生产技术创新

1.1深度脱硫

本项目经过产品选择和工艺方案论证，采用美国UOP公司开发的专利技术——Selexol吸收工艺，对高硫页岩气进行处理，达到了深度脱硫的目标。其中Selexol吸收工艺流程如下图1所示。

图1吸收工艺流程图

Selexol溶剂脱除酸性气体工艺有如下几个特点：

能全部脱除大量的高浓度酸气，酸气分压越高优点越显著。含硫气体其总硫可以脱除到lppm以下，CO2可脱除到2%以下。

能选择性地吸收H2S和CO2，并可将H2S和CO2分离开。

吸收热及解吸热低，节约能量。

Selexol溶剂在脱除酸性气体的同时，对气体可进行脱水。

可溶解非酸性的有机硫化物，如COS、CS2、CH3SH、C4H4S等，而溶剂不发生氧化和降解。

溶剂无毒性，闪点高，贮存安全，存放期无限制，不必进行生物降解处理和复活处理。

对碳钢无腐蚀，故设备可用碳钢材质，投资省。

溶剂蒸气压低，不起泡，操作相当稳定。

操作费用低，与20%MEA工艺相比，新建投资费仅需75%，直接操作费（水、电、蒸汽）只需40%，间接操作费用只需75%，总操作费可节省50%。

高酸气分压下，溶剂的循环量低。

高硫页岩气脱硫指标按照强制性国家标准GB1780-2012《天然气》中一类气执行，具体如下：

表1天然气技术指标

项目

一类

二类

三类

高位发热量/（MJ/m3）≥

36.0

31.4

31.4

总硫（以硫计）/（mg/m3）≤

60

200

350

硫化氢/（mg/m3）≤

6

20

350

二氧化碳y,%≤

2.0

3.0

--

深度脱硫的结果如下表所示

表2页岩气深度脱硫的结果

组分

进口

出口

脱除率

H2S

1.174%

1.27mg/m3

99.98%

CO2

5%

1.8%

64%

由以上结果表可以看出，本项目采用新型的吸收剂实现了深度脱硫指标。另一方面，我们将脱除下来的硫化氢送进克劳斯装置制取硫磺，尾气经SCOT工艺加氢还原后再循环回克劳斯装置，实现了99.99%的硫回收率，满足清洁生产的要求。

1.2碳排放减少

工业上合成甲醇常用的原料组成为CO和H2，俗称合成气，而在本项目中，我们利用从高硫页岩气中脱除下来的中压、低压二氧化碳，与来自原厂的氢气作为混合原料气合成甲醇，实现了CO2的资源化利用的同时明显减少了单产碳排放，其碳排放节能算表见表3

表3单产碳排放节能算表

反应器进口CO2流率(t/h)

反应器出口CO2流率（t/h）

产品甲醇流率（t/h）

单产碳排放减少量

（吨二氧化碳/吨产品）

45.969

0.274

32.94

1.387

从上表可知，将从高硫页岩气中脱除出来的二氧化碳用于合成绿色甲醇能够有效减少单产碳排放量。为了进一步节能降耗，本项目采用热偶和精馏等热集成技术对原工艺系统进行优化，公用工程能耗显著降低，有效地减少了每吨产品的碳排放量，具体节能减排情况见表4

表4优化后节能减排信息表

项目

热公用工程/(kJ/h)

冷公用工程/(kJ/h)

匹配前

2.61×109

3.17×109

匹配后

2.10×109

2.05×109

物流匹配节能百分率

19.61%

35.51%

能量优化量

1.64×109kJ/h

每年碳排放减少量

44.7万吨标煤/年

每吨产品碳排放减少量

0.894吨标煤/吨产品

2反应技术及分离技术

2.1绿色催化剂

在绿色甲醇合成工段，通过采用绿色的Cu/ZnO/Al2O3催化剂，实现了从CO2到甲醇的绿色转化，与工业上常用的煤制甲醇、天然气制甲醇工艺相比，以CO2为主要原料合成甲醇，实现了碳排放的明显减少，这对遍布全球的温室效应提供了一个新的解决思路。

在本工艺流程中，反应器出口处未反应的原料气循环回反应器，循环比为0.538，最终模拟结果显示CO2全程转化率为9