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用核心技术助推煤制乙二醇达产增效
——记北大先锋变压吸附技术在煤化工行业的创新应用历程
2015工博会CO银奖证书。
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2015工博会奖杯
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来自亚化咨询的最新统计数据，截止2017年3月底，我国合成气制乙二醇项目已投产或已试车成功的总产能突破212万吨，占乙二醇总产能的30%左右，打破了石油路线乙烯法工艺制乙二醇的全球性垄断。
去年以来，随着“十三五”开局之年顺利收官，国内宏观经济形势大为改观、大宗化工产品市场开始复苏，国内乙二醇市场也日益见好。最近一段时间，多个煤制乙二醇项目已经陆续投产，国内前几年已建成的主要煤制乙二醇装置也开始提高负荷或开足马力生产。
但如何使装置尽快实现达产、达标、增效?是摆在各个投资方与生产企业面前迫切需要解决和正确面对的问题。
达产增效渴望新技术作支撑
据亚化咨询的消息，随着通辽金煤、新疆天业、安阳永金化工、中石化湖北化肥和鄂尔多斯新杭能源等多套煤制乙二醇装置实现长周期的稳定运行，国内煤制乙二醇技术已经日趋成熟，预计未来3-5年，我国煤制乙二醇产业将迎来新一轮快速发展期，煤制乙二醇产能将由目前200多万吨，增长到500万-600万吨以上。这些新增产能将占国内乙二醇市场近50%的份额。
北京北大先锋科技有限公司副总经理耿云峰告诉中国化工报记者，合成气制乙二醇工艺是以煤为原料，通过气化、变换、净化及分离提纯后分别得到高纯的CO和H2，其中CO经催化偶联合成及精制生产草酸酯，再经与H2进行加氢反应，并通过精制后获得聚酯级乙二醇的过程。
而煤制乙二醇工艺中通常要求产出的一氧化碳纯度达99%以上，氢气纯度达99.5%以上，才能够保证生产出合格的高品质乙二醇。
20世纪80年代，北京大学化学院教授、博士生导师谢有畅带领的研发小组开发了对一氧化碳有极高吸附容量和选择性的高效吸附剂PU-1，这在当时引起了国内外化学界的极大反响。2003年，根据高效吸附剂PU-1的特性，北京北大先锋科技有限公司开发成功了国际领先水平、高效低耗的变压吸附分离一氧化碳新技术，解决了从氮或甲烷含量高的原料气中分离出高纯度一氧化碳的难题，从而大幅度拓宽了一氧化碳原料气的来源，大大满足了煤制乙二醇工艺对原料气提纯净化的需求。
通辽金煤化工首期20万吨/年煤制乙二醇装置是国内首套采用煤制乙二醇工艺技术的生产线，该项目于2007年8月开工，2009年底建成投产后打通流程，于2010年5月3日试产出合格的草酸产品。
北大先锋曾为该项目设计建设了一套规模为22000Nm3/h(纯度>98.5%)的变压吸附分离提纯CO装置，一套规模为40000 Nm3/h(纯度>99.9%)的变压吸附分离提纯H2装置，一套规模为22000 Nm3/h(纯度>91%)的变压吸附制氧装置。这是我国首次将变压吸附气体分离技术应用到煤制乙二醇生产线。
耿云峰介绍，2011年11月18日，通辽金煤化工首期20万吨/年煤制乙二醇装置实现成功达产，确立了北大先锋在合成气制乙二醇领域的专业、领先技术供应商地位。
2016年，通辽金煤化工对造气炉及合成装置进行扩能改造，生产负荷有所调整，上半年生产乙二醇减至6.21万吨。目前，通辽金煤为满足市场需求，决定新增一条变压吸附分离CO、H2生产装置，预计乙二醇产能将达到25万吨、草酸12万吨/年。
北大先锋为通辽金煤世界首套煤制乙二醇提纯CO装置
中石化湖北化肥公司有关负责人告诉记者，2016年5月，公司20万吨/年合成气制乙二醇工业示范装置先后完成二轮满负荷72小时技术标定及110%高负荷试验。今年3月9日，该项目接受国家石化有机原料合成树脂质量监督检验中心抽样检验，各项指标达到工业用乙二醇国家优等品要求。
北大先锋曾为该项目配套21500 Nm3/h(纯度>99.5%)变压吸附分离CO装置和75000 Nm3/h(纯度>99.9%)变压吸附制氢装置均实现一次开车成功。目前，该项目正在向达产、达效目标冲刺，如何才能获得稳定、高品质的原料气?我们迫切需要更可靠、稳定、高效的技术作为支撑。
耿云峰说，北大先锋作为全球领先的专业从事变压吸附气体分离技术研发和成套设备设计制造，以及高效吸附剂和催化剂的生产商，已经掌握了世界领先的变压吸附分离CO技术和制H2技术，产品气纯度高、收率高，可以充分满足煤制乙二醇工艺对原料气提纯净化的需求。
北大先锋为赞比亚谦比希铜冶炼项目建设制氧装置
达产增效需突破降低成本关
北大先锋市场总监崔庆川告诉记者，2013年初，新疆天业集团电石炉尾气回收利用合成5万吨/年乙二醇项目一次开车成功，消息一经宣布便引发市场强烈关注。北大先锋为该项目承建电石炉尾气提纯CO装置和制H2装置，稳定生产出高纯度CO、H2产品，这是新疆天业集团将工业废气变为优等品乙二醇的先决条件。
截至2017年3月底，新疆天业一期合成气制乙二醇装置已经实现安全、长周期、高负荷运行了50多个月。其中，2015年全年生产5.2万吨，优等品率达到95%，曾创下全年负荷平均104%、最高负荷超过110%的纪录。
随着新疆天业一期5万吨乙二醇项目的顺利运行，北大先锋于2013年8月再次与新疆天业达成深度合作，双方签署了天业二期电石炉尾气综合利用制20万吨/年乙二醇、17万吨/年1,4丁二醇项目配套的变压吸附提纯CO、H2装置供应合同。
北大先锋建设的CO产量为24000Nm3/h(纯度>99.5%)，H2产量86000Nm3/h(纯度>99.9%)的变压吸附装置在2015年3月随着乙二醇生产线的全面启动顺利投产，至今满负荷运行。该项目已产出优等品乙二醇(聚酯级)，是我国合成气制乙二醇产能中极具市场竞争力的一条生产线。
一位不愿具名的新疆天业股份有限公司的高管告诉中国化工报记者，电石炉尾气组分复杂，要试图分离提纯出用于合成乙二醇的高纯CO，除北大先锋外，目前全球尚无其他成功的工业化应用案例。这是因为北大先锋CO分离技术具有相当强的原料气适应性，在用气需求复杂多变的工况下，其吸附剂性能不受影响，吸附效率保持高效，得以保证设备稳定运转;而常规的CO吸附剂很难保证这一点，另外一种深冷分离技术在氮气或其他杂质的干扰下，更加无法实现CO高效分离，其经济性也与变压吸附法相去甚远。
这位高管介绍，新疆天业一期5万吨乙二醇项目实际运行情况表明，通过电石尾气合成乙二醇的工艺路线，最根本是降低了乙二醇的生产成本，节省了煤造气环节所应耗费的投资，可以说，乙二醇的综合生产成本降到了“史上最低”，更加有利于增强企业整体抗风险能力和市场竞争力。
崔庆川总监告诉记者，北大先锋有了与新疆天业一期、二期电石尾气利用制乙二醇项目合作成功的案例，新疆天业扩能增效的10万吨/年煤制乙二醇项目已于2016年底正式启动。北大先锋也与新疆天业签约，继续为其提供装置和服务。该装置预计于2018年投产。
福州耀隆CO、H2、CO2
未来市场发展前景喜人
据亚化咨询统计与预测，2017年，国内将有多个备受关注的煤制乙二醇项目经过了经济寒冬的蛰伏后而加速启动，将新增8个项目、总计134万吨/年的产能。这将是中国合成气制乙二醇产能爆发的开端。
北大先锋总经理唐伟告诉记者，随着合成及配套工艺技术日臻成熟，国内多个煤制乙二醇样板项目已能实现连续高负荷运营和产出聚酯级乙二醇。这也为北大先锋的发展，创造了新在机遇。
比如，安阳永金年产20万吨乙二醇项目于2012年一次开车打通全流程，随即创造原始开车不停车连续生产4个月的纪录;2015年8月份装置负荷提升至90%以上，最高日产突破578吨;目前日均乙二醇产量超过550吨，产品优等品率达98%以上。北大先锋为该项目配套的22000 Nm3/h变压吸附分离CO装置和42000 Nm3/h变压吸附制氢装置自开车以来稳定运行，满足机组高负荷运行工况的多样化需求，气体产品源源不断地供给下游生产线，有效保证全线达标达产，屡破记录。
此外，北大先锋为河北辛集化工年产6万吨乙二醇项目配套的6300 Nm3/h(纯度>98.5%)变压吸附分离CO装置和12000 Nm3/h(纯度>99.9%)变压吸附制氢装置施工接近尾声，该项目有望在2017年下半年投料试产，与现已开车运行的数个项目共同壮大合成气制乙二醇的产能队伍。
唐伟表示，北大先锋独特的变压吸附分离CO技术及成套工艺设备，是世界上唯一能够将电石炉尾气所含的CO提纯至99%以上并实现大规模产业化的先进技术。北大先锋在乙二醇行业的业绩显现出稳步增长态势，自2016年下半年至2017年初，北大先锋已签署了多个乙二醇项目气体分离装置合同，包括利华益利津炼化有限公司乙二醇项目配套提纯CO设备、天盈石油化工股份有限公司乙二醇项目配套CO和制H2设备。
未来几年，北大先锋将持续完善和优化变压吸附气体分离工艺，进一步为煤化工企业提供优质的产品和服务，助力企业增产达效，促进我国工业排放气资源化利用达到全新的高度，为节能减排与环保事业做出不懈的努力。
