【正文】 達(dá)90%以上，氣化爐在國內(nèi)制造，可以控制并節(jié)省大量投資、同時(shí)可有效縮短建設(shè)周期。此外，該技術(shù)國內(nèi)支撐率高，生產(chǎn)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)多，風(fēng)險(xiǎn)少，故推薦做為本項(xiàng)目的氣化工藝技術(shù)。魯奇固定床加壓氣化魯奇固定床加壓氣化工業(yè)化的時(shí)間最長，目前國外仍有100多臺爐子在運(yùn)行，在我國也建有蘭州、哈爾濱、天脊、義馬、解化等5套裝置。該技術(shù)雖然能連續(xù)加壓氣化，但由于氣化溫度較低(~1000℃)，生成氣中甲烷含量大，同時(shí)生成氣中含苯、酚、焦油等一系列難處理的物質(zhì)，凈化流程長；尤其是該技術(shù)只能用碎煤不能用粉煤，因而原料利用率低，盡管篩分下來的粉煤可以配燃煤鍋爐加以利用。應(yīng)當(dāng)指出的是，上個(gè)世紀(jì)九十年代此技術(shù)經(jīng)過英國煤氣公司和魯奇公司聯(lián)合攻關(guān)，開發(fā)出了一種新的爐型BGL爐，變干粉排渣為熔融排渣，氣化效率和氣體成分有了很大改進(jìn)，污染問題也有所改善，目前有一臺能力日處理500噸煤的示范爐在德國運(yùn)行，原料為城市垃圾與煤混燒。由于尚無大的以煤為原料的BGL氣化爐的數(shù)據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，故上表中仍暫列傳統(tǒng)魯奇爐的數(shù)據(jù)。由于BGL爐與傳統(tǒng)魯奇氣化爐在氣化溫度上變化不大，生成氣中甲烷及氮?dú)夂咳匀缓艽螅瑢τ谏a(chǎn)甲醇來說，意味著大量合成氣要放空，煤耗和功耗都要增加；其次，煤氣凈化流程變長，且三廢治理難度加大，故不推薦做為大甲醇項(xiàng)目可研的氣化技術(shù)。d) 氣化流程煤漿氣化工藝流程有兩種：激冷流程和廢鍋流程。廢鍋流程可產(chǎn)生高壓蒸汽，但由于氣化氣溫度高、帶有大量煤渣，對廢鍋有磨蝕沖刷，設(shè)備材質(zhì)要求高，一次投資及維修費(fèi)用較大；激冷流程是在氣化爐內(nèi)將氣體用水激冷降溫的同時(shí)，洗滌除塵，出氣化爐的氣體帶有大量的水蒸汽，在變換工段不再補(bǔ)加蒸汽；這種流程氣化設(shè)備投資較低，維修工作量較少。本項(xiàng)目氣化采用激冷流程。e) 氣化壓力、。三種氣化壓力均已有大型裝置的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。(G)壓力煤漿氣化，由于氣化壓力高，(G)，正好符合低壓合成甲醇的壓力，因此合成氣不需增壓，％能耗。f) 氣化爐規(guī)格，可根據(jù)合成氣規(guī)模確定。由于本項(xiàng)目日處理煤量為8256噸，五開一備。每臺氣化爐日處理煤量為1651噸，最大可達(dá)2000噸，有20%的增產(chǎn)能力。氣化爐燒嘴正常的更換時(shí)間約為每4060天一次，每次約816小時(shí)，每年至少更換或檢修耐火磚一次，因此保證安全穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)需備用一臺氣化爐。g) 灰水處理現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置中灰水處理流程有三種：四級閃蒸、三級閃蒸加汽提及二級閃蒸。相比較而言，四級閃蒸或汽提工藝后被濃縮的灰水溫度較低，有利于灰水的澄清，故本項(xiàng)目灰水處理工藝采用四級閃蒸、其中高壓閃蒸將氣化爐黑水和碳洗塔黑水分開進(jìn)行，澄清槽沉淀、真空過濾機(jī)分離細(xì)渣。2) 凈化工藝技術(shù)a) 凈化工藝技術(shù)概況采用煤漿氣化工藝生產(chǎn)的粗煤氣除含CO、HCO2外，還有少量H2S、COS、CHN2，微量的氯，氨等成分。硫化物、氯、重金屬鎳等對甲醇合成催化劑是毒物，必須除去。另外H2與CO的比例也不能滿足甲醇合成的需要，因而粗煤氣需經(jīng)部分變換調(diào)整H2/CO、除去多余COH2S、COS等凈化過程方可進(jìn)行甲醇合成。變換煤漿氣化氣中CO含量為49～51%，H2含量為34～35%，不符合甲醇合成新鮮氣的要求，需將部分粗合成氣進(jìn)行CO變換，增加H2含量。這部分氣量約占總氣量的55%左右，以調(diào)整甲醇合成氣的組成。采用耐硫變換時(shí)，煤漿氣化粗合成氣經(jīng)洗滌后含塵量1～2mg/m3（標(biāo)），溫度為230～245℃，并被水蒸汽飽和，~，直接經(jīng)過加熱升溫后即可進(jìn)入變換，不需再補(bǔ)加蒸汽。由于流程短，能耗低，故水煤漿氣化配耐硫變換是最佳選擇。CO變換反應(yīng)會產(chǎn)生大量的熱，反應(yīng)熱可用來產(chǎn)生蒸汽、預(yù)熱脫鹽水。脫硫脫碳從國內(nèi)外煤氣化裝置中所采用的脫除酸性氣體的工藝來看，低溫甲醇洗(Rectisol)和NHD(或Selexol)較常見。低溫甲醇洗(Rectisol)工藝是采用冷甲醇作為溶劑脫除酸性氣體的物理吸收方法，是由德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的一種有效的氣體凈化工藝。該技術(shù)成熟可靠，能耗較低，氣體凈化度高，可將CO2脫至10ppm以下。NHD(或Selexol)同低溫甲醇洗一樣，同屬物理吸收，其對COH2S等均有較強(qiáng)的吸收能力，但對COS的吸收能力較弱。%以下，H2S小于1ppm。制取甲醇合成氣的凈化流程，一般在NHD凈化后，增加精脫硫裝置。目前世界上大型煤氣化裝置產(chǎn)生的合成氣凈化采用低溫甲醇洗技術(shù)較為普遍；采用NHD技術(shù)的裝置很少，NHD凈化大都用于中小型裝置。壓縮制冷低溫甲醇洗凈化工藝需外供冷量，提供冷量的技術(shù)較多，較常用的有溴化鋰吸收制冷技術(shù)，適用于提供4～20℃級的冷量；氟制冷技術(shù)，適用于提供5～35℃級的冷量；氨制冷技術(shù)，適用于提供25～45℃級的冷量；乙烯制冷技術(shù)，適用于提供43～115℃級的冷量等等。本項(xiàng)目采用的低溫甲醇洗技術(shù)需要35℃級的冷量移出反應(yīng)熱，采用氨壓縮制冷工藝流程。b) 凈化工藝技術(shù)的比較及選擇變換將粗水煤氣調(diào)整為甲醇合成氣，CO變換有兩種流程，即部分變換和全部變換。兩種工藝各有優(yōu)點(diǎn)：部分變換的優(yōu)點(diǎn)是由于部分氣體進(jìn)變換爐，氣量少，氣體中水/汽比高（），變換反應(yīng)推動力大，催化劑用量少，其中經(jīng)變換氣體中的有機(jī)硫約95％以上可轉(zhuǎn)化為H2S；H2/CO的調(diào)整靠配氣，容易調(diào)整，變換爐及粗煤氣預(yù)熱器設(shè)備??；缺點(diǎn)是有部分粗煤氣不經(jīng)變換，其中的有機(jī)硫未能部分轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫，但是如果采用低溫甲醇洗凈化，有機(jī)硫也能完全脫除。全部變換時(shí)全部粗煤氣經(jīng)過變換，其中的灰塵會被催化劑截留，但變換率靠調(diào)整氣體的水/氣來實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)控制難度較大，且由于氣體水氣比小，變換反應(yīng)推動力小，催化劑用量大，其中有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化會降低到60％左右，總的有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化與部分轉(zhuǎn)化差不多。全部變換流程中粗煤氣需先經(jīng)廢熱鍋爐換熱產(chǎn)生低壓蒸汽，將粗煤氣中的水/汽比降下來，粗煤氣冷凝出來的工藝?yán)淠汉幸欢ǖ幕覊m，用這部分高溫冷凝液去氣化碳洗塔洗滌粗煤氣，洗滌效果差；變換前的低壓廢熱鍋爐也容易被灰塵堵塞。根據(jù)粗水煤氣量，本項(xiàng)目采用部分變換流程，變換氣和未變換氣分開，這樣使得設(shè)備尺寸減小，便于制造和運(yùn)輸。部分變換的催化劑裝填量約51m3，在進(jìn)變換之前水煤氣首先經(jīng)過氣液分離器、煤氣過濾器除去氣體中雜質(zhì)和液體，然后經(jīng)過預(yù)熱器加熱到一定溫度進(jìn)入變換爐。脫硫脫碳低溫甲醇洗(Rectisol)工藝技術(shù)成熟可靠，能耗較低，氣體凈化度高，可將合成氣中的CO2脫至10ppm以下。而且溶劑吸收能力大，循環(huán)量小，能耗省，溶劑價(jià)格便宜，操作費(fèi)用低亦是此法的優(yōu)越性所在。該法缺點(diǎn)是在低溫下操作，設(shè)備低溫材料要求較高，整個(gè)工藝投資較高。NHD(或Selexol)溶液對COH2S等均有較強(qiáng)的吸收能力，%以下，H2S小于1ppm，但對COS吸收能力差，需增加水解裝置，而且該工藝須將脫硫和脫碳分開脫除，使得流程復(fù)雜，另外其溶劑昂貴，吸收能力比甲醇低，因而，溶劑循環(huán)量大，操作費(fèi)用較高，該法的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備無腐蝕，可采用碳鋼設(shè)備，整個(gè)工藝投資較少。關(guān)于低溫甲醇洗和NHD的比較見如下表：低溫甲醇洗和NHD技術(shù)比較項(xiàng) 目單 位低 溫 甲 醇 洗NHD蒸汽相對值11循環(huán)水相對值1冷凍量相對值1電相對值1有效氣損失相對值13氣提氣,N2相對值14投資相對值1從上表對比中可以看出，雖然NHD的投資低于低溫甲醇洗，但其運(yùn)行費(fèi)用較高。而且低溫甲醇洗在國內(nèi)具有豐富的生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，除部分低溫材料需引進(jìn)外，設(shè)備設(shè)計(jì)和制造等均可在國內(nèi)解決。最主要的問題是由于本項(xiàng)目規(guī)模大，如采用NHD工藝溶液循環(huán)量大，液相管道較大，因此，推薦酸性氣體脫除選用低溫甲醇洗工藝。目前，國外低溫甲醇洗工藝國外有林德工藝和魯奇工藝二種流程，二者在基本原理上沒有根本區(qū)別，而且技術(shù)都很成熟。兩家專利在工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)和工程實(shí)施上各有特點(diǎn)。國內(nèi)大連理工大學(xué)經(jīng)過近20年的研究，也開發(fā)成功了低溫甲醇洗工藝軟件包，并獲得了國內(nèi)兩項(xiàng)專利。林德低溫甲醇洗工藝采用林德的專利設(shè)備―高效繞管式換熱器，提高換熱效率，特別是多股物流的組合換熱，節(jié)省占地、布置緊湊，能耗較?。坏咝Ю@管式換需要國外設(shè)計(jì)（可國內(nèi)制造）。在甲醇溶劑循環(huán)回路中設(shè)置甲醇過濾器，除去FeS、NiS等固體雜質(zhì)，防止其在系統(tǒng)中積累而堵塞設(shè)備和管道。一般采用氮?dú)鈿馓釢饪s硫化氫，二氧化碳回收率為70%。魯奇低溫甲醇洗工藝未采用繞管式換熱器，換熱器均為管殼式，所有設(shè)備在國內(nèi)可以設(shè)計(jì)和制造，投資可節(jié)省約2200萬元。由于沒有中間循環(huán)甲醇提供冷量，吸收所需的冷量全部由外部供給；甲醇溶液循環(huán)量相對較大，相對于林德流程能耗稍高，吸收塔的尺寸也較大。系統(tǒng)冷量全部由外部提供，操作調(diào)節(jié)相對靈活。大連理工大學(xué)低溫甲醇洗工藝流程：大連理工大學(xué)從1983年開始進(jìn)行低溫甲醇洗的工藝過程研究,在中石化和浙江大學(xué)的協(xié)助下1999年該項(xiàng)研究通過了中石化的鑒定，2000年獲得了中石化科技進(jìn)步三等獎，并且獲得了國內(nèi)兩項(xiàng)專利申請。經(jīng)改進(jìn)后該技術(shù)采用六塔流程，與林德工藝相似，據(jù)介紹冷負(fù)荷和設(shè)備投資比林德工藝低~10%。利用該項(xiàng)開發(fā)成果大連理工大學(xué)為國內(nèi)采用低溫甲醇的8個(gè)廠進(jìn)行了過程分析，為改進(jìn)操作提出了有益的建議。同時(shí)該技術(shù)由大連理工大學(xué)提供工藝包，也被德州化肥廠國產(chǎn)化大化肥項(xiàng)目、渭河化肥廠20萬噸甲醇項(xiàng)目、以及湘火炬甲醇項(xiàng)目先后予以采用?？紤]林德與魯奇二種低溫甲醇洗工藝都非常成熟，盡管各有特點(diǎn)，但其消耗相差不大。而大連理工大學(xué)低溫甲醇洗工藝雖然技術(shù)指標(biāo)不比國外技術(shù)差，但鑒于至今尚無一套利用該技術(shù)的裝置正式投入使用，和林德與魯奇技術(shù)相比缺少實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，考慮到項(xiàng)目合作以及可靠性，本項(xiàng)目的酸性氣體脫除推薦采用林德或魯奇低溫甲醇洗工藝。c）氨壓縮制冷氨制冷裝置是以氨為制冷劑通過制冷壓縮機(jī)及輔機(jī)由壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)四個(gè)過程組成制冷循環(huán)，為低溫甲醇洗裝置提供冷量。常用的制冷機(jī)種類有活塞式制冷機(jī)、螺桿式制冷機(jī)、離心式制冷機(jī)等。離心式制冷機(jī)與其它幾種類型的制冷機(jī)相比，具有轉(zhuǎn)速高，制冷量大，蒸發(fā)溫度低，機(jī)械磨損小，易損件少，維護(hù)簡單，連續(xù)工作時(shí)間長，振動小，運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)組重量輕、占地面積小，能經(jīng)濟(jì)方便地調(diào)節(jié)制冷量等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用蒸汽透平驅(qū)動離心式制冷壓縮機(jī)，節(jié)能效果明顯。因此，本方案擬選用離心式制冷壓縮機(jī)。為提高制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源和制取低蒸發(fā)溫度下的冷量，本方案采用節(jié)能型雙級離心式壓縮制冷循環(huán)，工藝流程中帶有“中間省功器”。該流程的優(yōu)點(diǎn)是可降低能耗，尤其是部分負(fù)荷時(shí)機(jī)組的效率較高。滿負(fù)荷時(shí)比單級壓縮節(jié)省軸功率13%左右，部分負(fù)荷時(shí)節(jié)省軸功率約20%；其次是可以擴(kuò)大穩(wěn)定工作范圍，改善調(diào)節(jié)特性，部分負(fù)荷時(shí)不易喘振。采用了省功器后，部分中間壓力的低溫氣體補(bǔ)入壓縮機(jī)的二級入口，起到了一次補(bǔ)氣冷卻的作用，從而達(dá)到節(jié)能的效果。另外，實(shí)行中間節(jié)流后，單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量增大，節(jié)省了氨蒸汽進(jìn)入一級壓縮的壓縮功，達(dá)到了省功的目的。3) 硫回收工藝技術(shù)a) 硫回收工藝技術(shù)概況硫回收工藝種類繁多，主要可分為兩大類：一類是固定床催化氧化法，另一類是濕式氧化法。b) 硫回收工藝技術(shù)比較及選擇第一類主要代表是克勞斯（Claus）法，它是目前煉廠氣、天然氣加工副產(chǎn)酸性氣體及其它含H2S氣體回收硫的主要方法。其最大的特點(diǎn)是：流程簡單、設(shè)備少、占地少、投資省、回收硫磺純度高。林德（Linde）公司開發(fā)的Clinsulf法可以處理低H2S含量的酸性氣體，H2S含量小于15%，最低可達(dá)3～7%（Vol%），此工藝目前有多套工業(yè)化裝置。魯奇（Lurgi）的Sulfree工藝在世界范圍內(nèi)已有多套工業(yè)化裝置，我國也引進(jìn)了多套。該工藝與傳統(tǒng)的克勞斯工藝接近，對原料氣中H2S濃度有要求（25%）。如果原料氣硫含量偏低，整個(gè)裝置出現(xiàn)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)拓?fù)荷于25%時(shí)，Sulfree裝置便不能正常運(yùn)行，因而總硫回收率受到影響。加拿大Delta公司的MCRC硫回收工藝是一種亞露點(diǎn)Claus轉(zhuǎn)化，即改變了常規(guī)Claus反應(yīng)的平衡條件，在低于硫的露點(diǎn)下操作，三級MCRC轉(zhuǎn)化，硫回收率可達(dá)99%，它不僅是一種硫回收方法，也是較好的尾氣凈化方法；荷蘭Comprimo公司開發(fā)的超級克勞斯硫回收工藝，一改以往單純增加轉(zhuǎn)化級數(shù)來提高H2S的方法，在兩級普通克勞斯轉(zhuǎn)化之后，第三級改用選擇性氧化催化劑，將H2S直接氧化成元素硫，總回收率達(dá)99%以上，在國內(nèi)外已有多套工業(yè)裝置。第二類主要有國內(nèi)的栲膠法，還有國外的LOCAT工藝（空氣資源公司開發(fā)）等。 栲膠法在國內(nèi)合成氨廠已普遍使用，操作經(jīng)驗(yàn)豐富，但設(shè)備數(shù)量多、投資大，且尚無用于高CO2含量酸氣先例。本項(xiàng)目酸氣中CO2含量較高，因此不適用此法。LOCAT法工業(yè)化于1976年，該法流程簡單。%，但容易起泡，引起堵塔等一系列操作問題，影響推廣應(yīng)用。由于項(xiàng)目用煤為低硫煤，低溫甲醇洗濃縮的H2S氣體濃度較低，故本項(xiàng)目采用Linde的Clinsulf硫回收工藝技術(shù)。4) 甲醇合成與精餾的工藝技術(shù)方案選擇a) 國外工藝技術(shù)概況1923年，德國BASF公司在合成氨工業(yè)化的基礎(chǔ)上，首先用鋅鋁催化劑在高溫高壓的條件下，實(shí)現(xiàn)了由一氧化碳和氫合成甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，從此逐步淘汰了由木材干餾制甲醇的生產(chǎn)方法。由于工業(yè)合成甲醇成本低，產(chǎn)量大，促進(jìn)了甲醇工業(yè)的迅猛發(fā)展。甲醇消費(fèi)市場的擴(kuò)大，又促使甲醇生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，生產(chǎn)成本不斷下降，生產(chǎn)規(guī)模日益增大。1966年，英國ICI公司成功地實(shí)現(xiàn)了銅基催化劑的低壓合成甲醇工藝，隨后又實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)更為經(jīng)濟(jì)的中壓法合成甲醇工藝。與此同時(shí)德國Lurgi公司也成功地開發(fā)了中低壓合成甲醇工藝。雖然由CO加H2合成甲醇的工藝至今已有80年歷史，盡管催化劑、工藝流程和主要設(shè)備的發(fā)展到現(xiàn)在已相當(dāng)完善，但世界各國仍在不斷地開發(fā)研究新型催化劑、新的合成工藝和新型反應(yīng)器。目前甲醇的生產(chǎn)工藝路線主要是采用銅基催化劑的ICI中壓法、低壓法及Lurgi低壓法、中壓法和采用鋅鉻催化劑的高壓法。二十世紀(jì)七十年代中期以后不但新建廠全部采用低壓法，而且老廠擴(kuò)建或改造也幾乎都采用低壓工藝。在今后一段時(shí)期內(nèi)，高中壓法將逐