【正文】 煤制天然氣項(xiàng)目可行性研究報(bào)告工藝技術(shù)方案4 工藝技術(shù)選擇及技術(shù)來源 工藝技術(shù)選擇本項(xiàng)目是利用錫林浩特豐富的煤炭資源，建設(shè)公稱能力為1200萬Nm3/d合成天然氣裝置。主要工藝技術(shù)采用：l 碎煤加壓氣化l 粗煤氣耐油耐硫變換、冷卻l 低溫甲醇洗凈化l 低壓蒸汽吸收制冷l Claus—Scot硫回收工藝l 甲烷化l 廢水綜合利用、殘液焚燒工藝 煤氣化工藝技術(shù)選擇 煤氣化工藝有十幾種，在工業(yè)上大量采用的也就是幾種，可分為固定床、流化床、氣流床三種類型。煤氣化工藝選擇原則是：（1）根據(jù)煤質(zhì)選擇相適應(yīng)的煤氣化工藝。（2）根據(jù)煤氣加工的產(chǎn)品及用途選擇煤氣化工藝。（3）裝置規(guī)模的大型化。本項(xiàng)目采用錫林浩特高水份褐煤。%（Mar），（ar）。灰熔點(diǎn)1200℃1250℃。氣化生成的煤氣加工成1200萬Nm3/d合成天然氣。依據(jù)上述三個(gè)原則，由于煤含水分高，不可能制出符合德士古所要求的水煤漿濃度60%以上，流化床氣化工藝比較適應(yīng)年青褐煤氣化，但氣化壓力＜1Mpa，飛灰太多且含碳高，碳轉(zhuǎn)化率、氣化效率較低，在裝置大型化方面還存在一定問題，BGL固定床液態(tài)排渣壓力氣化，雖然較好適應(yīng)高水份褐煤氣化，且有蒸汽消耗低，煤氣中甲烷含量高的特點(diǎn)，但技術(shù)還不成熟。因此大唐國(guó)際某煤制天然氣項(xiàng)目可供選擇的氣化工藝有GSP、Shell干粉煤、液態(tài)排渣氣流床壓力氣化，Lurgi碎煤固定床干法排灰壓力氣化。為此對(duì)三種氣化工藝進(jìn)行詳細(xì)的比較如下：GSP、Shell、Lurgi三種氣化工藝比較名稱GSPShellLurgi原料要求（1）褐煤→無煙煤全部煤種，石油焦、油渣、生物質(zhì)；（2）粒徑250μm～500μm含水2%干粉煤（褐煤8%）；（3）灰熔融性溫度＜1500℃；（4）灰分1%～20%（1）褐煤→無煙煤全部煤種；（2）90%＜100目含水2%干粉煤（褐煤8%）；（3）灰熔融性溫度＜1500℃；（4）灰分8%～20%除主焦煤外全部煤種，550mm碎煤，含水35%以下，灰25%以下， 灰熔點(diǎn)≥1200℃氣化溫度/℃1450～15501450～1550取決煤灰熔點(diǎn)，在DTST間操作氣化壓力/Mpa氣化工藝特點(diǎn)干粉煤供料，頂部單噴嘴，承壓外殼內(nèi)有水冷壁，激冷流程，由水冷壁回收少量蒸汽，除噴嘴外材質(zhì)全為碳鋼干粉煤供料，下部多噴嘴對(duì)噴，承壓外殼內(nèi)有水冷壁，廢鍋流程，充分回收廢熱產(chǎn)蒸汽，材質(zhì)碳鋼、合金鋼、不銹鋼粒狀煤供料，固體物料和氣化劑逆流接觸，煤通過鎖斗加入到氣化爐，通過灰鎖斗將灰排出爐外，氣化爐由承壓外殼、水夾套、轉(zhuǎn)動(dòng)爐篦組成，爐內(nèi)物料明顯分為干燥、干餾、煤氣化洗滌除焦油/塵后進(jìn)入廢鍋。材質(zhì)為碳鋼投煤2000t/d，單臺(tái)氣化爐尺寸/mmφ內(nèi)=3500H17000φ內(nèi)=4600（投煤2300t/d）H=31640φ內(nèi)=4000 H=11000投煤量8001000t/d耐火磚或水冷壁壽命/a2020噴嘴壽命10a，前端部分1a1a～氣化爐臺(tái)數(shù)161646冷激室或廢鍋尺寸/mm冷激室φ內(nèi)=3500約為2500除塵冷卻方式分離+洗滌干式過濾+洗滌洗滌去變換溫度/℃22040180～185建筑物（不包括變換）裝置占地：9000m2高約55m（氣化部分）裝置占地：9000 m2高約85m～90m（氣化部分）40m標(biāo)煤消耗t/106KJ（包括干燥）（包括干燥）（包括焦油等副產(chǎn)品）33氧耗Nm3/106KJ（%）292910（包括焦油熱值）蒸汽消耗kg/106KJ（包括造氣變換副產(chǎn)的中低壓蒸汽）00電耗KW/106KJ碳轉(zhuǎn)化率%999999（包括焦油等副產(chǎn)品）冷氣效率%808080（包括焦油等副產(chǎn)品）氣化熱效率%909690（包括焦油等副產(chǎn)品）投資 萬元1200104Nm3/d天然氣967000（其中空分522000）1272000（其中空分522000）480000（其中空分184000）由上表可知：（1） 三種煤氣化工藝在消耗指標(biāo)上，消耗高水份原料煤基本一樣，差別最大的是氧氣消耗，Shell、。電：Shell是Lurgi氣化的19倍，GSP是Lurgi氣化的12倍。蒸汽：GSP、。（2） 包括焦油等副產(chǎn)品在內(nèi)，三種氣化工藝的碳轉(zhuǎn)化率、氣化效率、氣化熱效率基本一樣。（3） 三種煤氣化投資相差很大。，GSP是Lurgi的2倍。造成投資大的主要原因除氣化裝置外，空分裝置影響更大。煤氣化、空分比較結(jié)果還不能代表全部工藝的比較結(jié)果，對(duì)于以煤原料生產(chǎn)合成天然氣，Lurgi煤氣化生產(chǎn)煤氣中按熱值分布，焦油約占煤總熱值的10%，甲烷熱值約占煤氣總熱值30%。HCO約占60%。因此采用Lurgi煤氣化工藝合成天然氣比Shell、GSP煤氣化工藝，變換、低溫甲醇洗凈化裝置、甲烷化裝置處理量大大減少，消耗、投資大大降低。綜上所述煤氣化推薦選Lurgi煤氣化。 粗煤氣變換：由于粗煤氣中含硫、含焦油等雜質(zhì)，因此只能選擇耐硫耐油催化劑進(jìn)行CO變換，使煤氣中H2/CO=～。 煤氣凈化工藝技術(shù)的選擇眾所周知，碎煤加壓氣化由于逆流氣化過程，煤氣出爐溫度低，粗煤氣成分復(fù)雜，其氣體組分包括CO、HCOCHH2S、有機(jī)硫、C2HC2HC3HC4HHCN、NAr以及焦油、脂肪酸、酚、氨、石腦油、油、灰塵等。在這些組分中除CO、HCH4有效組分和N2，Ar等惰性氣體外，其余所有組分包括CO2和硫化物都是需要脫除的有害雜質(zhì)，可見其凈化任務(wù)的艱巨?？v觀當(dāng)今各種氣體凈化工藝，能擔(dān)當(dāng)此重任者非低溫甲醇洗莫屬。這是因?yàn)橹挥械蜏丶状枷磧艋趴梢栽谕谎b置內(nèi)全部干凈地脫除各種有害成分，諸如COH2S、COS、C4H10S、HCN、NHH2O、C2以上烴類（包括輕油、芳香烴、石腦油、烯烴及膠質(zhì)物等）以及其他化合物等。另外碎煤加壓氣化原料氣壓力較高，氣體中COH2S分壓相對(duì)較高，所以本身就有利于發(fā)揮低溫甲醇洗物理吸收的特性。除此之外，低溫甲醇洗工藝與其他凈化工藝相比還有著如下各種顯著的優(yōu)點(diǎn)：l 吸收能力強(qiáng)，溶液循環(huán)量小l 再生能耗低l 氣體凈化度高l 溶劑熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，溶劑不降解、不起泡，純甲醇對(duì)設(shè)備不腐蝕l 溶液粘度小，有利于節(jié)省動(dòng)力l 甲醇和水可以互溶，利用此特性可以用其干燥原料氣，而且利用其與水的互溶性用水可以將石腦油從甲醇中萃取出來l 甲醇溶劑價(jià)廉易得l 流程合理，操作簡(jiǎn)便低溫甲醇洗在同一裝置中實(shí)現(xiàn)了多種雜質(zhì)的脫除，相對(duì)于其他凈化方法的多種凈化工藝組合而言，工序相對(duì)單一、合理，便于操作管理。低溫甲醇洗與NHD凈化工藝相比由于裝置在低溫下操作，需用低溫材料，因此投資較高。但由于NHD的吸收能力較低溫甲醇洗低，溶劑循環(huán)量大，用電消耗大，加之NHD溶劑較貴，總體操作費(fèi)用較高?？傮w而言，低溫甲醇洗綜合運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于NHD凈化工藝。所以鑒于碎煤加壓氣化復(fù)雜的氣體雜質(zhì)，基于低溫甲醇洗凈化可以一次性綜合脫除各種雜質(zhì)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，無疑碎煤加壓氣化配套低溫甲醇洗是最合理的組合。化二院國(guó)產(chǎn)化的技術(shù)主要基于：l 對(duì)眾多引進(jìn)裝置的消化吸收化二院（天脊集團(tuán)項(xiàng)目）20世紀(jì)70年代末從德國(guó)魯奇公司引進(jìn)低溫甲醇洗凈化技術(shù)，原化工部購(gòu)買了林德公司低溫甲醇洗、液氮洗專利技術(shù)，供部屬設(shè)計(jì)院使用。隨后從民主德國(guó)PKM公司、德國(guó)林德公司總共引進(jìn)建設(shè)了五套大型低溫甲醇洗裝置的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵設(shè)備。分別配套碎煤加壓氣化及殼牌氣化，最終產(chǎn)品分別是城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇或單產(chǎn)合成氨。無疑這是對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)進(jìn)行消化吸收的有利基礎(chǔ)。l 完成國(guó)家“七五”“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)課題之一《碎煤加壓氣化日產(chǎn)100萬立方城市煤氣的低溫甲醇洗基礎(chǔ)設(shè)計(jì)》本課題的完成最重要的成果是在國(guó)家科委及化工部組織的課題攻關(guān)中，由國(guó)內(nèi)實(shí)力很強(qiáng)的上?；ぱ芯吭?、南京化工研究院配合化二院進(jìn)行了大量的相平衡數(shù)據(jù)及熱力學(xué)數(shù)據(jù)測(cè)定，從而根本上解決了困擾低溫甲醇洗國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)所需的物性數(shù)據(jù)庫(kù)問題。l 完成國(guó)家“九五”科技攻關(guān)課題《加壓氣化優(yōu)化設(shè)計(jì)低溫甲醇洗課題》利用國(guó)內(nèi)自行測(cè)定的物性數(shù)據(jù)對(duì)眾多引進(jìn)裝置進(jìn)行核算檢驗(yàn)，在對(duì)物性數(shù)據(jù)的修正及計(jì)算程序的優(yōu)化中，化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計(jì)院建立了完整的低溫甲醇洗數(shù)據(jù)庫(kù)以及ASPEN技術(shù)軟件為平臺(tái)的模擬計(jì)算數(shù)學(xué)模型，至此完成了國(guó)內(nèi)技術(shù)軟件的積累工程。l 國(guó)內(nèi)低溫甲醇洗硬件已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化三十多年來在國(guó)內(nèi)有關(guān)部委的支持下，在有關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的通力配合下，國(guó)內(nèi)硬件技術(shù)應(yīng)該說已經(jīng)基本解決。對(duì)于低溫甲醇洗所必需的低溫鋼、低溫管件、低溫閥門、低溫泵的制造以及塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)和難度較大的設(shè)備制造（如纏繞式換熱器）已基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。目前即使引進(jìn)的低溫甲醇洗裝置硬件供應(yīng)也全部是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。當(dāng)然需要說明的是因批量或制造周期原因有些低溫材料國(guó)內(nèi)訂貨困難，也可能從國(guó)外引進(jìn)。此外對(duì)于流量大、揚(yáng)程高的低溫泵為保證長(zhǎng)周期、可靠運(yùn)行也可考慮從國(guó)外引進(jìn)。 制冷工藝的選擇低溫甲醇洗裝置所需40℃級(jí)冷量為8586106kcal/h，0℃106kcal/h。干燥裝置所需40℃106kcal/h，制冷有三種方案可供選擇：（1）混合制冷 此方案是將蒸發(fā)后的氣氨經(jīng)離心式氨壓機(jī)提壓后再去吸收制冷，避免了吸收器在負(fù)壓下操作，使生產(chǎn)操作更加穩(wěn)妥可靠，混合制冷采用工藝付產(chǎn)的低壓蒸汽作熱源，系統(tǒng)中的溶解熱及冷凝熱由冷卻水帶出。（2）吸收制冷 根據(jù)冷量級(jí)別可采用一級(jí)吸收制冷或兩級(jí)吸收制冷。吸收制冷是在低壓低溫下用水吸收冷媒，在蒸汽提供熱源的條件下將冷媒在一定溫度、壓力下蒸餾出來。然后冷卻減壓制冷。吸收制冷要消耗大量蒸汽和循環(huán)水，制冷效率較低，只有在流程中有大量低位熱能或低壓蒸汽找不到用途時(shí)，才顯示其優(yōu)越性。（3）壓縮制冷離心式壓縮機(jī)制冷量大；結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、尺寸小，因而占地面積小；沒有氣閥、填料、活塞環(huán)等往復(fù)易損零件，因而工作可靠，操作方便，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，但投資要大。 該項(xiàng)目煤氣化、變換、甲烷化裝置大量低位廢熱或付產(chǎn)的低壓蒸汽，沒有可利用的用戶，所以推薦采用雙級(jí)吸收制冷工藝。 甲烷化技術(shù)選擇甲烷化技術(shù)是魯奇公司、南非沙索公司工程師在20世紀(jì)70年代開始在兩個(gè)半工業(yè)化實(shí)驗(yàn)廠上進(jìn)行試驗(yàn)證明了煤氣進(jìn)行甲烷化可制取合格的合成天然氣。CO轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%，CO2轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%，甲烷可達(dá)95%，低熱值達(dá)8500kcal/Nm3。美國(guó)大平原煤氣化制合成天然氣已于1984年投產(chǎn)，它是世界上第一座由魯奇固定床干法排灰壓力煤氣化生產(chǎn)的煤氣凈化后經(jīng)甲烷化合成天然氣的大型商業(yè)化工廠。原計(jì)劃分為兩個(gè)階段建設(shè)一座778萬Nm3/d的合成天然氣工廠。第一期工程的設(shè)計(jì)能力為日產(chǎn)合成天然氣389萬米3（相當(dāng)于日產(chǎn)原油2萬桶），于1980年7月破土動(dòng)工，1984年4月完工并投入試運(yùn)轉(zhuǎn)，1984年7月28日生產(chǎn)出首批合成天然氣并送入美國(guó)的天然氣管網(wǎng)。該廠至今還在正常運(yùn)行。二期工程至今未建。丹麥托普索公司一直從事該項(xiàng)技術(shù)開發(fā)，掌握了更高壓力的合成技術(shù)，1978年在美國(guó)建有一個(gè)小型合成天然氣工廠，兩年后關(guān)閉。目前正在美國(guó)開展擬建一座18萬Nm3/h的合成天然氣廠的前期工作。項(xiàng)目甲烷合成技術(shù)可以從上述兩公司中擇優(yōu)選用。 硫回收技術(shù)的選擇硫回收方法根據(jù)工藝流程選擇和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)品銷路情況，產(chǎn)品可以是硫磺（S）或硫酸(H2SO4)。產(chǎn)品為硫磺的酸性氣處理工藝通常采用克勞斯硫回收工藝，該法是一種成熟的工藝，而且工藝種類繁多，主要有傳統(tǒng)克勞斯工藝，超級(jí)克勞斯，帶有SCOT尾氣處理工藝的克勞斯工藝；以及屬于生物脫硫技術(shù)的Shellpaques工藝。1)傳統(tǒng)克勞斯工藝原理可以簡(jiǎn)單概括成：含一定濃度的H2S酸性氣首先進(jìn)入焚燒爐，使其中一部分H2S通過燃燒生成SO2與另一部分含H2S氣體在催化劑的作用下生成單質(zhì)硫，由于受克勞斯反應(yīng)的平衡限制，克勞斯工藝總硫磺回收率一般在95～98％左右，尾氣根本無法滿足國(guó)家現(xiàn)有的環(huán)保指標(biāo)。主要化學(xué)反應(yīng)2H2S+3O2→ 2H2O +2SO2SO2+ 2H2S→3S+ 2H2O2)催化氧化技術(shù)，在兩級(jí)普通克勞斯催化轉(zhuǎn)化之后，第三級(jí)改用選擇性氧化催化劑，將H2S直接氧化成元素硫，常規(guī)克勞斯工藝要求H2S/SO2比值為2的條件下進(jìn)行，而此種富H2S工藝卻維持催化段在富H2S條件下舉行，例如二段催化劑反應(yīng)器出口氣體要求H2S/SO2比值可高達(dá)10，末端選擇催化氧化反應(yīng)實(shí)際上是一種尾氣處理工藝，％，如果采用此工藝處理本工號(hào)的酸性氣，處理后的尾氣仍然存在COS，SO2遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足要求。氧化主要化學(xué)反應(yīng)2H2S+O2→2S +2H2O，在兩級(jí)普通克勞斯轉(zhuǎn)化之后，增加加氫催化反應(yīng)器，將所有硫化物催化加氫轉(zhuǎn)化成H2S后再選用選擇性氧化催化劑，將H2S直接氧化成元素硫，除具有超級(jí)克勞斯工藝的優(yōu)點(diǎn)外，％～％，尾氣H2S的排放仍然超出國(guó)家排放要求。加氫還原主要化學(xué)反應(yīng)SO2+3H2→H2S +2H2OCOS+H2→H2S +CO3)尾氣處理工藝SCOT是與克勞斯工藝相配套的尾氣處理工藝，超級(jí)SCOT、低硫SCOT是標(biāo)準(zhǔn)SCOT法工藝的技術(shù)進(jìn)步，其特點(diǎn)可大致歸納如下：，將尾氣預(yù)熱、加氫還原，還原氣急冷和H2S吸收、解析等4個(gè)工序組成一個(gè)相對(duì)的工藝界區(qū)。解析出的H2S氣返回系統(tǒng)，上游克勞斯裝置任何條件的波動(dòng)對(duì)本裝置的操作無影響。因此，當(dāng)硫磺回收裝置尾氣的組成、流量、溫度、壓力等狀態(tài)參數(shù)強(qiáng)烈波動(dòng)時(shí)，尾氣處理裝置仍能保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，通常操作彈性范圍20％～200％。即使上游裝置的硫磺回收率僅為90％左右仍不會(huì)影響處理后尾氣中硫的凈化度，故上游裝置只設(shè)置2個(gè)轉(zhuǎn)化器，可以不使用價(jià)格昂貴、操作條件要求高的有機(jī)硫水解催化劑。除SO2外，尾氣中所有的有機(jī)硫化合物（COS、CS各種硫醇等）以及元素硫均可被還原成H2S而返回硫磺回收裝置，％。該工藝相對(duì)流程復(fù)雜