【正文】 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 3 供熱及化學(xué)水 .....................................101 空壓站 ..........................................104 儲(chǔ)存及機(jī)械化運(yùn)輸 .................................105 采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié) .............................109 車間化驗(yàn)室 ......................................110 裝置“三廢”排放 ....................................................................... 112 定員 ............................................................................................ 120 裝置投資估算 ............................................................................. 122 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案 本項(xiàng)目作為 XXX 煤制油有限公司煤制烯烴項(xiàng)目 60 萬噸 /年 MTO 裝置的配套工 程，甲醇裝置公稱生產(chǎn)規(guī)模為 180萬噸/年 ,5500噸 /日，年操作時(shí)間 8000小時(shí)。因此甲醇質(zhì)量指標(biāo)執(zhí)行中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)甲醇（ GB33892）優(yōu)等品的要求。煤、焦炭、天然氣、煉廠氣、石腦油（輕油）、渣油（重油）、焦?fàn)t氣和乙炔尾氣等均可用來制造一氧化碳和氫（合成氣），作為合成甲醇的原料。 以煤或天然氣為原料制合成氣的生產(chǎn)工藝都比較成熟，國內(nèi)外都有大型工業(yè)化裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。因此中東地區(qū)及俄羅斯以天然氣為原料的大型甲醇生產(chǎn)裝 置甲醇成本較低，約在 100～ 120美元之間。 2021 年我國進(jìn)口 萬噸甲醇，到岸價(jià)全年平均為 美元 /噸（折人民幣 元），我國以天然氣為原料的甲醇廠生產(chǎn)的甲醇在價(jià)格上無法與國外同類產(chǎn)品競爭。 固定床氣化技術(shù) 固定床氣化技術(shù)在我國運(yùn)用較廣，較為先進(jìn)的有魯奇（ Lurgi）氣化技術(shù)。 流化床氣化技術(shù) 流化床氣化技術(shù)主要有德國溫克勒（ Winkler）流化床粉煤氣化技術(shù)。 該技術(shù)氣化效率低，單爐產(chǎn)氣量少，常壓間歇?dú)饣碉L(fēng)過程中放空氣對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，每噸合成氨的吹風(fēng)放空氣量達(dá) 2800～ 3100 立方米。該技術(shù)工業(yè)示范裝置已于 2021年在陜西城固氮肥廠建成，小時(shí)耗煤量 4 .2 噸。 產(chǎn)品氣中不含焦油，含酚量低。氣化劑采用蒸汽和富氧，富氧分為兩段加入氣 化爐，在常 壓下進(jìn)行 氣化反應(yīng)， 反應(yīng)溫度 為1000~1100℃，固態(tài)排渣，無廢氣排放。由于氣化劑為富氧，故合成氣中氮?dú)夂扛撸蚀撕铣蓺膺m用于作為合成氨原料氣。德州恒升公司大氮肥國產(chǎn)化工程及兗礦集團(tuán)年產(chǎn) 24 萬噸甲醇項(xiàng)目均采用了該技術(shù)，現(xiàn)正在設(shè)計(jì)、建設(shè)中。但鑒于該爐型尚無工業(yè)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，加之事故和停車的幾率增加，運(yùn)行的可靠性較差，故本項(xiàng)目暫不推薦。為配合水煤漿氣化的研究試驗(yàn)工作，洛陽材料研究所研究制成了水煤漿氣化爐的耐火磚，原化工部化工機(jī)械研究所開發(fā)了二流道、三流道的燒嘴，重慶熱工儀表研究所開發(fā)了適于水煤漿氣化的測溫度計(jì)等。采用廢鍋流程，可副產(chǎn)高壓蒸汽。 Shell 氣化壓力最高到 ，若甲醇合成采用 合成壓力，則合成新鮮氣需要壓縮。國內(nèi)有六套 Shell 氣化裝置正在建設(shè)，另有幾個(gè)項(xiàng)目也簽了引進(jìn)合同。氣 化溫度1300～ 1400℃，氣化爐無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，對(duì)于生產(chǎn)合成氣的氣XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 17 化爐，大多采用冷激流程。 煤的適應(yīng)性寬。另外水煤漿氣化技術(shù)經(jīng)過我國有關(guān)科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、 制造部門的多年研究，XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 18 已基本掌握該技術(shù)，并能設(shè)計(jì)大型工業(yè)化裝置，國產(chǎn)化率達(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。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(tái)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。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(duì)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。采用 (G)壓力煤漿氣化，由于氣化壓力高，凈化后合成氣壓力仍保持在 (G)，正好符合低壓合成甲醇的壓力，因此合成氣不需增壓，比采用 生產(chǎn)甲醇?jí)嚎s機(jī)可降低 30％能耗，故本項(xiàng)目選擇 壓力氣化。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，時(shí)間約 個(gè)月，因此保證安全穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)需備用一臺(tái)氣化爐。硫化物、氯、重金屬鎳等對(duì)甲醇合成催化劑是毒物，必須除去。 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，水汽比約為 ~，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。 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。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，這樣才能保證合成氣的總 S小于 。 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。 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，變換爐尺寸約為φ ，便于制造和運(yùn)輸。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。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，XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 25 因此，推薦酸性氣體脫除選用低溫甲醇洗工藝。 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??；但高效繞管式換需要國外設(shè)計(jì)（可國內(nèi)制造）。 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(duì)較大，相對(duì)于林德流程能耗稍高，吸收塔的尺寸也較大。 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。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。因 此，本方案擬選用離心式制冷壓縮機(jī)。 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(jí)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。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。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。本項(xiàng)目酸氣中 CO2 含量較高，因此不適用此法。 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。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。在今后一段時(shí)期內(nèi)，高中壓法將逐步由低壓法取代。 該技術(shù)在我國首先引進(jìn)的廠家是四川維尼倫廠。 Lurgi 低壓合成甲醇反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)主要有： 合成甲醇反應(yīng)器催化劑床層內(nèi)溫度較為均勻，大部分床層溫度在 250255℃ 之間，溫度變化小，催化劑使用壽命長，并允許原料氣中含有較高的 CO；能準(zhǔn)確、靈敏地XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 32 控制反應(yīng)溫度，催化劑床層的溫度可以通過調(diào)節(jié)蒸汽壓力控制； 回收的反應(yīng)熱位能高，熱量利用合理；反應(yīng)器出口甲醇含量較高，催化劑利用率高；設(shè)備緊湊，開停車方便；合成反應(yīng)過程中副反應(yīng)少，故粗甲醇中雜質(zhì)含量少，質(zhì)量高。合成氣由中心管進(jìn)入，徑向流過催化床，反應(yīng)后氣體匯集于催化劑筐與外筒之間的環(huán)形集流流道中，向上流動(dòng)，由上部引出。 MHI/MGC 管殼 冷管復(fù)合型甲醇合成反應(yīng)器 該反應(yīng)器為 Lurgi 反應(yīng)器的改進(jìn)型，由日本三菱公司開發(fā)，該反應(yīng)器是在管殼反應(yīng)器的催化管內(nèi)加一根冷管，XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 33 用于預(yù)熱原料氣，其主要特點(diǎn)是： 一次通過的轉(zhuǎn)化率高；可以高位能回收熱量；在反應(yīng)器中預(yù)熱原料氣，可以省去一個(gè)換熱器。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造費(fèi)用高。 由于液相合成中使用了熱容高，導(dǎo)熱系數(shù)大的惰性液體，可以使甲醇的合成反應(yīng)在等溫條件下進(jìn)行， 同時(shí)，由于分散在液相介質(zhì)中的催化劑的比表面積非常大，加速了反應(yīng)過程，反應(yīng)溫度和壓力也下降很多，該技術(shù)尚需要大型工程化的驗(yàn)證。在甲醇新型反應(yīng)器的開發(fā)中，也有較大的技術(shù)突破，尤其是九十年代以后，有最大規(guī)模達(dá)到 5~8 萬噸 /年的國內(nèi)自主開發(fā)的甲醇新型反應(yīng)器應(yīng)用于工業(yè)化。它充分發(fā)揮了魯 奇管殼式反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)又克服了其缺點(diǎn)，節(jié)省了投資，可節(jié)約大量的外匯投資，但國內(nèi)目前運(yùn)行的最大裝置為約 10 萬噸 /年。但目前采用該反應(yīng)器的最大裝置 20萬噸 /年的渭河化肥廠甲醇裝置尚處于設(shè)計(jì)階段。同時(shí)考慮大件設(shè)備運(yùn)輸困難，無論采用何種技術(shù)，單臺(tái) 反應(yīng)器均難以實(shí)現(xiàn)。美國空氣及化學(xué)XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 37 制品公司（ APCI）的液相合成甲醇技術(shù)，尚需要大型工程裝置的實(shí)踐驗(yàn)證。但缺點(diǎn)是反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大，運(yùn)輸困難。 h 進(jìn) 塔氣 CO 含量 % ～ 12 ～ 9 出塔氣 CH3OH 含量 % 6～ 7 5～ 6 循環(huán)氣 /合成氣 4:1 4:1 合成塔形式 管束式 激冷式 設(shè)備尺寸 設(shè)備緊湊 設(shè)備較大 合成開工設(shè)備 不設(shè)開工加熱爐 要設(shè)開工加熱爐 甲醇精制 三塔流程 兩塔、三塔和四塔流程 Lurgi 工藝甲醇合成塔，反應(yīng)溫度均勻，轉(zhuǎn)化率較高，反應(yīng)副產(chǎn)物少，原料消耗低，副產(chǎn)物少，加上國外目前建設(shè)的大型 /超大型甲醇裝置多采用 Lurgi 工藝，大型裝置工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)多，工藝成熟。至于兩臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)，即 Lurgi 雙合成塔（氣冷和管殼水XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 39 冷）還是兩臺(tái)管殼式反應(yīng)器并聯(lián)，兩者投資相差不多，因壓縮機(jī)和控制方面的因素，前者略低。 5) 空分裝置 a) 國內(nèi)外工藝技術(shù)概況 ? 采用帶增壓膨脹機(jī)的分子篩流程及規(guī)整填料塔與全精餾制氬技術(shù)。內(nèi)壓縮流程安全可靠，投資成本及運(yùn)行成本相對(duì)較低，占地面積小。目前國內(nèi)已投運(yùn)的寶鋼 5 空分單機(jī)制氧能力已達(dá) 70000Nm3/h等級(jí)?？紤]煤種供應(yīng)的變化和生產(chǎn)能力改變引起氧氣消耗的波動(dòng)，擬選擇供氧能力在 56000 Nm3/h的空分裝置四套。空氣循環(huán)是用高壓空氣來復(fù)熱高壓液氧和高壓液氮產(chǎn)品（根據(jù)需要），液氧、液氮根據(jù)需要用泵加壓到所需壓力；氮?dú)庋h(huán)流程是用高壓氮?dú)鈦韽?fù)熱高壓液氧，用液氧泵壓縮液氧達(dá)到所需壓力，用氮壓機(jī)壓縮氮?dú)膺_(dá)到所需壓力。因此，在同樣規(guī)模的內(nèi)壓縮流程中，氮壓機(jī)的尺寸要比增壓空氣壓縮機(jī)的尺寸大，耗功也要高一些。從技術(shù)上來說都是安全、可靠、先進(jìn)、節(jié)能的。目前大型化工行業(yè)空分裝置多采用該工藝流程的空分裝置。全廠設(shè)統(tǒng)一的儀表空氣和工廠空氣管網(wǎng)。 技術(shù)來源及引進(jìn)意見 根據(jù)以上工藝技術(shù)路線的確定，主要技術(shù)來源及引進(jìn)范圍如下： 1）水煤漿氣化 引進(jìn)德士古工藝軟件包及專利許可證，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)由國內(nèi)完成；或采用國內(nèi)多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)。 5）甲醇精餾 設(shè)計(jì)，設(shè)備和材料全部依靠國內(nèi)。為了控制煤漿粘度及保持煤漿的穩(wěn)定性加入添加劑，并加入堿液調(diào)整煤漿的 pH 值。 為了降低煤漿粘度，使煤漿具有良好的流動(dòng)性，需加入添加劑，初步選擇木質(zhì)磺酸類添加劑。 煤漿由煤漿槽經(jīng)煤漿加壓泵加壓后連同空分送來的高壓氧通過燒咀進(jìn)入氣化爐 ，在氣化爐中煤漿與氧發(fā)生如下主要反應(yīng)： CmHnSr+m/2 O2— →