【文章內容簡介】 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，總體操作費用比較高。總體而言，低溫甲醇洗綜合運行的經濟性優(yōu)于 NHD凈化工藝。 所以鑒于碎煤加壓氣化復雜的氣體雜質，基于低溫甲醇洗凈化可以一次性綜合脫除各種雜質的獨特優(yōu)勢，無疑碎煤加壓氣化配套低溫甲醇洗是最合理的組合。 制冷工藝的選擇 低溫甲醇洗裝置所需 40℃級冷量為 8586 106Kcal/h， 0℃級冷量 106Kcal/h。 干燥裝置所需 40℃ 級冷量為 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)后的氣氨經離心式氨壓機提壓后再去吸收制冷，避免了吸收器在負壓下操作，使生產操作更加穩(wěn)妥可靠，混合制冷采用工藝副產的低壓蒸氣作熱源，系統(tǒng)中的溶解熱及冷卻水帶出。 （ 2）吸收制冷 根據冷量級別可采用一級吸收制冷或兩級吸收制冷。吸收制冷是在低壓低溫下用水吸收 冷媒，在蒸氣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的蒸汽和循環(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，才顯示其優(yōu)越性。 甲烷化技術選擇 甲烷化技術是魯奇公司、南非沙索公司工程師在 20世紀 70 年代開始兩個半工業(yè)化實驗廠進行試驗證明了煤氣進行甲烷化可制取合格的天然氣。 CO轉化率達達 100%， CO2轉化率 可達 98%，甲烷可達 95%，低熱值達 8500Kcal/Nm3 . 美國大平原煤氣化制合成天然氣已于 1984 年投產，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的煤氣凈化后經甲烷化合成天然氣的大型商業(yè)化工廠。原計劃分為兩個階段建設一座 778 萬 Nm3 /d的合成天然氣廠。第一期工程的設計能力為日產合成天然氣 389 萬立方米（相當于日產原油 2 萬桶），于1980 年 7 月破土動工， 1984 年 4 月完工并投入試勻裝， 1984年 7月 28 日生產出首批合成天然氣并送入美國的天然氣管網。該廠至今還在正常運行。二期工程至今未建。丹麥托普索公司一直從事該項技術開發(fā)，掌握了更高壓力的合成技術，1978 年在美國建有一個小型合成天然氣工廠， 兩年后關閉。目前正 在美國開展擬建一座 18 萬 Nm3 /h的合成天然氣廠的前期工作。項目甲烷合成技術可以從上述兩公司中擇選選用。 硫回收技術的選擇 硫回收方法根據工藝流程選擇和當地產品銷路情況，產品可以是硫磺或硫酸。 產品為硫磺的酸性氣處理工藝通常采用克勞斯回收工藝，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的 SHELLpaques 工藝。 （ 1）傳統(tǒng)克勞斯工藝 原理可以簡單概括成：含一定濃度的 H2S酸性氣首先進入焚燒爐，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硫，由于受克勞斯反應得平衡限制，克勞斯工藝總硫磺回收率一般在 9598%左右，尾氣根本無法滿足國家現有環(huán)保指標。 主要化學反應 2H2S+3/2O2=2H2O+SO2 SO2+2H2S=3S+2H2O （ 2）催化氧化技術 a．超級克勞斯一改以往單純增加級數來提高 H2S 的回收率的方法，在兩極普通克勞斯催化轉化之后，第三級改用選擇性氧化崔化劑，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器出口氣體要求 H2S/ SO2比值可高達 10，末端選擇催化氧化反應實際上是一種尾氣處理工藝， H2S轉化為硫磺的回收率最高 %，如果采用此工藝處理本工號的酸性氣，處理后的尾氣仍然存在 COS， SO2遠遠超出國家排放標準，不能滿足要求。 氧化主要化學反應 2H2S+O2=2H2O+2S ，在兩級普通克勞斯轉化之后，增加加氫催化反應器，將所有硫化物催化加氫轉化成 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 克勞斯工藝的優(yōu)點外，將總硫回收率提高到 %%，尾氣 H2S 的排放仍然超出國家排放要求。 加氫還原主要化學反應 SO2+3H2=H2S+2H2O COS+ H2=H2S+CO （ 3）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 SCOT、低硫 SCOT是標準 SCOT法工藝的技術進步，其特點可大致歸納如下： ，將尾氣預熱、加氫還原，還原氣急冷和 H2S吸收、解析等 4個工序組成一個相對的工藝界區(qū)。解析出的 H2S 返回系統(tǒng)，上游克勞斯裝置任何條件的波動對本裝置 的操作無影響。因此，當硫磺回收裝置尾氣的組成、流量、溫度、壓力等狀態(tài)參數強烈波動時，尾氣處理裝置仍能保持平穩(wěn)運轉，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%左右仍不會影響處理后尾氣中硫的凈化度，故上游裝置只設置 2 個轉化器，可以不使用價格昂貴、操作條件要求高的有機硫水解催化劑。 ，除 SO2外，尾氣中所有的有機硫化物以及元素硫均可被還原成 H2S而返回硫磺回收裝置，從而使裝置的總硫磺回收率達到 %。該工藝相對復雜，操作工藝條件 苛刻，設備投資較大。 （ 4）殼牌 帕克（ SHELLpaques） 生物脫硫工藝 殼牌 帕克（ SHELLpaques） 生物脫硫工藝是酸性尾氣處理工藝的新發(fā)展，是從酸性尾氣中脫除 H2S并以元素硫的形式進行硫磺回收的生物反應過程。 含 H2S氣體在吸收塔內與含硫細菌的堿液逆流接觸， H2S 溶解在堿液中進入到生物反應器（專利設備）。在生物反應器內的充氣環(huán)境下， H2S在一種無色硫磺桿菌的作用下生產單質硫，該過程只有在反應器通風的條件下才能實現。硫磺以料漿的形式從生物反應器中取出，經過濃縮后形成 65%干度的硫磺餅，可進一 步處理滿足需要。溶液中懸浮硫的濃度 515g/L，由于生物硫磺具有很強的親水性，所以流動性好，不會產生堵塔現象。 殼牌 帕克（ SHELLpaques） 生物脫硫工藝特點 a. 最小的化學品消耗 b. 高調節(jié)比 c. 凈化度高，凈化后尾氣中的 H2S濃度小于 4ppmv。 d. 生物反應器中硫化物 100%轉化，其中 9598%轉化為元素硫。 殼牌 帕克（ SHELLpaques） 生物脫硫工藝只適宜在酸性氣 H2S 濃度≤ 25%V，硫磺產量≤ 15d/t 小規(guī)模裝置。本裝置的硫磺產量高達 97t/d，因此不宜選用，經比較初步推薦 ClausScot 工藝。 空分工藝技術方案的選擇 本項目采用碎煤加壓氣化工藝，對氧氣、氮氣、空氣要求如下表： 介質 純度 % 溫度℃ 壓力 MpaG 用氣量NM3/h 使用情況 氧氣 40 261825 連續(xù) 低壓氮氣 40 347877 間斷 針對上述對氧氣和氮氣的使用要求，空分裝置需要對氧氣、氮氣增加方案、裝置的系列數做出選擇。 （ 1）空氣增壓方案 內壓縮流程和外壓縮流程的共同點都是采用低壓空氣壓縮、空氣預冷、分子篩空氣凈化、深冷分離。不同點是內壓縮流程采用空氣增壓機和液氧泵獲得 高壓氧氣；外壓縮流程的實際功耗相近。因為，盡管內壓縮流程使用了空氣增壓機來提供系統(tǒng)的部分制冷量，空氣增壓機、液氧泵的功率比氧壓機高，理論上要多消耗 3%的壓縮功；但是 氧壓機實際運行往往偏離其設計工況。兩者實際的功率是很接近的。 從安全方面分析，盡管外壓縮流程的使用也比較普遍，氧氣壓縮機的設計和制造水平不斷提高，但是統(tǒng)計數據表明，氧壓機有多臺次發(fā)生過燃燒事故，而內壓縮流程從未出現過類似事故。另外，由于內壓縮流程使用了液氧泵，可及時抽走主冷凝器液氧中的液態(tài)烴，使得空分裝置的運行更加安全、可靠。 從投資上看，兩種流 程相近，內壓縮流程稍低一些。此外，使用液氧泵的內壓縮流程比使用氧壓機的外壓縮流程操作、管理更為方便，維修工作量少，占地少。兩種氧氣增壓方案的比較見下表。 液氧泵和氧壓機增壓方案比較表 序號 項目 液氧泵流程 氧壓機流程 1 相對能耗 1 2 相對投資 1 3 維修費用 低 高 4 占地面積 小 大 5 安全性 安全 較安全 因此，本項目推薦采用液氧泵內壓縮流程。 （ 2）裝置的系列數 空分裝置每期可采用兩套制氧能力 45000NM3/h 的方案。（共三期六套） 45000NM3/h的空分考慮選用國產裝置。其中離心空氣壓縮機、空氣增壓壓縮機、驅動汽輪機、產品氮氣增壓機、高低壓板式主換熱器、低溫透瓶膨脹機、低溫泵、所有低溫閥門、調節(jié)閥門和切換閥門及 DCS 系統(tǒng)、分析儀和主要儀表均為進口設備，國內的子公司制造和采購的設備主要為精餾塔、空氣純化系統(tǒng)、空氣預冷系統(tǒng)、空氣過濾器、部分儀表和電控設備等。 （ 3）空壓機及配套汽輪機的選擇 本項目 45000NM3/h的空分 裝置需要處理的空氣量約為 214000NM3/h，由于處理量大，采用離心式壓縮機壓縮空氣，蒸汽透平驅動，汽輪機選用全凝式。 空壓機配汽 輪機的蒸汽可用兩種等級的蒸汽： 一、 壓力： (G),溫度 535℃。 二、 壓力： (G),溫度 535℃。 (G)等級的汽輪機，業(yè)績較少，價格較高； MPa(G)等級的汽輪機，空分裝置配套的很多，技術已比較成熟。故本次設計選喲國內 MPa(G)等級的汽輪機。 干燥工藝技術選擇 常用干燥方法有冷分離法，固體吸收法，溶劑吸收法。 冷分離法 冷分離法是利用壓力變化引起溫度變動，使水蒸氣從氣相中冷凝下來的方法。常用有兩種流程：節(jié)流膨脹冷卻流程與加壓后冷 卻流程。 （ 1）節(jié)流膨脹冷卻脫水法，一般用于高壓天然氣氣田，高壓天然氣經過節(jié)流膨脹或低溫分離，把天然氣中的一部分水冷凝下來。這種方法簡單，經濟，但應控制天然氣降壓后仍高于輸送壓力，同時，不使溫度降的太低，防止冷凝水結冰。 （ 2）加壓后冷卻法，對于低壓天然氣田及人工煤氣，需加壓后再冷卻當時將煤氣中水蒸氣冷凝下來。上述兩種方法煤氣干燥度即露點溫度，將受多種因素影響、且能量損失大。 法 固體干燥劑脫水的過程是周期性的，用一個或多個干燥塔吸附脫水。應采用吸附水能力比吸附烴類或吸附酸性氣體能力強 的干燥劑，可用 熱氣體通過吸過水的干燥劑將水分帶出使之再生。 固體吸附法脫水的優(yōu)缺點見表 優(yōu)點 缺點 能獲得露點極低的凈化氣； 不受凈化氣溫度、流量、壓力等變化的影響； 設備構造簡單、便于操作； 腐蝕及凈化氣量少時，費用也不太高。 設備費高； 耗熱較多； 凈化氣中成分易使干燥劑中毒粉碎； 吸附與再生均不連續(xù)。 常用的固體吸附脫水法有氯化鈣法，硅膠法，活性氧化鋁礬土法，分子篩法以及復式固定干燥劑法