【文章內(nèi)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(fèi)用比較高。總體而言，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，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(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，混合制冷采用工藝副產(chǎn)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(jù)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(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 年代開始兩個半工業(yè)化實(shí)驗(yàn)廠進(jìn)行試驗(yàn)證明了煤氣進(jìn)行甲烷化可制取合格的天然氣。 CO轉(zhuǎn)化率達(dá)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。原計劃分為兩個階段建設(shè)一座 778 萬 Nm3 /d的合成天然氣廠。第一期工程的設(shè)計能力為日產(chǎn)合成天然氣 389 萬立方米（相當(dāng)于日產(chǎn)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(chǎn)出首批合成天然氣并送入美國的天然氣管網(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 年在美國建有一個小型合成天然氣工廠， 兩年后關(guān)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(xiàng)目甲烷合成技術(shù)可以從上述兩公司中擇選選用。 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)品可以是硫磺或硫酸。 產(chǎn)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(shù)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(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)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(xiàn)有環(huán)保指標(biāo)。 主要化學(xué)反應(yīng) 2H2S+3/2O2=2H2O+SO2 SO2+2H2S=3S+2H2O （ 2）催化氧化技術(shù) a．超級克勞斯一改以往單純增加級數(shù)來提高 H2S 的回收率的方法，在兩極普通克勞斯催化轉(zhuǎn)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(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， H2S轉(zhuǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超出國家排放標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足要求。 氧化主要化學(xué)反應(yīng) 2H2S+O2=2H2O+2S ，在兩級普通克勞斯轉(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 克勞斯工藝的優(yōu)點(diǎn)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(xué)反應(yīng) 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(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(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)烈波動時，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%左右仍不會影響處理后尾氣中硫的凈化度，故上游裝置只設(shè)置 2 個轉(zhuǎn)化器，可以不使用價格昂貴、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(dá)到 %。該工藝相對復(fù)雜，操作工藝條件 苛刻，設(shè)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(jìn)行硫磺回收的生物反應(yīng)過程。 含 H2S氣體在吸收塔內(nèi)與含硫細(xì)菌的堿液逆流接觸， H2S 溶解在堿液中進(jìn)入到生物反應(yīng)器（專利設(shè)備）。在生物反應(yīng)器內(nèi)的充氣環(huán)境下， H2S在一種無色硫磺桿菌的作用下生產(chǎn)單質(zhì)硫，該過程只有在反應(yīng)器通風(fēng)的條件下才能實(shí)現(xiàn)。硫磺以料漿的形式從生物反應(yīng)器中取出，經(jīng)過濃縮后形成 65%干度的硫磺餅，可進(jìn)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(qiáng)的親水性，所以流動性好，不會產(chǎn)生堵塔現(xiàn)象。 殼牌 帕克（ SHELLpaques） 生物脫硫工藝特點(diǎn) a. 最小的化學(xué)品消耗 b. 高調(diào)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(yīng)器中硫化物 100%轉(zhuǎn)化，其中 9598%轉(zhuǎn)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(chǎn)量≤ 15d/t 小規(guī)模裝置。本裝置的硫磺產(chǎn)量高達(dá) 97t/d，因此不宜選用，經(jīng)比較初步推薦 ClausScot 工藝。 空分工藝技術(shù)方案的選擇 本項(xiàng)目采用碎煤加壓氣化工藝，對氧氣、氮?dú)?、空氣要求如下表? 介質(zhì) 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?dú)? 40 347877 間斷 針對上述對氧氣和氮?dú)獾氖褂靡螅辗盅b置需要對氧氣、氮?dú)庠黾臃桨浮⒀b置的系列數(shù)做出選擇。 （ 1）空氣增壓方案 內(nèi)壓縮流程和外壓縮流程的共同點(diǎn)都是采用低壓空氣壓縮、空氣預(yù)冷、分子篩空氣凈化、深冷分離。不同點(diǎn)是內(nèi)壓縮流程采用空氣增壓機(jī)和液氧泵獲得 高壓氧氣；外壓縮流程的實(shí)際功耗相近。因?yàn)椋M管內(nèi)壓縮流程使用了空氣增壓機(jī)來提供系統(tǒng)的部分制冷量，空氣增壓機(jī)、液氧泵的功率比氧壓機(jī)高，理論上要多消耗 3%的壓縮功；但是 氧壓機(jī)實(shí)際運(yùn)行往往偏離其設(shè)計工況。兩者實(shí)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(jī)的設(shè)計和制造水平不斷提高，但是統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，氧壓機(jī)有多臺次發(fā)生過燃燒事故，而內(nèi)壓縮流程從未出現(xiàn)過類似事故。另外，由于內(nèi)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(yùn)行更加安全、可靠。 從投資上看，兩種流 程相近，內(nèi)壓縮流程稍低一些。此外，使用液氧泵的內(nèi)壓縮流程比使用氧壓機(jī)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(jī)增壓方案比較表 序號 項(xiàng)目 液氧泵流程 氧壓機(jī)流程 1 相對能耗 1 2 相對投資 1 3 維修費(fèi)用 低 高 4 占地面積 小 大 5 安全性 安全 較安全 因此，本項(xiàng)目推薦采用液氧泵內(nèi)壓縮流程。 （ 2）裝置的系列數(shù) 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(chǎn)裝置。其中離心空氣壓縮機(jī)、空氣增壓壓縮機(jī)、驅(qū)動汽輪機(jī)、產(chǎn)品氮?dú)庠鰤簷C(jī)、高低壓板式主換熱器、低溫透瓶膨脹機(jī)、低溫泵、所有低溫閥門、調(diào)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(jìn)口設(shè)備，國內(nèi)的子公司制造和采購的設(shè)備主要為精餾塔、空氣純化系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣過濾器、部分儀表和電控設(shè)備等。 （ 3）空壓機(jī)及配套汽輪機(jī)的選擇 本項(xiàng)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(jī)壓縮空氣，蒸汽透平驅(qū)動，汽輪機(jī)選用全凝式。 空壓機(jī)配汽 輪機(jī)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(jī)，業(yè)績較少，價格較高； MPa(G)等級的汽輪機(jī)，空分裝置配套的很多，技術(shù)已比較成熟。故本次設(shè)計選喲國內(nèi) MPa(G)等級的汽輪機(jī)。 干燥工藝技術(shù)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(jīng)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(jīng)濟(jì)，但應(yīng)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(jié)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(dāng)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(diǎn)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(yīng)采用吸附水能力比吸附烴類或吸附酸性氣體能力強(qiáng) 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(diǎn)見表 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 能獲得露點(diǎn)極低的凈化氣； 不受凈化氣溫度、流量、壓力等變化的影響； 設(shè)備構(gòu)造簡單、便于操作； 腐蝕及凈化氣量少時，費(fèi)用也不太高。 設(shè)備費(fèi)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(fù)式固定干燥劑法