【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 規(guī)模確定。由于本項(xiàng)目日處理煤量為 8256噸，擬選用φ 氣化爐六臺(tái)，五開一備。每臺(tái)氣化爐日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 20 處理煤量為 1651 噸，最大可達(dá) 2021 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，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。 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(jí)閃蒸、三級(jí)閃蒸加汽提及二級(jí)閃蒸。相比較而言，四級(jí)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(jí)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、 H CO2外，還有少量 H2S、 COS、 CH N2，微量的氯，氨等成分。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。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 21 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，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。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(huì)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(guó)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(guó)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，H2S 小于 。 NHD(或 Selexol)同低溫甲醇洗一樣，同屬物理吸收，其對(duì) CO H2S 等均有較強(qiáng)的吸收能力，但對(duì) COS 的吸收能力較弱。 NHD 凈化可將 CO2 脫至 %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，這樣才能保證合成氣的總 S小于 。 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 22 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(jí)的冷量；氟制冷技術(shù)，適用于提供 5～ 35℃級(jí)的冷量；氨制冷技術(shù)，適用于提供 25～ 45℃級(jí)的冷量；乙烯制冷技術(shù)，適用于提供 43～ 115℃級(jí)的冷量等等。本項(xiàng)目采用的低溫甲醇洗技術(shù)需要 35℃級(jí)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（約 ），變換反應(yīng)推動(dòng)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?。蝗秉c(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。 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 23 全部變換時(shí)全部粗煤氣經(jīng)過變換，其中的灰塵會(huì)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(dòng)力小，催化劑用量大，其中有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化會(huì)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，變換爐尺寸約為φ ，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，H2S 小于 。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。 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 24 NHD(或 Selexol)溶液對(duì) CO H2S 等均有較強(qiáng)的吸收能力，采用這種技術(shù)可將合 成氣中的 CO2 脫至 %以下，H2S 小于 1ppm，但對(duì) 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(duì)值 1 1 循環(huán)水 相對(duì)值 1 冷凍量 相對(duì)值 1 電 相對(duì)值 1 有效氣損失 相對(duì)值 1 3 氣提氣 ,N2 相對(duì)值 1 4 投資 相對(duì)值 1 從上表對(duì)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(guó)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(guó)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，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。 目前，國(guó)外低溫甲醇洗工藝國(guó)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(guó)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(guó)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??；但高效繞管式換需要國(guó)外設(shè)計(jì)（可國(guó)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(guó)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(duì)較大，相對(duì)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(duì)靈活。 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 26 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， 2021 年獲得了中石化科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，并且獲得了國(guó)內(nèi)兩項(xiàng)專利申請(qǐng)。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(guó)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(guó)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。 考慮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(guó)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 27 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(jiǎn)單，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，振動(dòng)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(dòng)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(jí)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(jí)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(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。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(jí)壓縮的壓縮功，達(dá)到了省功的目的。 3) 硫回收工藝技術(shù) 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 28 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(jiǎn)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(guó)也引進(jìn)了多套。該工藝與傳統(tǒng)的克勞斯工藝接近，對(duì)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(jí) 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(jí)克勞斯硫回收工藝，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 29 一改以往單純?cè)黾愚D(zhuǎn)化級(jí)數(shù)來提高 H2S 的方法，在兩級(jí)普通克勞斯轉(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，總回收率達(dá) 99%以上，在國(guó)內(nèi)外已有多套工業(yè)裝置。 第二類主要有國(guó)內(nèi)的栲膠法，還有國(guó)外的 LOCAT 工藝（空氣資源公司開發(fā)）等。 栲膠法在國(guó)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