【導(dǎo)讀】年產(chǎn)40億立方米煤制天然氣項(xiàng)目。內(nèi)蒙古寶日希勒發(fā)電有限公司

　　

【正文】 O2+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(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 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(wú)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%。 高，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(duì)復(fù)雜，操作工藝條件苛刻，設(shè) 24 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(guò)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(wú)色硫磺桿菌的作用下生產(chǎn)單質(zhì)硫，該過(guò)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(guò)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(dòng)性好，不會(huì)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。 25 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(duì)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(duì)上述對(duì)氧氣和氮?dú)獾氖褂靡?，空分裝置需要對(duì)氧氣、氮?dú)庠黾臃桨?、裝置的系列數(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(lái)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(jì)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(jì)和制造水平不斷提高，但是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，氧壓機(jī)有多臺(tái)次發(fā)生過(guò)燃燒事故，而內(nèi)壓縮流程從未出現(xiàn)過(guò)類似事故。另外，由于內(nèi)壓縮流程使用了液氧泵，可及時(shí)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 26 便，維修工作量少，占地少。兩種氧氣增壓方案的比較見(jiàn)下表。 液氧泵和氧壓機(jī)增壓方 案比較表 序號(hào) 項(xiàng)目 液氧泵流程 氧壓機(jī)流程 1 相對(duì)能耗 1 2 相對(duì)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(guó)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(dòng)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(guó)內(nèi)的子公司制造和采購(gòu)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(guò)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(dòng)，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(jí)的蒸汽： a. 壓力： (G),溫度 535℃。 27 b. 壓力： (G),溫度 535℃。 (G)等級(jí)的汽輪機(jī)，業(yè)績(jī)較少，價(jià)格較高； MPa(G)等級(jí)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(jì)選喲國(guó)內(nèi) MPa(G)等級(jí)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(dòng)，使水蒸氣從氣相中冷凝下來(lái)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(guò)節(jié)流膨脹或低溫分離，把天然氣中的一部分水冷凝下來(lái)。這種方法簡(jiǎn)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(shí)，不使溫度降的太低，防止冷凝水結(jié)冰。 （ 2）加壓后冷卻法，對(duì)于低壓天然氣田及人工煤氣，需加壓后再冷卻當(dāng)時(shí)將煤氣中水蒸氣冷凝下來(lái)。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。 固體吸附法 固體干燥劑脫水的過(guò)程是周期性的，用一個(gè)或多個(gè)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(guò)吸過(guò)水的干燥劑將水分帶出使之再生。 28 固體吸附法脫水的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)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(jiǎn)單、便于操作； 腐蝕及凈化氣量少時(shí)，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)式固定干燥劑法等，各種干燥劑特點(diǎn)見(jiàn)下表。 復(fù)式固定干燥劑是綜合了多種干燥劑的優(yōu)點(diǎn)，該法是根據(jù)不同的氣源，分別放置不同的脫水劑，以便有選擇的脫除不同組分 氣體水分。 各種干燥劑特點(diǎn) 脫水劑 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 使用情況 氯化鈣法 成本低，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單 腐蝕性嚴(yán)重，廢渣廢水處理困難 適用于高寒地帶 硅膠法 吸 附能力好，吸水選擇性強(qiáng) 遇液態(tài)水，油料易碎，處理量大時(shí)時(shí)效快 適用于處理量大而含水量不大情況 活性氧化鋁法及活性鋁礬土 吸附能力較好，再生溫度低，在液態(tài)水中不易碎 活性喪失較快，特別酸性氣體多時(shí) 適用于含酸性氣體少的煤氣 分子篩 吸附能力較好，對(duì)高酸性氣體的脫水可用抗酸性分子篩 成本稍高 適用于處理量較大，露點(diǎn)降要求高的氣體 溶劑吸收法 液體吸水劑（溶劑）吸收法所用設(shè)備費(fèi)最少。 液體吸水劑應(yīng)滿足以下要求： 29 （ 1） 在較大水濃度范圍內(nèi)吸水能力大； （ 2） 操作時(shí)水蒸氣的壓力低； （ 3） 水溶液沒(méi)有腐蝕性； （ 4） 粘度較 低； （ 5） 具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性； （ 6） 容易再生； （ 7） 無(wú)毒； （ 8） 反應(yīng)熱和熔解熱小。 常用的液體吸收劑有氯化鈣溶液、氯化鋰水溶液、甘醇 醇胺、二甘醇及三甘醇等。各種吸水劑特點(diǎn)見(jiàn)表 幾種吸水劑的特點(diǎn) 吸水劑 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 使用情況 氯化鈣溶液 成本低 耗量小（ 公斤 /萬(wàn)M3， 能用于高寒地帶 。 遇水乳化， 產(chǎn)生電解腐蝕，露點(diǎn)降低（ 1120℃）， 與 H2S 發(fā)生沉淀。 逐漸淘汰。 氯化鋰水溶液 吸水能力大， 腐蝕性小、有殺菌力，可使處理煤氣消毒， 不易加水分解， 露點(diǎn)下降大 （ 2237℃） 。 價(jià)格較高， 工業(yè)產(chǎn)品含不純物時(shí)，引起腐蝕。 適用于空氣調(diào)節(jié)用于煤氣脫水。 甘醇 醇胺（一乙醇胺 1030%，二甘醇 6085%） 同時(shí)脫除 CO2 、 H2S和水， 甘醇可降低醇胺的發(fā)泡， 一步凈化比三甘醇攜帶損失大， 再生 溫度高，適用于一些露點(diǎn)要求不高的煤氣中。 30 和脫水。 H2S腐蝕嚴(yán)重，露點(diǎn)下降少 二甘醇（一縮二乙二醇） 較穩(wěn)定， 濃溶液不凝固， 正常操作存在 CO2 、 H2S時(shí)穩(wěn)定， 吸容量大， 攜帶損失小， 檢修安裝較容易，處理量靈活。 攜帶損失比三甘醇大， 再生濃度為95%， 初期投資大。 逐漸被三甘醇法取代。 三甘醇（二縮三乙二醇） 比二甘醇的全部?jī)?yōu)點(diǎn)更優(yōu)越， 再生濃度高達(dá) 99%以上， 露點(diǎn)降低 比上述方法都高（ 2858℃）。 需加消泡劑以避免輕油存在時(shí)發(fā)泡， 溶劑在市場(chǎng)供應(yīng)不多， 初期投資大。 廣泛使用。 通過(guò)上述比較可知，三甘醇法和冷卻法各有優(yōu)點(diǎn)，三甘醇法是普遍采用的方法。由于本項(xiàng)目低溫甲醇洗需冷量，是 40℃級(jí)的制冷裝置，也是一種可選用的方法。選用這種方法的前提是低位熱能足夠富裕。兩種方法究竟選用何種工藝 待下階段作更詳細(xì)工作后明確?？蓵喊蠢鋮s法考慮。 主要裝置來(lái)源 碎煤 固定床干法排灰加壓氣化技術(shù)、耐硫耐油變換技術(shù)、低溫甲醇洗凈化技術(shù)、異丙醚脫酚技術(shù) 碎煤固定床干法排灰加壓氣化，國(guó)外德國(guó)魯奇公司稱魯奇氣化。原東德稱 PKM 煤氣化，捷克稱 ZVU 煤氣化技術(shù)。該技術(shù) 20 世紀(jì) 30 31 年代由德國(guó)魯奇公司開(kāi)發(fā)，隨后在德國(guó)、英國(guó)、蘇聯(lián)、捷克、南斯拉夫、南非等建有近 200 余臺(tái)氣化爐，特別是南非建有 100 余臺(tái)，現(xiàn)在運(yùn)行的還有 97 臺(tái)用于生產(chǎn)油品。在美國(guó)上世紀(jì) 80 年代，在大平原第一期建了 14 臺(tái)氣化爐用于煤制天然氣。在中國(guó) 上世紀(jì) 70 年代末引進(jìn)德國(guó)魯奇公司氣化技術(shù)，用 5 臺(tái)氣化爐生產(chǎn) 30 萬(wàn) t/a 合成氨， 80 年代蘭州煤氣廠、沈陽(yáng)煤氣廠引進(jìn)捷克氣化技術(shù)和氣化爐 8 臺(tái)，哈爾濱煤氣廠引進(jìn)原東德 PKM 公司氣化爐 5 臺(tái)， 90 年代中，義馬煤氣廠用政府貸款方式，引進(jìn)澳大利亞魯奇公司氣化爐 3 臺(tái)，現(xiàn)已擴(kuò)至 5 臺(tái)。 在中國(guó)為了開(kāi)發(fā)這項(xiàng)煤氣化技術(shù)， 60 年代初到 70 年代東北煤氣廠研究所建了一套工業(yè)試驗(yàn)裝置。對(duì)沈北褐煤等煤種進(jìn)行了氣化試驗(yàn)，取得了一套完整數(shù)據(jù)。上世紀(jì) 80 年代初，中國(guó)煤炭科學(xué)研究院又建了一套試驗(yàn)裝置，對(duì)哈爾濱長(zhǎng)焰煤、龍口褐煤以及蔚縣煙煤等煤種的試燒 。在上述技術(shù)開(kāi)發(fā)和消化吸收各種氣化爐的基礎(chǔ)上，在上世紀(jì)的國(guó)家“ 七五、八五 ” 把碎煤加壓氣化列為國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，包括直徑 米碎煤加壓氣化爐，耐硫耐油變換催化劑和有關(guān)技術(shù)，低溫甲醇洗熱力學(xué)，相平衡數(shù)據(jù)測(cè)定，異丙醚萃取脫酚技術(shù)。 直徑 碎煤加壓氣化爐建在太原化肥廠，試驗(yàn)完后此爐移交云南解化用于合成氨生產(chǎn)，在此開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上，化二院完成了天脊第五臺(tái)氣化爐設(shè)計(jì)，義馬煤氣廠 3 臺(tái)氣化爐設(shè)計(jì)。并順利投產(chǎn)，當(dāng)前正為新疆廣匯設(shè)計(jì) 14 臺(tái)氣化爐。耐硫耐油變換技術(shù)首先用于哈爾濱煤氣廠，隨后又用于云南解化技改，義馬煤氣廠。低溫甲醇 洗技術(shù)先后用于天脊化肥廠改造，云南解化擴(kuò)建改造，義馬煤氣廠二期 150 萬(wàn) NM3/d 32 城市煤氣。神華寧夏煤業(yè)集團(tuán) 25 萬(wàn) t/a 甲醇等項(xiàng)目。 甲烷合成技術(shù)來(lái)源 碎煤加壓氣化凈化煤氣通過(guò)鎳催化劑在 下 400℃，將氫氣、 CO 合成甲醇技術(shù)， 70 年代開(kāi)發(fā)成功， 80 年代初在美國(guó)大平原建成 389 萬(wàn) NM3/d 合成天然氣工廠。技術(shù)成熟可靠。建議引進(jìn)魯奇公司或托普索技術(shù)。 硫回收技術(shù)來(lái)源 硫回收技術(shù)很多，但能滿足當(dāng)今環(huán)保要求的技術(shù)還不多，建議選用金陵石化或齊魯石化開(kāi)發(fā)的 ClauseSCOT 硫回收工藝 技術(shù)。 工藝裝置綜述 碎煤加壓煤氣化氣體經(jīng)煤氣冷卻及低溫甲醇洗可以將大部分有害氣體組分脫除干凈，在低溫甲醇洗出口凈化氣體主要有 CO、 HCH CO N Ar 以及 的總硫。 凈化氣進(jìn)入甲烷化裝置生產(chǎn)出甲烷，經(jīng)干燥送往管道。 加壓氣化、煤氣冷卻分離的煤氣水送至煤氣水分離裝置，分離出焦油、中油、石腦油，剩余含酚的污水至酚回收、氨回收得到粗酚、