轻烃非催化转化合成气制氨、甲醇的创新技术

第44卷第3期化肥设计June 20062006年6月Chemical Fertilizer Design轻燈非催化转化合成气制最、甲醇的创新技术李琼玖,赵沛华,廖宗富,杜世权,黄吉荣2,王伟,龚京(1.成都益盛环境工程科技公司,四川成都610041;2.成都五环新锐化工公司,四川成都6100123.平顶山飞行化工(集团)公司,河南平顶山467001)摘要:分析了我国焦炉气、煤层气资源的生产利用状况,提出了将回收利用的焦炉气、煤层气通过轻烃非催化转化生产的合成气用于制氨和甲醇的创新技术。对催化与非催化2种合威气生产工艺技术进行了比较;从设计条件、工艺流程、生产能力、主要设备等方面对常压非催化转化制甲醇工艺技术进行了阐迷,并进行了初步技术经济分析。结果表明,烃类非催化转化对原料毒物含量无要求,在高温下直接转化,得到的含CO较高的合成气有利用于甲醇合成。关键词:轻烃非催化转化;合成气;焦炉气;煤层气;氩;甲醇中图分类号:TQ517.44文献标识码:A文章编号:1004-8901(200603-0003-09Newly-Created Technology for Making Ammonia and Methanol byLight Hydrocarbon Non-Catalysis Reformation Synthesis GasLI Qiong-jiu, ZHAO Pei-hua, LIAO Zhong-fu, DU Shi-quan, WANG Jun-chang, HUANG Ji-rong, WANG Wei, GONG Jing-li(I. Chengdu Yisheng Environment Engineering Science& Technology Company, Chengdu Sichuan 610041 China; 2. Chengdu Wuhuan Xinrui ChemicalEngineering Company, Chengdu Sichuan 610012 China: 3. Pingdingshan Feiring Chemical Engineering( Group)Company, Pingdingshan Henan 467001 ChinaAbstract: The production& usage situations for coke gas and coal layer gas resources are analyzed in China, Author has suggested a new-createdchnology, in which the synthesis gas produced through light hydrocarbon non-catalysis reformation from the recovered& utilized coke-oven gas and coalthefor making methanol by atmospherie non-catalysis reformation was described from aspects of design condition, process flow, production capacity and mainequipment etc., and the preliminary technicalalysis was also made. The result indicates that the poison content in raw material has no in-fluence on the non-catalysis reformation, which could be performed directly under high temperature, the obtained synthesis gas containing higher CO con-tent is beneficial to methanol synthesis.Key words: light hydrocarbon non-catalysis reformation synthesis gas; coke-oven gas; coal layer gas; ammonia; methanol1我国焦炉气、煤层气资源的生产利用醇,按每吨甲醇耗焦炉气1600m3计,可年产甲醇约4000万t。可以认为,采用焦炉气非催化转化制11焦炉气利用简况甲醇将成为资源充分回收利用且保护环境的一场我国钢年产量2004年为2.6亿t,2005年已达科技革命,可取得重大的经济环境效益,具有十分到3亿t,按每炼1t铁消耗焦炭1.3t计,焦炭年耗重要的意义量在3~4亿t。按每1.33t干煤生产1t焦炭和每据不完全统计,截止2003年底全国机焦产量1.3吨干煤炼焦产出320m3焦炉气计算,最高可产焦炉亿t(未包含土焦数量),焦炉气总产量约55亿气量为:3亿tax1.33×320m/t=1276.8亿m3/a。由于我国钢铁联合企业焦化厂大多数使用高m3/a。焦炉气除回炉作燃料消耗其中的1/2,尚可炉煤气加热焦炉,几乎全部焦炉气都被置换出来,而供使用的焦炉气量为6384亿m3/a。目前,国内回独立焦化厂约有50%的焦炉气用于焦炉自身加热,收利用的焦炉气主要用于发电以及用作城市煤气约有中国煤化工虑其他因素,预计和锅炉燃料,不仅能量利用率不高而且烟气排放全国CNMHG焦炉气400亿m。出的硫化物导致环境污染严重。在山西等煤产区作者简介:李琼玖(1930年-),男,广东吴川人,1950年毕业于广东规模不大的炼焦煤气大多点天灯烧掉,既浪费资省工业专科学校机械工程系,高级工程师,长期从事化工工程的设源,又污染环境。如果焦炉气经非催化转化制取甲计、开发及研究工作化肥设计2006年第44卷1.1.1焦炉气用作轧钢燃料建设了3×2000kW燃用焦炉气热电联产电站,主钢铁企业轧钢用焦炉气作燃料,对燃料气的硫要配置有三系列QDR20燃气轮机发电机组、无润滑含量要求达到每立方米几毫克以下,通常只经过焦油两级活塞式煤气压缩机、翅片管式余热回收锅化厂煤气净化车间处理的焦炉气很难达到要求需炉。设计指标为电站每天消耗煤气13万m3,每立再经深度脱硫才能成为钢铁联合企业轧钢的最佳方米煤气可发电1.11kW·h,并副产1MPa饱和蒸燃料。国内宝钢、鞍钢等轧钢厂均釆用经深度脱硫汽4.33kg。后的焦炉气作轧钢燃料。由于钢铁联合企业用高(3)内燃机发电是用煤气机带动发电机进行热值的焦炉气可以满足轧钢厂加热的要求,因此,发电。近几年,山东、山西、宁夏、安徽、河北、新疆、钢铁联合企业焦化厂的焦炉气大多作为轧钢厂的内蒙古、云南、江苏等地的焦化厂已陆续采用内燃燃料,以致需要量大的轧钢厂时常出现焦炉气供应机发电。可供选择的焦炉气内燃机发电机组有400紧张的情况。kW、500kW、1200kW和2000kW。但目前大多采近几年来,由于钢铁联合企业回收和充分利用用500kW焦炉气内燃机发电机组。高炉煤气、转炉煤气,尤其是成功地开发了蓄热式陕西焦化厂原采用燃气轮机发电,后改为7台加热炉技术,通过合理调配燃气,完全可以代替焦500kW的内燃机并联发电,采用微机自动调节,供炉气。现在,生产管理严格的钢铁企业不仅焦炉气电稳定,现已使用3年多,运行可靠。山西灵石中不短缺,而且还有剩余。而以生产焦炭为主的独立煤九鑫焦化公司的年产100万t焦化工程拟配置40焦化厂生产的焦炉气,除用于焦炉自身加热等消耗台500kW焦炉气发电机组,总发电能力2万kW。掉50%~55%外,其余的向外输出作城市煤气又受按焦炉气热值(低热值)16720kJ/m3计算,1m3焦到天然气(液化气)的严重挑战,于是这些焦化厂的炉气可发电1.3kW·h,按每生产1t焦炭可用于发焦炉气亟待回收利用。电的焦炉气为160m3计算,则生产1t焦炭副产的1.1.2焦炉气用作城市煤气焦炉气用于发电的净收益为50元。若焦炉气用于20世纪80年代开始普及城市居民用气时,因生产甲醇,每生产1t焦炭的焦炉气可产甲醇100当时天然气和液化石油气极度缺乏,而我国煤炭资kg,产值达250元,且没有排放烟气对环境的污染。源富裕,因此建设了一蚩批用焦炉制气的煤气厂,如1.2煤田煤层气资源状况北京、上海浦东、天津第二煤气厂、长春东郊煤气我国煤炭资源量为数万亿吨,可采储量按1万厂、昆明焦化制气厂等等。当时经过净化达到国家亿t计,相当于石油0.5万亿t。现煤炭年开采量达标准的焦炉气是最佳的城市燃气。近年来,由于天20亿t,绝大多数煤田瓦斯尚未回收利用。煤田煤然气和液化石油气的快速普及,以焦炉制气供城市层气探测储量为30万亿m,在内蒙古神木系鄂尔民用煤气厂则很少建设。尽管如此,2002年全国以多斯地区煤田初步探明煤层气资源量为11.3万亿焦炉气为主的人工煤气供应量仍为199亿m3,使用m3,占全国煤层气资源量的1/3。年产20亿t煤炭人口约4541万。鉴于国内天然气供应情况和基础的煤层气回收利用可制取甲醇达千万吨。在富含设施建设情况,全部用天然气代替焦炉气尚需时日。瓦斯的煤矿采煤,不强化排瓦斯装置容易发生爆炸1.13焦炉气用于发电事故,既浪废宝贵资源,又难以保证安全生产。煤焦炉气用于发电有3种方式:蒸汽发电、燃气矿瓦斯爆炸事故历年都有发生,仅2004年煤矿瓦斯轮机发电和内燃机发电。爆炸事故就夺走了数百名矿工的生命。虽然国家(1)蒸汽发电装置由锅炉—凝汽式汽轮机—规划投人50多亿元资金用于防范煤矿瓦斯爆炸事发电机组成。以焦炉气加热锅炉产生的高压蒸汽故,但这仍属于治标之计,必需投人巨资进行标本用以带动汽轮机、发电机而发电,系统复杂、占地兼治,才能保障矿工生命安全。煤矿生产应强化和多、启动时间长。虽然蒸汽发电方式曾在我国焦化完善瓦斯抽放,并回收利用瓦斯进行非催化转化制行业应用较为广泛,但其终将被新的高效益利用方甲醇生产消耗万新(瓦斯含CH450%式所取代按中国煤化工斯可产甲醇量为:(2)燃气轮机发电设备紧凑、占地少启动迅30CNMHG(t)。煤炭开采按速、效率高、效益好,但燃气轮机运行一段时间后必100年计,每年可产甲醇0.85亿t。投资煤田抽排需回制造厂检修,因此需要较多的备品。铁岭焦化瓦斯并回收利用制甲醇,既可避害为利,又可做到资厂1990年就应用该法发电。2003年石家庄焦化厂源回收利用,具有经济效益和社会效益双重意义。第3期李琼玖等轻烃非催化转化合成气制氨、甲醇的创新技术2轻烃转化制合成气工艺技术的应用历程本溪、邯钢化肥厂吨氨年平均耗焦炉气分别为25055mt和2124.37m3/t,其氨产量仅为设计21轻烃转化制合成气工艺值的80%。除实际焦炉气消耗高于设计值导致生轻烃主要成分为甲烷(CH4),其转化成CO+产能力降低以外,还有焦炉气供给量不足,工艺流H2合成气的化学反应方程式如下。程的缺陷和生产管理不善导致的开停车频繁,影响蒸汽转化法了生产能力的发挥。于是,各企业进行了增产节能CH4+H2O—C0+3H2-Q(催化转化)(1)技术改造,如采用富氧非催化部分氧化将每吨氨部分氧化法耗焦炉气从原设计值的1700~2000m3降为1600CH4+0.502C0+2H2+Q(催化或非催m,以增加氨产量,与实际生产的最高吨氨焦炉气(2)消耗2500m3相比,可增产56%,并可充分发挥现(1)催化转化法天然气催化转化制氨所用有氨合成和氨加工生产装置的生产能力,提高企业合成气大多数采用(1)和(2)两段转化,在二段加入的经济效益。空气。制甲醇所用合成气大多数采用(1)蒸汽转化表1不同工艺流程对焦炉气的需求量对比法,最近发展为(1)和(2)两段转化法,在二段加入生产规模焦炉气需求量纯氧。工艺流程/t·a-1/t,h“1耗焦炉气每吨NH3耗焦(2)非催化转化法仅采用(2)部分氧化法需加纯氧或富氧(仅制氨用合成气)。非催化转化部分氧化法600007.513000-135001700~1800法可使用重烃、渣油、石油焦等原料,在20世纪已两段转化法600007.5广泛应用于制氨、甲醇和羰基合成气,达到了对原表2实际生产中吨氨耗焦炉气量对比料毒物含量无要求,并可满足在高温高压下进行直接转化,特别有利于甲醇合成对要求高的CO含量产厂山西江西黑龙江本溪邯钢化工厂化肥厂化肥厂和低的CO2含量的气体成分。近代深冷空分制氧吨氨耗焦炉1986年1832.23170125224262564工艺技术大型化能耗的降低,以及采用液氧泵提供m111987年190.3716882732017216高压氧气,避免了氧气压缩存在的安全隐患,为含有杂质毒物的轻烃创造直接非催化转化的条件,特焦炉气主要成分含有52%的H2和28%~30%別适宜于焦炉气煤矿煤层气采用直接转化,比催的烷烃和少量烯烃,且夹带有焦油和硫化物等杂化转化更具优越性。该非催化转化工艺已成功应质。工业生产有采用泰汽转化两段法(不用空分)用于河南平顶山氨厂焦炉气制取合成气的工业生大多数采用常压或加压催化部分氧化法。由于催产中。该非催化合成气技术适宜于我国炼焦工业化剂易受毒物中毒失活,对原料的净化度要求达到副产的巨量焦炉气以及采煤工业巨额的煤层气的0.6×10°级因此转化前对原料气精制的流程长、资源回收利用,在我国具有广阔的推广应用前景。设备多、投资大,生产费用高。非催化转化法通过22我国轻烃转化制合成气的应用高温裂解和转化生成合成气,然后将H2S用化学溶2215个焦炉气中型氨厂的生产与改造状况剂吸收脱除,并再生回收成硫磺,显示出其独特的20世纪80年代前后我国建设了5个焦炉气优点。随着生产工艺技术的发展非催化转化法将中型制氨厂,其中3个采用两段催化转化法(蒸汽会成为焦炉气转化制取合成气主要方法。转化二段部分氧化加空气),其中本溪化肥厂已关催化与非催化2种生产工艺技术比较如下。闭,黑龙江化工厂和邯郸化肥厂仍在不断进行技术(1)催化部分氧化法工艺流程见图1。改造。采用一段部分氧化法的有山西焦化厂和江西二化肥厂。以上5厂采用不同工艺流程对焦炉那加热炉加出转化一Zn0气的需求量和吨氨实际生产消耗焦炉气量的对比见表1和表2。中国煤化工化气母钢以上5个厂吨氨实际消耗焦炉气指标远比设CNMHG流程计值高。采用催化部分氧化法的山西和江西二化该流程工艺单元都有工业生产装置可供组合。厂吨氨年平均耗焦炉气分别为174423m3/t和由于合成气净化和脱硫所涉及的工艺和设备较多,1784.29m3/t。采用蒸汽两段转化法的黑龙江和造成流程长,设备多,需要昂贵的催化剂,投资较化肥设计2006年第44卷高,影响经济效益。℃出转化炉进入废锅。出废锅时约350℃,分两路(2)非催化部分氧化法工艺流程见图2入焦炉气和富氧空气预热器,出来约160℃人锅炉氧升压分空气给水预热器,出来120℃人水冷器(也可用水洗涤粗焦炉气部分氧纪一废一热同收一冷却塔式冷却),冷却到40℃经水分离器分离出冷凝液排放转化气送往脱硫装置图2非催化部分氧化工艺流程废热锅炉给水由水处理装置送来经脱氧的该流程工艺单元都有工业生产装置。长春煤>1.0MPa的压力水经锅炉给水预热器人废锅,根气厂天然气空气转化,银川天然气30万t合成氨据废锅液位来调节给水量。冷却水由冷却塔循环8.5MPa、1400℃纯氧非催化部分氧化均已有多年水泵管网送来,出水再压送回冷却塔循环使用。生产经验。平顶山焦炉气非催化转化5万t氨用合生产调节控制系统没有设置水气比调节阀、氧成气已成功投人生产。由于非催化部分氧化法制气比调节阀和废锅液体调节阀,在蒸汽系统发生事取合成气对原料的条件要求较宽,适应任何原料,故时应立即切断焦炉气阀和富氧空气阀。焦炉气并允许原料中硫含量大的气体或液体转化反应器阀或富氧空气阀任一个出现事故时2个阀都需关结构简单,操作容易,于是可做到流程短,设备少,闭。此时慢慢加入蒸汽,降低炉内温度,以避免高投资低,效益好,特别适宜在焦炉气含硫化物多,并温幅射把烧嘴烧坏。开停车、升温、降温及正常生含有高烯烃和芳烃组分复杂气体的净化和转化。产操作时,都应严格按照操作规程进行常压转化不使用昂贵且安全要求高的氧压机。虽汽输入及输加压转化可节省合成气压缩功,但焦炉气为常压,常压转化后体积增大不多,在1.5倍~1.7倍,扣除氧的加压,实际压缩功增加不多。在规模较大时加压非催化转化采用液氧泵空分为宜,用作制取甲醇中r去脱硫合成气时,可以做到等压合成甲醇。(3)2种工艺流程方案比较。每个工艺单元都具有工业生产使用经验,两者都具可靠性:①投资比较,前者比后者高;②消耗图3焦炉气非催化转化制取合成气工艺指标若做到优化组合,两者相差无几。由于后者不1-转化炉:2-废锅:一氧预热器:4一焦炉气预热器;5—锅炉给水使用催化剂,免去开停车、升温还原费用,生产周期预热器;6—水冷却器;7-水分离器短,设备便于检修维护等,故后者优于前者。能力2222生产能22.2平顶山氨厂焦炉气非催化转化创新设计平顶山焦炉气非催化转化设计生产能力(年操222,1工艺流程作日按8000h):原料焦炉气量10000m3/h,转化工艺流程见图3。焦炉气采用常压富氧非催化气量17168m3/h(CO+H2)79.19%有效气体量部分氧化法制取氨用转化气。为降低氧耗提高转13595m3/h。按吨氨耗2200m3/h设计焦炉气产化率焦炉气采用预热后经烧嘴混合喷出在转化炉氨6.18U/h,每吨氨耗原料焦炉气1618m3/h。内转化。由于焦炉气含氢量较高,而氢的燃烧扩散按焦炉气有效成分H252%,CO8.6%,CH4速度较甲烷快,氧先与H2燃烧反应,氢燃烧生成28.2%,每立方米焦炉气转化后有效CO+H2气量水,以提高转化炉温度。含有水蒸气的混合气在缺:(0.52+0.086+0.282×3)×1618=23氧的条件下同甲烷进行部分氧化和水蒸气转化,最(m3)>2100(m3)(H2+CO理论耗量)终达到CO与水蒸汽变换平衡的转化气。在常压下10000m3/h焦炉气经转化后年产合成氨4.94进行非催化转化,虽转化反应速度较催化转化低,万t,投产初期只能供应0.6万m3h焦炉气,年产在一定的设计容积强度下,可取得较低的残留甲烷合成氨297万to的转化气,但CH4平衡温度比催化转化高得多,其2.22中国煤化工转化温度一般在1400℃左右。CNMHG生产操作流程:焦炉气和富氧先同转化后经废采用非催化转化工艺技术时,烧嘴技术是装置锅回收高温热能副产蒸汽后的转化气分别预热,送设计的核心。宁夏化工厂渣油改天然气原料8.5入烧嘴喷出在炉内空间混合燃烧与转化,约1350MPa纯氧非催化部分氧化技术改造,1台15万t合第3期李琼玖等轻烃非催化转化合成气制氨、甲醇的创新技术成氨渣油转化炉,只换1个烧嘴,采用德土古专利端为管板筒体上设有汽包,两管板间是d38mmx技术整个改造费5000万元(增加1台天然气升压3.5mm的无缝钢管,管长4m。高温转化气通过管机)。大庆6万t油田气蒸汽转化制甲醇装置改为内与管间的热软水进行热交换,以降低转化气体温段转化,增设二段催化部分氧化炉,购买卡利度。经吸收热量后的高温水迅速蒸发,产生0.4技术的烧嘴1个40万美元。为了节省专利技术费,MPa饱和蒸汽,经汽包分离出所夹带的水沫后供转对烧嘴结构等进行优化设计,烧嘴采用套筒同心圆化炉作为转化所用蒸汽,多余蒸汽输入生产管网。多孔式结构,物料分布从里到外分别为富氧空气+开工时采用由管网送来的蒸汽。蒸汽(混合气)、焦炉气,套筒中心设开工点火烧嘴废锅筒体和汽包上装有压力表、液位计安全阀安装在立式圆筒转化炉上,气流从烧嘴往立式转化等附设装备,在筒体下面设有2个排液管。锅炉给炉向下流动。为避免由于焦炉气中氢含量较高容水是软水预热器来的已预热至90-100℃的化学易发生回火将烧嘴烧坏,设计烧嘴出口富氧空气的软水。为防止锅炉管间和筒体上结垢影响传热效流速大于焦炉气的流速,焦炉气喷出后在距烧嘴果,生产中应定期排污。定距离时才燃烧,使接近烧嘴口附近的温度不成为(4)列管式换热器高温区,以保护烧嘴的寿命。焦炉气及富氧空气预热器各1台,锅炉给水预同心圆多孔式烧嘴以物流剪切混合形成漩涡,热器1台,水冷却器1台,均采用列管式换热器。由依靠速度差雾化混合的原理,从而使烧嘴结构趋于于常压下气体传热系数低,为提高换热效率采用简单。这种结构形式有利于降低氧/气比和汽气/清华大学开发的绕花丝专有技术来提高传热系数,比,提高CO+H2有效气体成分,减少CO2的生成以缩小设备体积及降低钢材重量量。该烧嘴已取得非催化部分氧化生产的实践经(5)在水分离器、离心式设备出口上端安装聚验。由于烧嘴设在常压转化炉上,常压高温连接法结分离网。兰密封问题易于解决。圆筒喷嘴采用一般耐高温3轻烃非催化制合成气技术设计推广应用钢材,喷头部分采用Cr25-N20合金。(2)转化炉3.120(40)万t/a炼焦焦炉气回收生产甲醇转化炉系一个常压钢外壳内衬保温层和耐火利用20(40)万ta炼焦焦炉气,采用非催化转层(耐热混凝土衬里或耐火砖)的立式圆筒型炉,炉化制取1.5(3.0)万ta甲醇液体,投资2500顶部安装烧嘴炉内作为焦炉气和富氧空气加蒸汽5000万元,产值3900(7800万元利税2130混合进行燃烧转化的空间。按单位容积热强度设(4262)万元,1年内可建成投产。计出空间体积焦炉气在此空间进行燃烧和非催化311设计条件转化,把焦炉气中的CH4转化成为氨用合成气。炉20(40)万t/a炼焦焦炉气每天可供气9~10下部气体出口与废锅相接,炉壁上中下设置3个测(18-20)万m3。焦炉气主要成分见表表3焦炉气主要成分温点,还设置了安全防爆板。转化炉耐热衬里施工质量直接影响到生产,应组分H2CH4CH。CoCO2N2+ArO2体积分54~235.7予以足够重视,应由有经验的专业筑炉单位按质量数/%59282.3.7要求进行施工和检验。矾土水泥筑成的衬里,特别在出口与废锅连接的炉拱和炉顶耐火衬里,应严格312工艺技术按照要求施工和严格控制工艺条件,以避免蒸汽冷焦炉气转化制甲醇工艺,采用常压纯氧高温非凝水入炉。施工结束后,应进行烘炉。烘炉、升温催化转化低温低压合成甲醇生产工艺,弛放气返和停车检修的降温都应严格控制升降温速度,不可回焦炉燃料基本上做到安全充分利用,变废为宝猛升猛降,以免引起内衬裂缝而窜气,导致炉壁烧取得好的经济效益。工艺流程见图4图5。红事故的发生。为缩短烘炉时间,也可采用标准耐火砖作圆筒体部分的衬里,顶部和拱异型部分用耐TH中国煤化工广样酱热混凝土衬里。CNMHGH-压一鲁(3)废锅废锅用以回收转化气的显热,副产低压蒸汽精甲醇一精馏采用卧式火管锅炉,炉体是由钢板卷焊的圆筒,两图4方块流程化肥设计2006年第44卷采用深冷空分氧纯度99.6%,但投资较高,采用FSA变压吸附制氧纯度为95%,但含N2较多。在工程设计时应根据技术经济比较或具体情况确定。3)在分析测定焦炉气中硫化物毒物杂质含废锅量后,气体净化采用湿法串干法脱硫。常压湿法脱硫可选DDS法,干法采用常温精脱硫剂。经压缩后粗甲醇去精馏合成气进行常温精脱硫,以保证气体中含S体积分图5焦炉气非催化转化低压合成甲醇工艺流程数达到006×106。焦炉气由气柜用鼓风机增压换热后入烧嘴,同(4)甲醇合成采用低温低压林达均温型合成空分(用深冷空分或PSA空分)制得的氧经换热后塔工艺,其甲醇合成的弛放气返回焦炉作燃料。并加入蒸汽,在烧嘴内混合喷至转化炉内进行非(5)甲醇精馏采用二塔精馏的1.5(3.0)万ta催化转化将焦炉气中的CH4转化成CO+H2转化甲醇精馏装置。气。经废锅回收高温热量副产的蒸汽,一部分用于(6)甲醇贮罐罐区设备。转化;一部分用于净化和甲醇精馏。转化气再经冷3,5水、电汽消耗却送净化系统。(1)冷却水按循环水200m3/t,每小时产甲脱硫采用湿法串干法根据H2S含量高低而醇2(4)t计,40(800)m3的循环水蒸发损失35定。净化后合成气人压缩机加压至5NPa同循环为14(28)m3/h,蒸汽锅炉用脱盐水3vt计为气汇合入甲醇合成塔合成甲醇。出塔合成气经换6(12)m3/h,合计20(40)m/h。冷却水由焦化厂热冷却甲醇分离而得粗甲醇,再经精馏制得精甲醇填平补齐供给,不单独设置循环水及脱盐水装置。产品。分离出甲醇的合成气由于惰性气体积聚增(2)电每吨甲醇压缩用电按400kW·h计,需加,须弛放一部分,以维持甲醇合成气中惰性气体80(1600kW,空分用电每立方米O2耗电为06量。弛放气返回用作焦炉燃料。kW·h/m3×1200(2400)m2/h=720(1440)kW,两者313生产能力合计为1520(3040)kW,再加上仪表空气、照明等其他(1)按焦炉气9(18)万m3/d计用电80kW·h,总用电量约1600(3200kW·h9(18)万m3×24-1×2000-×8000(3)蒸汽除开工用蒸汽由焦化厂锅炉供应=1875t(3.57t)/h×8000h外,其甲醇副产蒸汽基本可自给平衡。1.5(3.0)万t/a31.6初步技术经济分析(2)按焦炉气10(20)万m3d计每吨甲醇消耗指标见表4,甲醇单耗及成本测10(20)万m3×24-1×2000×8000算见表5。=2.083t(4.166t)/hx8000h表4每吨甲醇消耗指标=1.67(3.33)万ta。项目焦炉气/m3(含CH428%)电/kW·h新鲜水/m3(3)生产能力按年产1.5(3.0)万t设计,甲醇消耗200010合成和精馏工程设计可参照1.5(3.0)万ta甲醇生产厂为基础进行。甲醇售价按2600元/t计,年利税=1.5(3.0)314主要设备万×(2600-1423.3)=1765.05(3530.1)万元(1)常压焦炉气非催化转化装置处理焦炉投资费用为25005000万元投产后2~3年可回气量3750~4170(7500~8340)m/h,可采用为收全部投资。平顶山设计的5000-10000m/h焦炉气非催化转3.2100(200万ta炼焦焦炉气回收生产甲醇化装置设备,焦炉气中含CH428.2%,转化气量负利用100(200)万ta炼焦焦炉气,采用非催化荷相近,转化炉、废锅及换热冷却设备进行核算后转化制取10(20)万t/a甲醇液体,投资约2(3.2)亿改动,但转化炉烧嘴需重新进行设计计算。兀中国煤化工69(3384)亿(2)空分制氧设备按照甲烷部分氧化反应:元,2CNMHGCH4+0.502一→CO+2H2,理论耗氧量为CH4量32.,乙投小的1/2。按耗氧为CH480%计,需要空分制氧量为焦炉气转化制甲醇工艺,采用6MPa纯氧高温500010000)×0.3×0.8=1200(2400)m3h。非催化转化,低温低压(5MPa)合成甲醇生产工艺。第3期李琼玖等轻烃非催化转化合成气制氨、甲醇的创新技术9弛放气作低热值燃料送回焦炉。工艺流程见图6。改为多孔混合式,空分用液氧泵供氧,热法气体净表5甲醇单耗及成本测算化置于转化工序之后,甲醇合成塔采用齐鲁厂和上序号项目单价/元单耗单位成本海焦化厂的鲁奇副产蒸汽塔,循环机采用齐鲁10/元·t1原料焦炉0.402000800未扣除弛放气万t渣油等压合成甲醇装置的循环机(20万t循环返回焦炉用量机),露天配置在合成塔框架上。该工艺流程短,设2电AkW·h0.580400包括空分及备布置紧凑,装置布置及甲醇贮罐区布置基本相同循环水用电3.23主要设备3蒸汽/1自给平衡4新鲜水/t1.5(1)6MPa焦炉气非催化转化装置按宁夏化5循环冷却200包括在工厂8.5MPa天然气非催化转化工艺和天然气非电耗内催化转化装置设备设计,焦炉气中含CH428.2%6触媒及化学品转化气量负荷不同,转化炉、烧嘴按焦炉气条件设资及0定员50人计,并增设废锅和换热冷却设备福利(2)空分制氧设备按照甲烷部分氧化反应:8折旧费(2500)5000方元128.3X77%/1.5(3)万tCH4+0.502—C0+2H2,理论耗氧量为CH4量9大修费(2500)5000万元50.0的1/2,按耗氧为CH460%计需空分制氧量:20003%/1.5(3)万t(40000×0.3×0.6=3600(7200)m3/h,采用深10车间经费冷空分氧纯度99.6%液氧泵供氧。合计1423.3(3)气体净化釆用湿法串干法脱硫,湿法脱硫焦炉气循环机可选MDEA、DDS法等,干法采用常温脱硫剂,以保柜一[风非催化证净化后合成气中含S体积分数达0.06×106。气分使网(4)甲醇合成采用低温低压(5MPa)鲁奇合成5MPa塔工艺,其甲醇合成的弛放气返回焦炉气作燃料。精甲形一精馏(5)甲醇精馏采用二塔精馏。图6焦炉气非催化转化等压合成甲醇工艺流程(6)甲醇贮罐罐区设备。焦炉气由气柜用压缩机(6MPa)换热后送人烧324水、电汽消耗嘴,同空分(用深冷空分液氧泵制氧)制得的氧经换(1)冷却水按照循环水200m3/,每小时产热后一并加入蒸汽,在烧嘴内混合喷出,在转化炉甲醇125(25)t计,2500(500)m3的循环水蒸发内进行非催化转化将焦炉气中CH4转化成CO+损失3%为75(150)m3/h,蒸汽锅炉用脱盐水2tH2转化气。经废锅回收高温热量副产蒸汽,一部分计为25(50)m3/h,合计为100(200)m3/h。冷却用于转化;一部分用于净化和甲醇精馏。转化气再水由焦化厂填平补齐供给,不单独设置循环水及脱经冷却送净化。脱硫采用湿法串干法,根据H2S含盐水装置量高低而定。净化后合成气等压下(5MPa)同循环(2)电甲醇循环机用电600(1200kW·h气汇合进入甲醇合成塔合成甲醇。出塔合成气经计,空分用电每立方米O2耗电为06kW·h/m3换热冷却甲醇分离而得到粗甲醇,再经精馏制得精36007200m3/h=2160(4320)kW,两者合计为甲醇产品。分离出甲醇的合成气由于惰性气体积2760(5520)kW,再加上仪表空气、照明等其他用聚增加,须弛放一部分,以维持甲醇合成气中惰性电240kW·h,总用电量约30006000kW,h气体量。弛放气返回焦炉气用作燃料。(3)蒸汽除开工用蒸汽由焦化厂供应外,其322生产能力副产蒸汽基本可自给平衡按炼焦每吨副产焦炉气160m2生产100kg甲32.5初步技术经济分析醇计操作日8000h,需年产焦炭量为:支术经济分析按总投资2(32)亿元计算,每10(20)万×(8760/8000)×(1000/100)吨甲中国煤化工成本测算见表7。=109.5(219)万taCNMH(G指标生产能力按年产公称能力10(20)万t设计,工项目焦炉气/m(含CH128%)电W,h新鲜水m程设计高压转化以宁夏化工厂30万t合成气的8.5MPa天然气非催化转化为基础,烧嘴由套筒混合式化肥设计年第44卷表7甲醇单耗及成本测算本将大为增加,如采用瓦斯通过灼热的焦炭,C+O2单位成本字号项目单价/元单耗/元·t1备注一→CO2,热能消耗损失较多;二是含氮高,转化成1原料焦炉0.40合成气中惰性气体含量亦很高,使合成转化率和有气/m3效气体利用率大为降低。在高硫煤矿中瓦斯含硫2电八W,h0.512060包括空分及杂质较多,不利于催化转化。为此瓦斯转化制甲醇工艺,采用常压纯氧高温非催化转化,低温高惰性3蒸汽/t自给平衡4新鲜水/1.58气合成甲醇生产工艺。弛放气再回收H2或送作低5循环冷却包括在热值民用燃料,基本上做到安全充分利用,变废为水/t电耗内宝,取得较好的经济效益。工艺流程见图7。6触媒及化学品循环机(1凹收员50人福利转化净亿一圆8折旧费20000(32000)万元154(123.2)一分[风x7.7%÷10(20)万t9大修费2000032000万元60(48)精甲醇亠精馏3%÷10(20)图7煤矿瓦斯非催化转化低压合成甲醇工艺流程10车间经费合计951(908.2)瓦斯由现有气柜用鼓风机增压换热后入烧嘴,同空分(用深冷空分或PSA空分经济比较后确定)甲醇售价按2600元/t计,年利税为:10(20)万制得的氧经换热后一并加入蒸气在烧嘴内混合喷[2600-951(9082)]=1.69(3,3836)亿元。入转化炉进行非催化转化,将CH转化成CO+H2投资2(32)亿元投产后2-3年可回收全部投转化气。经废锅回收的高温热量副产蒸汽,一部分资。若焦炉气不计入成本,还可增加利润480(9用于转化;一部分用于净化和甲醇精馏。转化气再00)万元/a经冷却送净化系统。脱硫采用湿法或干法,可根据338万m/d煤矿瓦斯回收制1.5万Ua甲醇设计H2s含量高低而定。净化后合成气人离心式压缩机我国煤矿大多数为富含瓦斯煤矿(亦称煤层加压至5MPa同循环气汇合入甲醇合成塔合成甲气),其储量据探测约有30万亿m3,相当于我国的醇,出塔合成气经换热冷却甲醇分离而得粗甲醇,天然气储量。由于国民经济的发展对煤炭需量求再经精馏制得精甲醇产品。分离出甲醇的合成气日益增加,2004年煤炭产量达20亿t。利用鹤岗南由于惰性气体积聚增加,须要弛放一部分弛放气山年产300万t煤矿,每天抽取瓦斯8万m3(平均以维持甲醇合成气中惰性气体量。弛放气可设FSA甲烷含量为50%)采用非催化转化制取15万va或中空纤维回收H2或送往民用燃料气柜作低热值甲醇液体,1年内可建成投产燃料回收。经弛放一部分弛放气后的合成气再经331设计条件循环机加压送回甲醇合成塔进行甲醇合成。南山煤矿瓦斯总储量14.6亿m3,目前每天抽3.33生产能力放量8万m3(CH4含量50%),还正在扩大抽放。按CH450%计:8万×24-1×0.5×8801=瓦斯的主要成分见表8。生产用电价为0.44元/kW·h(矿区有现成电网供电),水价1.5元/m1.89×8000=1.52万(ta)(南山矿井水每天约1万m3)。现有可利用的贮气按CH470%计:8万×70%×24-×880-=柜1万m3和2万m3各1台。2.65×8000=2.12万(t/a表8瓦斯主要成分生产按年产2.0万t设计,当CH4%含量高于威分cH..0.N25%时产量大于1.5万,在CH70%时可产2万好的组分,q/%72.120.16.2721.5t/a。工程设计可参照彭州厂的1.5万Ua甲醇生一般组分,q/%500162746产装凵中国煤化工气蒸汽转化改为空分CNMHG体净化放在转化之332工艺技术后,中酵合成璿改用矶州杯达高惰性气合成塔技煤矿瓦斯特性:一是氧含量高转化过程中极术。装置布置及甲醇贮罐区布置基本相同,压缩机易发生爆炸性危险,若先进行脱氧处理,投资和成由多台往复式压缩机改为单台离心压缩机3期李琼玖等轻烃非催化转化合成气制氨甲醇的创新技术113.34主要设备这些大厂供给,不再单独设置循环水装置和脱盐水(1)常压瓦斯非催化转化装置处理瓦斯量装置。为3500~5000m3/h,可采用平顶山5000~10000(2)电每吨甲醇按压缩用电400kW·h计m3/h的焦炉气非催化转化装置设备,焦炉气中含需80kW·h,空分用电每立方米O2耗电量为0.6CH428.2%,而瓦斯含CH450%~70%,转化甲烷w·h/m3×1500m3/h=900kW,两者合计为量负荷相近,转化炉、废锅及换热冷却设备进行核1700kW,再加上仪表空气,照明等其他用电100算后改动,但转化炉烧嘴需重新设计计算kW·h,总用电量约1800kW.h(2)空分制氧设备按甲烷部分氧化反应:(3)蒸汽除开工用蒸汽由开工锅炉或靠近CH4+0.502→CO+2H2,理论耗氧量为CH4量电厂供应外,其副产蒸汽基本可自给平衡。的1/2,按耗氧为CH460%计需要空分制氧量为:335初步技术经济分析5000×0.5×0.6=1500m3/h。采用深冷空分装每吨甲醇消耗指标见表9,甲醇单耗及成本测置,氧纯度达96%,但投资较高;采用PSA变压吸算见表10。附制氧纯度95%,含N2较多。由于瓦斯本身含N2表9每吨甲醇消耗指标已很高,再加上氧中带入的N2,增加了合成甲醇弛项目瓦斯/m3(含CH50%)电/kW·h新鲜水/m3放气量,在工程设计时应通过技术经济比较后单耗l760确定。(3)气体净化在分析测定瓦斯中硫化物毒表10甲醇单耗及成本测算物杂质含量后,通过比较选定采用湿法或干法脱序号项目单价/元单耗单位成本备注硫。常压湿法脱硫可选PDS、DDS、拷胶法等,干法原料焦炉可用简单的铁矿或活性炭脱硫剂。净化后合成气经压缩压后还需设置常温精脱硫,以保证气体中含2电/kW·h包括空分及循环水用电S的体积分数达0.06×10°。自给平衡(4)甲醇合成采用高惰性气低温低压林达4新鲜水/5均温合成塔工艺。该工艺已在依兰甲醇厂生产使5循环冷却包括在用,其甲醇合成的大量弛放气返回煤气系统作城市电耗内煤气。鹤岗瓦斯已用作城市煤气,其甲醇弛放气送6触媒及化学品入城市煤气系统作燃料,也可设PSA或中空纤维回工资及15.0定员60人收氢返回甲醇合成,分离出的高N2尾气放空。福利(5)甲醇精馏釆用二塔精馏,移植彭州扩建折旧费200万元×77%/15万t128.3的1.5万ta甲醇精馏装置。大修费2500万元x3%/1.5万t50.0(6)甲醇贮罐采用彭州厂生产的罐区设备。335水、电、汽消耗1499.3(1)冷却水按循环水200m3/t,每小时产甲注:*0.44元kW·h为煤矿提供电价。醇2t计,400m3循环水蒸发损失35%为14m3/h甲醇售价按2600元/t计,年利税为:1.5万蒸汽锅炉用脱盐水3tt计为6m3/h,合计为20(2600-14993)=1651.05万元。m3/h。若甲醇厂靠近发电厂或焦化厂,冷却水可由收稿日期:2005-12-01《化肥设计》合订本消息2003年《化肥设计》合订本每册定价70元(含邮挂费中国煤什下武汉市洪山区卓刀泉路271号《化肥设计》编辑部,邮编:430079。请在汇款厨数。另外,尚有少量1996年(50元)、1997年(50元)、1998年(50元)、1999CNMHG、2001年(50元)及2002~2005年(60元)合订本,如需购买,请直接汇款到本刊邮购。地址:武汉市洪山区卓刀泉路271号《化肥设计》编辑部收邮编:430070电话/传真:027-8750144