利用焦炉煤气富氧催化转化制合成气的设计工艺

第27卷第5期山西化工v.27N.52007年10月SHANXI CHEMICAL INDUSTRYt.2007利用焦炉煤气富氧催化转化制合成气的设计工艺程林生,曹阳,成国日山西省化工设计院,山西太原03024)摘要:以山西丰喜华瑞煤化工有限公司实施焦炉煤气为原料,生产18万t合成氨加工30万t尿素项目为例,介绍了利用焦炉煤气富氧催化转化生产合成气项目的设计工艺路线、主要设备选型关键词焦集炉煤气催化转化;合成氨尿素;工艺设多和投资建设情况,从生产成本和经济效益两方面与以煤为原料的“1830°项目进行了比较中图分类号:TQ5464文献标识码:A文章编号:10047050(200705-004404引言有效气体q(CO+H)=60%~68%,生产甲醇及其他合成气还需补碳或配气,而作为合成氨的原料气“十五”期间钢铁工业的高速发展刺激了对焦则较为理想。因此,釆用煤焦、化一体化的联合流炭的需求,并在2003年前后,全国炼焦行业出现过程不仅可将能源和环境的发展结合起来而且还可度投资、低水平盲目重复建设现象致使产能不断扩将传统的焦化工业与化肥工业有机地结合起来,生张,生产大幅度增长。为了最快地得到投资回报,不产大宗支农产品—合成氨和尿索,这对调整能源少单一炼焦的独立焦化企业,不建或缓建化工产品结构和化工产品结构,发展新一代焦炉气综合利用回收系统,只设置冷凝鼓风工段将大部分焦油回收,技术,具有重要的现实意义和推广价值大量剩余焦炉煤气则直接“点天灯”燃烧排空,遺成利用焦炉煤气富氧催化转化制合成气项目由山了严重的环境污染和资源浪费,影响了焦化行业形西省化工设计院设计,山西丰喜华瑞煤化工有限公象和企业的可持续发展。因此,如何合理有效地利同承办。本着加强经济合作和技术交流的宗旨,公用外排的焦炉煤气,成为摆在当地政府和企业面前司决定利用项目所在地——运城市新绛县三泉镇的亟待解决的问题。资源优势,在民营煤化工业区内建设一套以焦炉气焦炉煤气是煤在隔绝空气下、高温于馏过程中·为原料,生产18万ta合成氨加工30万ta尿素经焦化产品回收后得到的气体其主要成分为H2、的装置,以加快当地焦炉气的回收、加工和转化,生ωoCH等既可作燃料又可作化工原料。净煤气产附加值高的产品,发展循环经济保护环境。项目组成如表1所示。于2006年2月正式破土动工,9月全面进入安装阶表1净煤气组成段,2007年元月开始进行单体试车,同年4月14H CH 0 CnHm Nz 0 O日,一次投料开车成功。体积分数/%55-6023-275-82-43-72-403-051设计工艺路线从表1可知,净煤气组成氢多碳少,碳氢比低,以焦炉气为原料生产合成氨加工尿素装置的核心是焦炉气的净化和转化。转化采用了富氧催化收稿日期:200612-11转化作者筒介程林生,男,1963年出生,1983年毕业于太原理工大学,中国煤化工脱除,尤其是有机高级工程师,现主要从事化工设计及管理工作硫的VLCNMHGO2脱除和合成气2007年10月程林生等,利用焦炉煤气富氧催化转化制合成气的设计工艺45精制等流程组合。气体经废热锅炉回收热量降温后,补加蒸汽进人变本项目在确定总体工艺流程和技术方案时,采换工序的中变炉进行QO变换反应调整g(OO)=用了目前先进的节能工艺、高效节能设备和新型催3%,然后进入ZnO精脱硫槽将气体中的总硫体积化剂,加强了余热回收利用。装置中间产品合成氨分数脱至3×106以下,再进入低温变换炉,控制变的单位能耗为4896GJ折标煤为1670kg,低于现换气中q(CO)=0.3%。而煤气发生炉生产的半水阶段(2004年底)我国平均水平。其工艺路线如下:煤气,单独进行压缩、净化,中温变换之后也进人首先将来自焦化厂初步净化后的剩余焦炉煤气ZnO精脱硫槽,与转化后的变换气混合,一起进入汇总后进入2台并联的电捕焦油器进一步脱除煤气低温变换炉进行深度变换。变换后的气体进入脱碳中的焦油雾滴然后依次进入硫氨工序和洗脱苯工装置脱除CO2,控制脱碳气中q(O2)≤0.2%,再经甲序脱除焦炉气中的NH和回收焦炉气中的苯再烷化装置精制使气体中的g(C+OD2)≤10×106进入气柜进行混合、缓冲,通过罗茨鼓风机升压进合格的氢氮气经合成气压缩机加压至314Mma送往人湿法脱硫装置脱除焦炉气中的H2S,经压缩机加氨合成装置。氨合成装置采用314MPa的高压合压至23MPa,送干法精脱硫装置将气体中的总硫成工艺,尿素工艺采用改进型CO2汽提法。氨合成脱至标准状态7mgm3以下。利用空分装置送来产生的放空气净氨后,一部分作为转化装置预热炉的富氧混入蒸汽进行催化部分氧化转化将气体中的燃料气另一部分作为造气吹风气回收装置的燃的甲烷及少量碳烃转化为OO和H,转化后的高温料气。全厂工艺流程示意图见图配入空气量各焦化厂来的粗焦0012m母+2包不的,◇煤造气水煤,水煤206水少平水媒①气气柜湿法脱硫干法脱硫中温变换造气吹风回收燃料气4氨回收液氨库合成514MP(14M甲能①厦良热合品尿素3图1全厂生产工艺流程方框示意图2主要工艺技术方案气中,生产的合成气氢氮比例由加氮量控制,转化炉结构类似传统天然气转化的二段炉,结构简单、流程1原料气压缩短、易于控制。工程设计时为节省空分装置的氧气选择往复式压缩机组,采用低压段和高压段分用量,保证转化炉操作的稳定性和安全可靠性,流程开的压缩方案中设置了蒸焦预热炉和富氧软水预热炉。2.2焦炉气干法脱硫2.4补碳釆用铁钼加氢转化串氧化锰和氧化锌的组合脱本项目最终产品为尿素而焦炉气中的总碳与硫工艺,使气体中的g总硫)≤3×10-6,满足合成获得的氨不成比例故需进行补碳以使整个系统的氨系统的净化要求物料达到平衡。2.3焦炉气转化本着稳妥可靠、节省投资的原则,本项目补碳采采用富氧催化部分氧化法的转化工艺。该法的用新中国煤化工开一备,以无烟特点是转化所需热量通过转化炉内焦炉气的燃烧提块煤玉后,单独进行中供,燃烧后的尾气没有外排而是直接进入合成原料温变CNMH(统。46·山西化工2007年10月2.5脱碳压缩级数:4级;针对本项目变换气中QO2含量低、系统操作压电机功率2850kW;力不高的特点选用了催化改良热钾碱法的脱碳工型号:M24.3/15-314艺,该法净化度高,CO2回收率高可以弥补焦炉气3.3转化炉中CO2不足的缺点。流程采用三段吸收、双塔变压转化炉为带有水夹套的内设耐火隔热衬里的圆再生的节能工艺进一步降低溶液再生热能耗。筒反应炉,内衬为低硅浇注料。炉头气体混合采用2.6甲烷化中心管式烧嘴结构,气体自上而下进入转化炉,上部采用甲烷化流程脱除原料气中微量的∝O和留有足够的燃烧空间在气体混合均匀及保证水碳QO2,以达到精制原料气的目的该法具有流程简单、比的条件下焦炉气不会在燃烧空间中发生析碳反操作方便设备和操作费用低不污染环境的优点。应。炉内上部装填耐热型转化催化剂Z05,下部装2.7氨合成填高活性转化催化剂2204。设备内径为3.0m采用传统的高压氨合成工艺技术选用氨净值催化剂装填量不大于30m3,总高约13800m高塔阻力小、先进可靠的DN1800合成塔内件,设置后置式废热锅炉及软水预热器,回收合成反应热4项目的经济比较副产245MPa中压蒸汽。4.1本项目合成氡、尿素消耗及生产成本估算2.8尿素装置1.1焦炉气价格确定尿素合成采用改进型二氧化碳汽提工艺,造粒按照丰喜华瑞煤化工有限公司与新绛县民营煤采用塔式造粒工艺投资省,设备及操作简单。化工业园管委会所签订的“焦炉煤气供应协议书”规3主要设备的选型定,所有入驻园区的焦化企业投产后剩余焦炉煤气的回收利用均由园区管委会统一调配与管理,双方3.1原料气压缩机(低压机)确定焦炉气价格投产当年为标准状态0.05元m3由于焦炉气中H含量高气体密度小,含尘和并以此为基础,每年度增加0.0元m3,最高不超焦油且气量受焦炉制约波动较大故不宜采用离心过01元m3式压缩机。而往复式压缩机与离心式压缩机相比,4.1.2单位产品消耗定额及生产成本估算尽管有其不足之处,但其运行平稳,排气压力高,系根据项目工艺物料衡算及可研报告经济评价该国内制造投资小,使用经验丰富因此决定选用往项目中间产品合成氨消耗及生产成本估算见表2。复式压缩机并采用低压段和高压段分开的压缩方产品尿素消耗及生产成本估算见第47页表3案。参数如下:表2中间产品合成氨消耗及生产成本估算表(吨氨)排气量(吸气状态下):220m3/min;项目消耗量单价/元成本元备注最大排气压力:24MPa压缩级数:3级;焦炉煤气m313500.1135电机功率:1800kW;原料煤饣0.325600195无烟块煤型号:4M2022023BX电/kWh12800.35448台数:6台。32合成气压縮机(高压机)新鲜水m5.01.05循环水补充水本着与低压机对应的原则(即停开一台焦炉气蒸汽t0.8压缩机就停开一台合成气压缩机)高压机共选用脱盐水m4台,不考虑备机,按5台的厂房设计。压缩机参数如下催化剂排气量(吸气状态下):24.3m3/min;计最大排气压力:31.4MPa;注:未包括维修、折旧摊销费,工资及福利费。中国煤化工CNMHG007年10月程林生等,利用焦炉煤气富氢催化转化制合成气的设计工艺47表3产品尿素消耗及生产成本估算表(吨尿素表5产品尿素消耗及生产成本估算表(吨尿素项目消耗量单价元成本/元备注项目消耗量单价元成本/备注液氨/0.56液氨t0.5681290732电№W电/Wh1400.35新鲜水m32.42.4循环水补充水新鲜水/m3241.02.4循环水补充水蒸汽/0.85蒸汽't0.85包装袋套20.5241工资及包装袋唐套20.5福利费工资及修理费75福利费折旧费118修理费摊销费折旧费摊销费4.2以煤为原料项目合成氨、尿素消耗及生产成本合计1120估算(见表4和表5)6600万元);若焦炉气价格按标准状态0.2元/m3表4中间产品合成氨消耗及生产成本估算表(吨氨】计,估算吨氨生产成本为1030元(不含折旧、工资电kWh13000.35455项目具有较强的成本竞争优势。当焦炉气价格按标新鲜水/m35.0105循环水补充水准状态04元加m3计时,与无烟块煤为原料的生产蒸汽/t0.2580尿素成本持平。脱盐水/m385结论催化剂合计1290本项目是国内外第一套大型化利用焦炉煤气生注:未包括维修折旧、摊销费、工资及福利费。产氮肥的项目是我院结合国内小装置20多年的生由表2~表5可知,原料焦炉气价格按标准状产实践经验,自主开发放大的创新项目其工艺技态0.1元h3计,本项目吨尿素生产成本较以无烟术成熟可靠作为山西省焦炉气综合利用生产尿素块煤为原料低220(年产30万t尿素,降低成本的示范工程备受关注。Technological process of synthesis gas catalyzedby oxygen-enrich using of coke oven gasCHENG Lin-sheng, CAO Yang, CHENG Guo-r(Shanxi Institute of Chemical Engineering Design, Taiyuan Shand 030024, China)Abstract: In this paper, the technological process, main equipment andent condition were introduced in the project of synthe-sis gas catalyzed by oxygen-enrich using of coke oven gas, and compared with 18 30 project with coal in production oost and econocal benifit. It is based on 180 000 t/a synthesis ammnia and 300 000 t/a urea produced by Shanxi Fengxi Huarui coal chemical indus-Key words: coke oven gas; catalytic reforming; synthesis ammina; ureaYH中国煤化工CNMHG