德士古煤气化和壳牌煤气化工艺生产甲醇的综合技术经济比较

第45卷第5期化肥设计Oct. 20072007年10月Chemical Fertilizer Design.3.专题综论德士古煤气化和壳牌煤气化工艺生产甲醇的综合技术经济比较胡四斌(五环科技股份有限公司,湖北武汉430223)摘要: 为选择以煤为原料生产甲醇的气化工艺,采用不同煤种,分别运用德士古煤气化工艺和壳牌煤气化工艺进行了综合技术经济对比;阐述了2种工艺路线的煤质特性、装置能力、工艺技术方案、公用工程单元配置、能耗、成本、投资以及工厂的经济效益。关键词:德士古煤气化工艺;壳牌煤气化工艺;甲醇;能耗;投资;成本中图分类号: TQS4;TQ223. 121文献标识码: A文章编号:1004 - 8901(2007)05 -0003 -06Technology & Economy Comparison for Producing Methanol byTexaco Coal Gasification & Shell Coal GasificationHU Si-bin( Wwhuan Tehnology Stock Corporation, Wuhan 430223 China)Abstract: Comprchensive tchnology & economy Comparison was separately made for using Texaco coal gasification process and Shell coal gasifica-tion process in which the dfferentt kinds of coal weme adopted taking the coal 出the raw material producing methanol; it was described for coal qualitycharacteristic , device capacity, process technology scheme , unit arrangement of utility, energy consume, cost, invest and economic benefit of plant ofthese two kinds of process lines.Key words: Texaco coal gasification Process; Shell coal gasification Process; methanol; energy consurne; invest; cost进人21世纪以后，国际原油价格大幅攀升,而1德士古煤气化工艺生产甲醇及CO我国的资源分布情况又属缺油少气,基于此,国内开始大力发展煤化工,尤其是以煤为原料生产甲醇1.1基本要求及其下游产品。近十年来,煤气化技术取得了飞速(1)原料煤和燃料煤原料煤采用神华煤, 燃的发展,成功开发了煤种适应性广、气化压力高、生.料煤采用义马煤。煤质典型组分见表1和表2。产能力大、气化效率高、污染低的新-代煤气化工表1原料煤煤质(神华神府煤)数据艺,主要有德士古(Texaco)水煤浆煤气化工艺和壳.序号分析项目规格牌(Shel)干粉煤气化工艺。1元索分析 (干基)0/% 2 Qar/MJ.kg-+ 30.952006年,五环科技股份有限公司根据某业主的77.183灰熔点/C要求为其醋酸装置提供甲醇及CO项目的工程技术4.59r1! 147咨询。工程技术咨询的内容为:采用不同煤种分别0.90T21 192运用德士古水煤浆气化工艺和壳牌干粉煤气化工"31 202艺生产甲醇及联产CO,从工艺方案、单元配置、装11.24T41 249置投资、消耗以及公共工程能力和建设周期等方面中国煤化工一J磨指数 55⑧对2种气化工艺进行了综合技术经济比较。工程技术咨询结论为:采用不同的煤气化工艺生产甲醇0HCN MH G-③标准含量为45注:①标比取入口刀心; N比取入口里川10及其下游产品,其工艺路线、公用工程配置.项目投资、产品成本以及工厂的经济效益是各不相同作者简介:胡四斌(1968年-) ,男,湖北武汉人,1992年毕业于大连的。笔者对此进行简要论述。理工大学无机化工专业,高级工程师,从事化工工艺设计工作。●4●化肥设计2007年第45卷表2燃料煤(河南义马煤)煤质数据l.2 工艺技术分析项目规格序号.1.2.1工 艺流程和物料平衡1工业分析MU/%8.4 |Odagf/% 12.6工艺方框流程见图1 ,物料平衡见表3。Mad/%4.79Ndag/% 0.77Ad/%18.68Sdaf/% 0.45产品甲醇9[甲醇精馈Vad/%30.91|3 灰熔融性IDT/C 1 270FCadU%45. 62|ST/C I 290原[空分酸气循环气7[Qar/MJ *kg-1 21.52FT/C 1 330媒气化片 交换2酸性气体「甲醇2元素分析Cdgf/%58. 95|4哈氏可磨指数(HCI) 52“ 脱除IT压缩合成Hda/%3.764热回收二酸性体t氢回收|(2)装置能力根据2 台φ3.2 mm气化炉在脱除11压力6.5 MPa 下的产气能力,气化装置总有效气燃料气「C0分离6(CO + H2)为180 000 m'/h,由此可确定工厂产品能及压缩力为:精甲醇54x10* t/a(67.43 Vh);一氧化碳产品C0。34.5x 10* V/a(34 500 m'/h)。图1德士古煤气化工艺生产甲醇工艺流程(3)外供蒸汽要求为醋酸装置提供的蒸汽0-氧气;1-粗煤气;2-变换气;3- 媒气;4-净化气;5-产品Co;6-燃料气;-酸气;8-净化气;9-产品甲醇品质为1.8 MPa ,340 C,100 Vh。表3德士古煤气化工艺生产甲醇物料平衡表物料名称原料煤氧气 粗煤气 变换气煤气净化气 产品CO燃料气酸气净化气 产品甲醇l.h-!__ mol/% mol% mol/% mol/%_ mol%_ mol/%mol/%_ mol/% mol/%物流编号(9组分H236.08 42.14 36.08 59.00 0. 1944. 690.02 48.0239.28 26.07 39. 2836.0098.5013. 53051.29CO223.4330. 6923. 434.333.9057.420. 380.280.3821. 690.20.40CH。0.10 0.09 0.10 0. 12).266. 250.12H2S0.660.5942.18COS0.01 0.01 0.010.03R0.020.15).338.04NH,(QH,OH)99.600.01 0.010.011. 9099.99合计73 0001000010气量/m3●.h-1121.66238 622 152 218 100 837 108 401 34 500 3 3853799 75 205 67. 43(V/h)温度/C37242.74030-554压力(绝)/MPa6.305.96. 155.603. 500.5.901.2.2工艺技术方 案和装置能力配置空压机和空气增压机采用高压蒸气透平驱动。(1)煤气化装置煤气化采用CE公司水煤浆(3) -氧化碳变换及热回收一氧化碳变换激冷流程,气化压力为6.5 MPa压力,主要工艺过采用一段2层耐硫变换,变换余热用于副产中压蒸程包括水煤浆制备、水煤浆气化、灰水处理等。煤汽、低压蒸汽、预热锅炉给水、除盐水,冷凝液经低磨机选用φ4 mx6.7 m湿式溢流型棒磨机3台,2压蒸汽汽提回用。开1备。单台磨机的煤处理能力为62.5 Vh。气化变换炉直径为φ3 200 mm ,选用热壁炉,1台。炉配置3台25 m'急冷式4气化炉,2开1备。催化剂型号为K8 -11H,装填量为上层8 m',下(2)空分装置空分采用内压缩液氧泵流程，层32 m’。主要工艺过程包括空气的过滤和压缩、预冷和纯化(4)酸性气体脱除酸性气体 脱除采用低温甲系统.冷量制取、空气精馏液体产品贮存和氮压站醇洗中国煤化工吸收系统,分别用等。煤气化正常工况下需氧量为73 000 m/h,选用于变YHCNMH G系统1套共用。变2套40 000 m'/h制氧能力的空分。空压机流量为换气甲醇洗涤塔为φ2 800 mmx47 450 mm,1台。煤230 000 m'/h,Ne=19 600 kW,2台全开。空气增压气甲醇洗涤塔为φ2 000 mm x59 000 mm,1台。机流量为120 000 m'/h,Ne=12 000 kW,2台全开。(5)合成气压缩 合成气压缩采用离心式联..第5期胡四斌德士古煤气化和壳牌煤 气化工艺生产甲醇的综合技术经济比较合压缩机组,新鲜气压缩至7.6 MPa(绝) ,循环气压抽汽轮发电机组发电30000kW,背压汽轮发电机缩至8.3 MPa(绝),压缩机轴功率为5075 kW,中组发电8450 kW ,共发电38 450 kW ,为工艺装置提压蒸汽透平驱动。供用电。全年燃料煤消耗量为67.05万t。(6)甲醇合成甲醇 合成采用国外甲醇合成技1.4能耗、操作成本和投资术,合成压力8.3 MPa(绝) ,甲醇催化剂由国外专利全厂综合能耗和原材料单价见表4(折精甲醇商供货,甲醇合成塔国产。甲醇合成塔φ3 800 mm,82. 70 Vh,以吨甲醇计算)。全厂投资估算见表5。表4综合能耗和原材料单价H=14 000 mm,2台。甲醉催化剂装量为38 m'/台。序号项目消耗单位折能/MJ 能耗/CJ单价/元(7)甲醇精馏甲 醇精馏采用三塔精馏工艺,原料煤/t1.47130. 95045.531570在常压塔后增设回收塔。塔内件采用塔板和规整填燃料煤/11.013 21. 52021.80048料。加压精馏塔φ2900 mm,H=38 000 mm,1台。蒸汽(1.8 MPa，-1.209 3 121.259-3.774120340 C)/t(8) CO分离CO分离采用引进深冷分离技电力/kW.h -13.927 11. 840-0.1650.47术,冷箱整体引进,产品CO纯度大于98. 5%。CO一次水/118.742 2.5120. 04711.0压缩机选用离心式CO压缩机,1台,从国外引进。燃料气/m’-40.931 6.025-0.247 0.50CO分三段进压缩机,产品CO的出口压力为3.5化学品43.77MPa,压缩机轴功率为1 080 kW,电驱动。耐火砖更换21. 67(9)冷冻冷冻采用节 能型双级离心式氨压缩总能耗63. 192制冷循环,离心式制冷压缩机采用中压蒸汽透平驱操作成本(吨甲醇) .1 236.80动。离心式制冷氨压缩机制冷量29 160 MJ/11 520注:蒸汽平衡富余的30.4 Vh低压蒸汽无用户,送老厂,能耗没有计MJ ,蒸发温度-40 C/4 C ,轴功率为5490kW,1台。算在内。13 公用工程2壳牌煤气化工艺生产甲醇及 CO(1)循环冷却水站根据 工艺装置和热电站2.1 基本要求循环冷却水消耗,循环水站设计规模为54 000 m'/h。(1)原料煤和燃料煤 原料煤和燃料煤均采循环冷却水给水压力0.40 MPa,回水压力≥0.2用义马煤,其煤质典型组分见表2。MPa,给水温度32 C,回水温度42 C ,温差10心。(2)装置能力根据1 台φ4850 mm气化炉全厂补充- -次水量为1 550 m'/h。在压力4.2 MPa下产气能力,气化装置总有效气(2)除盐水站为了 节约占地,节省投资,将(CO + H2)为150 000 m'/h,因此确定工厂“产品生产冷凝液处理站与除盐水站合建。除盐水制备设计能力为:精甲醇42.8x10* Va(53. 49 Vh);一氧化(制水)规模为360 m'/h, 冷凝液精制设计规模为碳34.5 x 10* t/a(34 500 m/h);600 m'/h。(3)外供蒸汽(3)污水处理站污水处理站主要处理装置要求为醋酸装置提供的蒸汽品质为1.8MPa,内煤气化污水、甲醇精馏生产污水、装置地面冲洗340 C ,100 Vh。水洗罐水及生活污水。装置设计能力为200 m'/h。2.2工艺技术方案(4)供电按照热能综合利用的原则设置热2.2.1工艺流程及物料平衡工艺方框流程见图2,物料平衡见表6。电站,电源侧总计算负荷为34 077 kW。设置1台产品甲静 9甲酸精馏25MW和1台12MW汽轮发电机组。正常工况下[空分]循环气的发电量为38450kW,此时可向外供电4373kW;当1台锅炉停运时,发电量为29530kW,此时可向煤气化，变换脱除1压缩合成F外供电78kW;当最大的1台发电机因故停止发电时需外供电21 002 kW。73酸性气体热回收脱除11 .l氢回收|(5)供热根据工艺装置蒸汽负荷 、动力负荷燃料气及电负荷的情况,供热站配置3台额定蒸发量240中国煤化工Vh高压循环流化床锅炉和1台25 MW抽汽凝汽式MYHC NMH G产品C0、汽轮发电机组、1台12 MW背压汽轮发电机组。正图2壳牌煤气化工艺生产甲醇工艺流程常工况下2台锅炉和2台汽轮发电机组同时运行，0-氧气;1一粗煤气;2-变换气;3- 煤气;4-净化气;5一产品CO;高压蒸汽消耗量为480 Vh,除满足供汽需要外,单6-燃料气;7-酸气;8 -净化气;9-产品甲醇;10- -CO2●6.化肥设计2007年第45卷表5德士古煤气化工艺生产甲醇投资估算估算价值/万元合计序号工程或费用名称设备购置费安装工程费建筑工程费其他建设费人民币/万元其中外汇C/万美元建设投资152 824. 4253 686. 3020 112.5652 098.88278 722. 168 864.96固定资产费用152 824.4253 686.3020 112. 5615 863.63242 486.916651.00工程费用20 112. 56 .226 623.286 651.004主要生产项目111 829.4232 925. 2210877.31155 631.956 651.00.煤贮运.2 126.72467. 881 914.914 509.51空分装置34 800.007 320.002 640.0044 760.003 600.00煤气化装置34 500.0014 400.003 900.0052 800.00 .76.00甲醇装置及DCS等其它装置40 402.7010 737.342 422.4053 562.442 475. 00辅助生产项目796.0025.00923. 831 744. 836公用工程38 321.0020 360. 486 983.0265 664. s0.供排水3 823. 604 116. 20992. 208 932.00供电及电信1 840. 40949. 18315.603 105. 18热电站及除盐水站32 602.0011 732. 602 078.3246 412.92总图运输55.00.3 090.903 145.90外管3 562.50506.004 068.50厂外工程1 878.00375. 601 328. 403582.00固定资产其他费用15 863. 63无形资产费用17151.5817 151.581 848.0010递延资产费用4 532.4711 预备费14 551.20340. 96基本预备费14551.2012 建设期贷款利息21 162. 0021 162.0013 流动资金全额流动资金12 755.00铺底流动资金3 826.503 826. 5014 项目总投资86 015. 88312 639. 168 864. 96表6壳牌煤气化生产 甲醇物料平衡表物料名称原料煤氧气 粗煤气 变换气煤气净化气产品CO燃料气酸气净化气产品甲醇CO2/t.h-1mol/% moL/% mol/% mol/% mol/% moL/% mol/% mol/% mol/%w/%mol/%物流编号2391组分H220.02 44.67 20.02 67.44 0.19 27.69 0.02 21.740.372070.62 18.04 70.62 27.23 98.50 12.61 (76.670.117.0235.677.023. 804.35 57.42098. 88V20.38 1.32 0.91 1. 32.1.38 0.72 48.33 0.2 1.430.60CH40.020.02 0.020.02 0.26 0.73 0 0.020.01H2S0.720.58 0.720 42.180.00CoS0.130.01 0. 130 0.03AR0.02 0.120.08 0. 120.334.390.15 0.13NH,(CH,OH)99.60 0.030.01 0.03中国煤化工99.99 .58000 10099.99 100100气量/m' .h-196.5165 490157038 56 823103 829.MYHCNMH G 5.4.40) 420000温度/C40166 40 403(5 40 -5580压力(绝)/MPa.65 3.803.35 3. 653.20 3. 500.50.18 3. 50.45. 1/8.0第5期胡四斌德士古煤 气化和壳牌煤气化工艺生产甲醇的综合技术经济比较.7.2.2.2工艺技术方 案和装置能力配置(9)冷冻冷冻采用节能型双级离心式氨压(1)煤气化装置煤气化采用Shell公司干粉缩制冷循环,离心式制冷压缩机采用中压蒸汽透平驱煤气化废锅流程,采用CO2输送煤粉,气化压力为动。离心式制冷氨压缩机制冷量25 920 MI/8 280 MJ,4.2 MPa,其主要工艺过程包括:磨煤及干燥、煤加蒸发温度-40 C/4 C ,轴功率为5 030 kW,1台。压及输送、煤气化、除渣、除灰、湿洗、初步水处理23公用工程等。煤磨机选用辊盘式中速磨煤机2台,2台全开。(1)循环冷却水站根据工 艺装置和热电站循单台处理能力为61.5 Vh。气化炉配置1台,φ4 850环冷却水消耗,循环水站设计规模为42 400 m'/h。循环冷却水给水压力0.40MPa,回水压力mm,内件为水冷壁式结构。(2)空分装置空分采用内压缩液氧泵流程，≥0.2 MPa,给水温度32 C,回水温度42 C,温差主要工艺过程包括空气的过滤和压缩、预冷和纯化10C。全厂补充- -次水量为1 446 m2/h。 ,系统冷量制取和空气精馏、液体产品贮存等。煤(2)除盐水站为节约占地, 节省投资,冷凝.气化正常工况下需要氧气量为58 000 m'/h,故选用液处理站与除盐水站合建。除盐水制备设计(制1套60 000 m'/h制氧能力的空分。空压机流量为水)规模380 m'/h,冷凝液精制设计规模460 m'/h。(3)污水处理站污水处理站主要处理装置277 000 m'/h,Ne =23 610 kW。空气增压机流量为内煤气化污水、甲醇精馏生产污水、装置地面冲洗181 000 m'/h,Ne=15 190 kW。空压机和空气增压水洗罐水及生活污水。装置设计能力为50 m2/h。机采用高压蒸气透平驱动。(3)一氧化碳变换及热回收 - -氧化碳变换(4)供电按照热能综合利用的原则设置热采用两段耐硫变换,变换余热用于副产低压蒸汽、电站,电源侧总计算负荷为35 721 kW。设置1台预热锅炉给水、除盐水,冷凝液经泵加压送煤气化。25 MW和1台12 MW汽轮发电机组。正常情况下的发电量为38 450 kW ,此时可向外供电2729 kW;第-变换炉φ3 000 mm,选用热壁炉,1台,催化剂型号当1台锅炉停运时，自备电站的发电量为29530K8 -11H,装填量27 m'。第二变换炉φ3 400 mm,选用kW ,此时需外供电1 865 kW ;如果最大1台发电机热壁炉,1台,催化剂型号K8 -11H,装填量42 m'。因故停止发电时需外供电22 945 kW。(4)酸性气体脱除酸性气体脱除采用低温(5)供热根据工艺装置蒸汽负荷、动力负荷甲醇洗工艺技术,低温甲醇洗为2套吸收系统,分及电负荷的情况,供热站配置3台额定蒸发量220别用于变换气和煤气的酸气脱除,再生系统1套共t/h高压循环流化床锅炉和1台25 MW抽汽凝汽式用。变换气甲醇洗涤塔规格为φ3 500 mm x62 800汽轮发电机组、1台12 MW背压汽轮发电机组。正mm,1台。煤气甲醇洗涤塔规格为φ2 000 mm x常工况下2台锅炉和2台汽轮发电机组同时运行,59 000 mm,1台。高压蒸汽消耗量为440 Vh,除满足供汽需要外,单(5)合成气压缩 合成气压缩采用离心式联抽汽轮发电机组发电30000kW,背压汽轮发电机合压缩机组,新鲜气压缩至7.6 MPa(绝) ,循环气压组发电8450kW,共发电38450kW,为工艺装置提缩至8.3 MPa(绝),压缩机轴功率为8578 kW,中供用电。全年燃料煤消耗量为65.44万t。压蒸汽透平驱动。2.4能耗、操作成本及投资(6)甲醇合成甲醇 合成采用国外甲醇合成全厂综合能耗及原材料单价见表7(折精甲醇技术,合成压力8.3MPa(绝),甲醇催化剂由国外专68. 76 Vh,以吨甲醇计算)。全厂投资见表8。利商供货,甲醇合成塔国产。甲醇合成塔直径表7综合能耗及原材料单价φ3 800 mm,H=14 000 mm,1台。甲醇催化剂装量号项目消耗单位折能/MJ 能耗/CJ 单价/元为44 m'/台。1原料煤/t1.40321.520 30. 193480燃料煤/t1. 19021.520 25. 60980(7)甲醇精馏甲 醇精馏采用三塔精馏工艺,3 蒸汽(1.8MPa， - 1.209 3121.259 - 3.774 120在常压塔后增设回收塔。塔内件采用塔板和规整340 C)/t填料。加压精馏塔φ2800 mm,H =38000 mm,1台。4电力/kW.h15.852 11.840 0.188 0.47(8) Co分离CO分离采用引进深冷分离技中国煤化工0.05281.0术,冷箱整体引进, CO纯度大于98. 5%。CO压缩-0.2880. 50HCNMHG机选用离心式CO压缩机,1台,从国外引进。CO分23.453段进压缩机,产品CO的出口压力为3.5 MPa,压总能耗51.981操作成本(吨甲醇)1 118. 62缩机轴功率为1 600 kW ,电驱动。●8●化肥设计2007年第45卷表8壳牌煤气化工艺生产甲醇投资估算估算价值/万元合计序号工程或费用名称设备购置费安装工程费建筑工程费其他建设费人民币/万元 其中外汇/万美元156 840. 4241 386. 8720 084.9353 013.41271 325. 638 687.12固定资产费用156 840.4217 609.24235 921. 476 788.00工程费用218 312. 22.4主要生产项目119 765.2623 145. 49.10 988.39153 899. 14煤贮运1 933. 38425. 341 740. 834 099.55空分装置28 680. 00933. 80728.6430 342. 442 200.00煤气化装置53 207.00 .13 090.006 608. 8072 905. 802 800.00甲醇装置及DCS等其他装置35 944. 888 696. 351 910.1246 551.351 788. 005辅助生产项目876.0025.00923. 831 824.836公用工程34 544. 1617 853. 386 695.7159 103.25供排水及管网.污水处理3 124. 443 282. 90796.547 203. 88供电及电信1 932.42996.64331.383 260. 44热电站及除盐水站29 442. 3010 367. 592021.4941 831.38总图运输55.003 090.903 145. 90外管3 206.25455. 403 661.657厂外工程1 645.00363.001 477.003 485. 008固定资产其他费用9无形资产 费用16473.8616 473.86，1 540.000递延资产费用.4 773. 1911 预备费14 157.1114 157. I1334. 1212 建设期贷款利息20 560. 0020 560.0013流动资金全额流动资金10 602.6010 602. 60铺底流动资金3 180.7814项目总投资41 386.8784 176.01302 488. 238 687. 12(4)从全厂投资来分析,采用德士古煤气化工3综合比较结果分析艺的投资为4 730元/t甲醇,采用壳牌煤气化工艺通过综合技术经济比较以及借鉴国内2种气的投资为5 500元/t甲醇,两者相差770元/t甲醇。化工艺已成功运行经验,可以得出以下结论。主要原因是壳牌煤气化装置引进范围较大,投资较高。(1)从已运行的工业化装置来分析,德士古煤(5)从操作成本来分析,以市场神华煤的价格气化工艺比壳牌煤气化工艺对煤种的选择性要求570元1、义马煤的价格480元/t计算(如果按实际高,国内适合德士古煤气化工艺且有运行经验的煤热值计算,以神华煤为基准,义马煤价应为396元/t)，种不多。由于受到资源及储量等方面限制,适合于德士古煤气化工艺生产甲醇操作成本为1 236.8德士古煤气化工艺的煤价会越来越高，其经济性也元/吨甲醇,壳牌煤气化工艺生产甲醇操作成本为将受很大影响。1 118. 62元/吨甲醇,两者相差118. 18元/吨甲醇。(2)从工艺路线来分析,2种气化工艺配置差静态投资回收期为:7.0+118.18=6.5(a),项目投别不大,气化压力高的有一定优势。资回收期相对较短。(3)从全厂综合能耗来分析,采用壳牌煤气化综上所述,壳牌煤气化工艺生产甲醇投资高，工艺生产甲醇的全厂综合能耗明显低于德士古煤但能耗低、操作成本低,而两者工艺路线及配置差气化I艺,吨甲醇能耗差值达到11.21 GJ/t。 综合别不一中国煤化工开发商来讲,经能耗低的主要原因是壳牌煤气化工艺的热效率比济效:煤价是首要考虑德士古煤气化工艺高,热能利用率也高,德士古煤因素，c N M H G煤气化工艺的优气化工艺大量的低品位能量(低压蒸汽为30.4 Vh)势则越显著。无下游用户,而且碳转化率也较低。修改稿日期: 2007-06-12