煤制120萬(wàn)噸甲醇與轉(zhuǎn)化烯烴項(xiàng)目工藝技術(shù)方案

. .. .. .第五章 技術(shù)方案5.1備煤裝置5.1.1概述備煤裝置的任務(wù)是將原料煤磨碎、干燥，為氣化裝置和熱力系統(tǒng)提供合格的原料和燃料。原煤來(lái)自工廠界外的煤筒倉(cāng)（煤筒倉(cāng)由煤礦考慮），經(jīng)原煤貯運(yùn)系統(tǒng)送至本裝置。本裝置包括熱力系統(tǒng)原料煤制備1個(gè)系列和氣化原料煤制備3個(gè)系列。所使用的原料煤規(guī)格和用量列入表5-1和表5-2。表5-1煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)項(xiàng)目氣化用煤燃料用煤水分Mar%6.505.50灰分Aar%20.0030.00揮發(fā)分Var%29.4025.80C62.3754.73元素分析H3.823.35N0.880.77ar%S0.510.52O5.925.13發(fā)熱量Qnet,arMJ/kg24.3221.33可磨系數(shù)HGI6565灰熔點(diǎn)FT，℃16101610表5-2煤粉成品規(guī)格和用量裝置成品規(guī)格方案成品量原煤量粒度水份t/ht/dt/d>94%<250μm方案Ⅰ20950105251氣化100%<500<2%20950105251μm方案Ⅱ熱力<13mm方案Ⅰ1674013401316740134013方案Ⅱ.下載可編輯 .. .. .. . 工藝技術(shù)方案選擇國(guó)內(nèi)外常采用的煤制備流程有中間貯倉(cāng)式和直吹式兩種流程 。采用的磨煤機(jī)有以下3種形式：低速磨即鋼球磨煤機(jī) ，適用煤種廣泛。一般適用于中 、小規(guī)模。中速磨即輥盤式磨煤機(jī) ，也稱立式磨 ，適用于磨損性較強(qiáng)的煙煤 、貧煤和褐煤，最適宜原煤水分在 25%以下，HGI指數(shù)在35～100的煤種。高速磨如風(fēng)扇磨 ，適用于高水分、低灰分、磨損性不強(qiáng)的褐煤 。由于中速磨具有適用性廣 、能耗低、鋼耗低、檢修方便、噪音低等特點(diǎn) ，因而得到廣泛的應(yīng)用。不僅在大中型電站，而且在冶金、建材、化工等行業(yè)都采用中速磨煤。我國(guó)已有北京、上海、沈陽(yáng)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)形成系列生產(chǎn)，并且使用情況良好。(1)煤粉制備系統(tǒng)型式本項(xiàng)目氣化裝置使用 GSP粉煤加壓氣化工藝技術(shù) ，煤粉需用高壓 CO2輸送，需設(shè)置粉煤加壓筒倉(cāng) ，因此，煤粉制備系統(tǒng)采用中間貯倉(cāng)式 。(2)磨機(jī)形式采用輥盤式中速磨煤機(jī) 。(3)干燥熱源根據(jù)原煤揮發(fā)分高、易燃易爆的特點(diǎn)，干燥介質(zhì)以熱風(fēng)爐煙氣為主，并補(bǔ)充部分氮?dú)庖钥刂蒲鹾?，并采用氮?dú)庾鳛橄到y(tǒng)的消防用氣，確保系統(tǒng)安全。為減少煤塵排放量，節(jié)約能耗，干燥熱風(fēng)大部分循環(huán)使用，部分排放，以平衡系統(tǒng)的濕含量。干燥用熱風(fēng)可由燃煤熱風(fēng)爐、燃?xì)鉄犸L(fēng)爐或全廠鍋爐提供，三種方案比較見(jiàn)表5-3。表5-3備煤裝置干燥方案比較項(xiàng)目燃?xì)鉄犸L(fēng)爐燃煤熱風(fēng)爐鍋爐煙道氣燃料種類燃料氣煤粉450℃煙道氣主要設(shè)備配置燃?xì)鉄犸L(fēng)爐燃煤熱風(fēng)爐熱煙氣鼓風(fēng)機(jī)電消耗電耗最低電耗低電耗高工藝流程簡(jiǎn)單復(fù)雜最簡(jiǎn)單設(shè)備臺(tái)數(shù)臺(tái)數(shù)少臺(tái)數(shù)多臺(tái)數(shù)少占地面積占地面積小占地面積大煙氣管道占地面積大.下載可編輯 .. .. .. .項(xiàng)目燃?xì)鉄犸L(fēng)爐燃煤熱風(fēng)爐鍋爐煙道氣操作條件操作條件好操作條件差操作條件好廢渣排放無(wú)廢渣排放有廢渣排放不增加廢渣排放對(duì)煤粉質(zhì)量影響無(wú)影響煙氣中灰分會(huì)增加煤煙氣中灰分會(huì)增加煤粉中灰分含量粉中灰分含量技術(shù)復(fù)雜程度不復(fù)雜較復(fù)雜高溫大風(fēng)量高壓頭風(fēng)機(jī)難以解決工廠開車時(shí)無(wú)副產(chǎn)燃工廠開車時(shí)，運(yùn)行備工廠開車時(shí)，因先啟料氣提供。為運(yùn)行，備動(dòng)鍋爐系統(tǒng)，運(yùn)行備煤開車情況煤裝置，直接用燃料煤裝置開車需用燃料裝置，直接用鍋爐煙道煤。油。氣。從表5-3可以看出，燃?xì)鉄犸L(fēng)爐方案流程緊湊，設(shè)備少、投資低、生產(chǎn)管理方便、對(duì)環(huán)境污染少，燃料氣的煙氣對(duì)煤粉的污染輕。燃煤熱風(fēng)爐方案流程復(fù)雜、設(shè)備多、投資高、生產(chǎn)衛(wèi)生及操作條件較差，煙塵混入煤粉中將提高其灰分含量。鍋爐煙道氣方案存在高溫大風(fēng)量高壓頭風(fēng)機(jī)難以解決的技術(shù)難題，大直徑煙道氣管道布置也存在困難。而本項(xiàng)目后續(xù)合成工藝將產(chǎn)生燃料尾氣，正好可用作熱風(fēng)爐燃料，因此，本報(bào)告推薦采用燃?xì)鉄犸L(fēng)爐方案。(4)煤粉分離收集方式國(guó)內(nèi)過(guò)去常采用多細(xì)粉分離器加多管旋風(fēng)、袋式收塵器的多級(jí)收塵方式，系統(tǒng)流程長(zhǎng)、設(shè)備多、阻力大、運(yùn)行故障多、尾氣往往難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已逐步改進(jìn)為大型長(zhǎng)袋低壓噴吹式收塵器一級(jí)分離收塵的方式，流程大為簡(jiǎn)化，設(shè)備少、阻力降低、運(yùn)行故障少，可以保證尾氣達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)在消化吸收的基礎(chǔ)上已日臻成熟，已在各行業(yè)推廣應(yīng)用。本報(bào)告推薦采用大型長(zhǎng)袋低壓噴吹袋式收塵器，一級(jí)分離收塵技術(shù)。煤粉的貯存和輸送本項(xiàng)目成品煤粉含水量為 < 2%，為防止煤粉結(jié)拱堵塞 ，擬采用如下貯存和輸送技術(shù)方案：煤粉貯倉(cāng)、溜管、輸送設(shè)備均保溫伴熱 ，防止結(jié)露。煤粉貯倉(cāng)錐底出口附近加氣流板充N2氣流化助流。氣化爐操作壓力高，氣化用煤粉采用高壓CO2氣密相輸送，輸送比400kg/m3。.下載可編輯 .. .. .. .備煤裝置的系列配置和磨機(jī)的設(shè)置備煤裝置的系列配置和磨機(jī)設(shè)置基于下述三個(gè)方面：備煤裝置兩個(gè)煤制備系統(tǒng)的系列數(shù)與下游氣化裝置和熱力系統(tǒng)的系列數(shù)相對(duì)應(yīng)，以便于操作和管理。磨機(jī)能力適當(dāng)留有富裕量，并設(shè)置備用機(jī)，以保證工藝生產(chǎn)正常。為此，氣化原料煤制備設(shè)置3系列生產(chǎn)線，熱力系統(tǒng)原料煤制備設(shè)置1個(gè)系列。按照單系列的處理能力，氣化原料煤制備系統(tǒng)每個(gè)系列設(shè)置1臺(tái)磨機(jī)。5.1.3工藝說(shuō)明氣化用的原煤由原煤貯運(yùn)系統(tǒng)的帶式輸送機(jī)送入磨機(jī)前碎煤倉(cāng)中，通過(guò)稱重給煤機(jī)加到輥盤式中速磨中磨粉，從燃?xì)鉄犸L(fēng)爐送來(lái)的煙道氣與循環(huán)氣在混合器中混合，用調(diào)溫風(fēng)機(jī)送來(lái)的冷空氣將熱風(fēng)調(diào)配到需要的溫度后，熱風(fēng)送入中速磨將磨粉干燥，合格的煤粉吹入煤粉袋濾器中，分離下來(lái)的煤粉經(jīng)袋濾器排粉螺旋、排粉旋轉(zhuǎn)給料閥、螺旋輸送機(jī)送入煤粉倉(cāng)中，煤粉倉(cāng)可貯存15h用量的煤粉。經(jīng)分離后的尾氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后，部分循環(huán)至混合器，部分排入大氣，排入大氣中的尾氣量根據(jù)煤的濕含量平衡通過(guò)比例調(diào)節(jié)器控制。干燥后的煤粉通過(guò)系列輸送系統(tǒng)送至氣化爐，輸送系統(tǒng)主要由煤粉給料斗、煤粉鎖斗、高壓煤粉發(fā)送斗和煤粉輸送管組成。在煤粉鎖斗處于常壓狀態(tài)時(shí)，打開上閥使煤粉給料斗中的煤粉通過(guò)旋轉(zhuǎn)給料器流入鎖斗，料滿后關(guān)閉上閥，通入高壓N2加壓至4.5MPa后，打開下閥使煤粉自流進(jìn)入高壓煤粉發(fā)送斗，卸完后關(guān)閉下閥，排出N2降至常壓再重復(fù)上述過(guò)程。高壓給煤斗可貯存0.5h用量煤粉。高壓煤粉倉(cāng)中的煤粉用高壓CO2經(jīng)管道送往氣化爐頂部噴嘴。煤粉倉(cāng)排出的氣體、鎖斗中排出的氣體及給煤斗排出的氣體經(jīng)煤斗倉(cāng)頂過(guò)濾器收塵后排入大氣。分離下來(lái)的煤粉經(jīng)袋濾器排粉螺旋排入煤粉倉(cāng)。碎煤倉(cāng)設(shè)有倉(cāng)頂袋濾器和排風(fēng)風(fēng)機(jī)，所有袋濾器均采用N2噴吹清灰。中速磨配備有密封風(fēng)機(jī)和潤(rùn)滑、液壓系統(tǒng)，并設(shè)置了設(shè)備檢修用懸掛起重機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)消防用氣及助流流化用氣均采用N2。.下載可編輯 .. .. .. . 主要設(shè)備選擇氣化裝置用原料煤磨煤機(jī)選用 ZGM113G輥盤式中速磨煤機(jī) ，配置4臺(tái)，3開1備。磨機(jī)數(shù)量計(jì)算如下 ：表5-4磨機(jī)數(shù)量設(shè)計(jì)序號(hào)項(xiàng)目單位氣化原料煤制備系統(tǒng)1單臺(tái)磨機(jī)處理能力t/h852系統(tǒng)磨機(jī)數(shù)量t/h4（3開1備）3系統(tǒng)磨機(jī)處理能力t/h2554系統(tǒng)正常處理量t/h227煤粉袋式收塵器選用國(guó)內(nèi)開發(fā)的長(zhǎng)袋低壓大型脈沖噴吹高濃度煤粉袋式收塵器 ，過(guò)濾氣速 1m/min ，進(jìn)口含塵濃度小于 1000g/Nm 3 ，排出口含塵濃度小于10mg/Nm 3 。除氣化裝置用的煤粉貯倉(cāng)鎖斗的進(jìn)出口閥門需要進(jìn)口外 ，本裝置的其他設(shè)備及其輔助設(shè)備均為國(guó)產(chǎn) 。5.2 空分 概述空分裝置的作用是為氣化裝置提供所需的氧氣和輸送煤粉用的高壓氮?dú)庖约肮霉こ趟璧牡蛪旱獨(dú)?。本裝置的主要產(chǎn)品為 ：表5-5空分裝置產(chǎn)品一覽表名稱規(guī)格單位流量用戶氧氣純度：99.6%Nm3/h112094煤氣化裝置壓力：4.8MPa高壓氮?dú)饧兌龋?9.99%Nm3/h263備煤和氣化裝置壓力：5.5MPa低壓氮?dú)饧兌龋?9.99%Nm3/h10506備煤裝置壓力：0.6MPa低壓氮?dú)饧兌龋?9.99%Nm3/h7128酸性氣體脫除壓力： 0.6MPa.下載可編輯 .. .. .. .本裝置采用 3套制氧能力為 40000 Nm3/h 的空分設(shè)備以與氣化裝置 3個(gè)系列3臺(tái)氣化爐相匹配 ，總的供氧能力為 120000Nm3/h。 工藝技術(shù)方案選擇空分技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的不斷發(fā)展 ，現(xiàn)在已步入大型全低壓流程的階段 ，能耗不斷降低。大型全低壓空分裝置整個(gè)流程由空氣壓縮 、空氣預(yù)冷、空氣凈化、空氣分離、產(chǎn)品輸送所組成 ，其特點(diǎn)是：(1)采用高效的兩級(jí)精餾制取高純度的氧氣和氮?dú)?。采用增壓透平膨脹機(jī)，利用氣體膨脹的輸出功直接帶動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)以節(jié)省能耗，提高制冷量。(3)熱交換器采用高效的鋁板翅式換熱器 ，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效率高。采用分子篩凈化空氣，具有流程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大延長(zhǎng)裝置的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期。由于產(chǎn)品氧氣的用戶對(duì)氧氣的壓力有一定要求 ，純氧又是一種強(qiáng)氧化介質(zhì) ，氧氣的增壓工藝常常成為研究的一個(gè)重點(diǎn) 。氧氣的增壓有兩種方式 ，即采用氧氣壓縮機(jī)和液氧泵，前者壓縮介質(zhì)為氣氧 ，在冷箱外壓縮 ；后者壓縮介質(zhì)為液氧 ，在冷箱內(nèi)壓縮，分別稱為外增壓流程和內(nèi)增壓流程 。最近制造廠又推出雙泵內(nèi)增壓流程 ，即根據(jù)用戶對(duì)高壓氧氣 、高壓氮?dú)獾囊?，分別用液氧泵 、液氮泵在冷箱內(nèi)壓縮氣化后輸出，其顯著優(yōu)點(diǎn)是投資省 、維修費(fèi)用低、安全可靠性高 。我國(guó)的空分制造廠與擁有世界一流技術(shù)的德國(guó)林德 (LINDE)公司、美國(guó)空氣產(chǎn)品和化學(xué)品公司 (APCI)、法國(guó)空氣液化公司等都建立了技術(shù)合作關(guān)系 ，能合作制造大型空分設(shè)備。本項(xiàng)目氣化裝置要求使用純度為 99.6%，壓力為4.8MPa的氧氣，氧量為112094Nm3/h，，具有氣用量大 、壓力高的特點(diǎn) 。因此本研究需要對(duì)空分裝置的氧氣增壓流程和裝置的系列數(shù)作出選擇 。從能耗上看，相同制氧能力的空分裝置 ，采用內(nèi)壓縮流程和外壓縮流程的實(shí)際功耗相近。因?yàn)椋M管內(nèi)增壓流程使用了空氣增壓機(jī)來(lái)提供系統(tǒng)的部分制冷量 ，多壓縮了氮?dú)?，理論上要多消耗了壓縮功 ，但是空氣增壓機(jī)的效率比氧壓機(jī)高 ，氧壓機(jī)實(shí)際.下載可編輯 .. .. .. .運(yùn)行往往偏離其設(shè)計(jì)工況，兩者實(shí)際的功耗是很接近的。從安全方面分析，盡管外增壓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，國(guó)內(nèi)用戶使用的氧壓機(jī)（包括進(jìn)口氧壓機(jī)）有多臺(tái)次發(fā)生過(guò)燃燒事故，而內(nèi)增壓流程從未出現(xiàn)過(guò)類似事故。從投資上看，兩種流程相接近，內(nèi)增壓流程稍低一些。此外，使用液氧泵的內(nèi)增壓流程比使用氧壓機(jī)的外增壓流程操作、管理更為方便，維修工作量少，占地也少。因此，本研究推薦內(nèi)增壓流程。本項(xiàng)目的氣化裝置采用3系列3臺(tái)氣化爐并聯(lián)運(yùn)行，為了便于裝置的運(yùn)行和管理，并盡量節(jié)約投資，本研究推薦采用3系列3套40000Nm3/h空分裝置并聯(lián)運(yùn)行的方式。目前國(guó)產(chǎn)40000Nm3/h空分裝置運(yùn)行良好，并正在建設(shè)50000Nm3/h級(jí)裝置，因此建議采用國(guó)內(nèi)廠家的空分設(shè)備。5.2.3工藝說(shuō)明從大氣吸入的空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器濾去灰塵與機(jī)械雜質(zhì)后，入空氣壓縮機(jī)加壓至0.67MPa，然后進(jìn)入空氣冷卻塔?？諝庠诳绽渌露闻c被污氮冷卻的循環(huán)冷卻水逆流接觸而降溫。然后通過(guò)上段與經(jīng)液氨冷卻的冷凍水逆流接觸，降溫到12℃入分子篩吸附器，清除空氣中的水份、二氧化碳和碳?xì)浠衔?。凈化空氣分成二股：一股直接進(jìn)入冷箱經(jīng)主換熱器被冷卻至接近露點(diǎn)，入精餾塔下塔進(jìn)行預(yù)分離，另一股導(dǎo)入增壓機(jī)，入增壓機(jī)的空氣又被分為二股：一股從增壓機(jī)的中間級(jí)抽出，在高壓氮換熱器中冷卻液化，然后通過(guò)節(jié)流降壓而補(bǔ)充裝置運(yùn)行所需的冷量；其余的從增壓機(jī)的最終級(jí)壓出，再分為二路：一路通過(guò)高壓氮換熱器的上半段冷卻后，入膨脹機(jī)進(jìn)行絕熱膨脹制冷，然后導(dǎo)入下塔；另一路通過(guò)膨脹機(jī)的增壓透平進(jìn)一步升壓后與高壓液氧 （一部分與高壓液氮 ）換熱而液化，然后節(jié)流降壓 ，節(jié)流后的氣體并入下塔 ，液體空氣直接導(dǎo)入上塔分離或一部分先入下塔預(yù)分離 。從精餾塔上塔底部抽出液氧 ，由液氧泵加壓至 5.0MPa，復(fù)熱氣化后出冷箱 ，作為產(chǎn)品氧氣送氣化裝置 。從主冷凝器抽取液氮 ，經(jīng)液氮泵加壓至 6.0MPa，復(fù)熱氣化后出冷箱 ，去備煤裝置輸送煤粉用 。.下載可編輯 .. .. .. .由下塔頂部抽出 0.6MPa氣氮，經(jīng)主換熱器復(fù)熱后出冷箱 ，一部分供備煤裝置干燥系統(tǒng)用氮，一部分供酸性氣體脫除裝置用氮 ，剩余部分供給公用工程用戶 。上塔頂部引出的不純氮?dú)饨?jīng)換熱器復(fù)熱后出冷箱。由于其干燥無(wú)水，一部分作為分子篩再生用氮，一部分入水冷卻塔，通過(guò)氣提使循環(huán)冷卻水得到冷卻；剩余部分送儀表空壓站作氣源。5.3 煤氣化技術(shù)本裝置是將原料煤通過(guò)煤氣化爐，獲取以合成氣(CO+H2)為主要成分的煤氣，裝置日處理煤量為5010t，由3臺(tái)日處理煤量2000t的氣化爐組成，設(shè)置3個(gè)系列，每個(gè)系列1臺(tái)，采用未來(lái)能源公司（FUTUREENERGYGmbH，簡(jiǎn)稱FE）的GSP加壓粉煤氣化技術(shù)。 煤氣化工藝技術(shù)選擇現(xiàn)代先進(jìn)的煤氣化技術(shù)主要包括 ：德國(guó)未來(lái)能源公司的 GSP粉煤加壓氣化技術(shù) 、荷蘭 Shell公司的 SCGP粉煤加壓氣化工藝 、美國(guó)Texaco公司的水煤漿加壓氣化工藝、美國(guó)CococoPhillips 公司的E-gas兩段水煤漿加壓氣化工藝 、德國(guó)Lurgi公司的Lurgi塊煤加壓氣化工藝和德國(guó)的 HTW流化床氣化工藝 。在水煤漿加壓氣化工藝中 ，E-gas工藝的技術(shù)指標(biāo)較好 ，但操作經(jīng)驗(yàn)較少 ，商業(yè)應(yīng)用不多。Texaco工藝近十年來(lái)在中國(guó)的化肥和甲醇工業(yè)中有四套商業(yè)應(yīng)用的業(yè)績(jī) ，另有幾套裝置在建設(shè)中 。Lurgi工藝是最早工業(yè)化的加壓氣化工藝 ，是一種固定床塊煤氣化工藝 。Lurgi工藝以塊煤為原料 (粒度 6mm～50mm)，適用于不粘結(jié)或弱粘結(jié)性和灰熔點(diǎn)較高的褐煤和活性好的次煙煤煤種 。世界上使用 Lurgi 工藝的工業(yè)裝置較多 ，操作經(jīng)驗(yàn)比較豐富，氧氣消耗較低 ；但煤氣中 CH4含量高(約10%，干基)，有效氣體(CO+H2)含量相對(duì)較低，比較適合于城市煤氣的生產(chǎn)或多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 。Lurgi 工藝副產(chǎn)的煤氣水中焦油及酚含量高，污水處理較為復(fù)雜 。國(guó)內(nèi)有兩家化肥廠和兩家城市煤氣廠采用此工藝技術(shù)。Shell公司的SCGP工藝和FE公司的GSP工藝都是干煤粉加壓氣流床氣化工藝 ，是最先進(jìn)的煤氣化工藝之一 ，二者均已被成功地用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工廠或甲醇聯(lián)產(chǎn)的.下載可編輯 .. .. .. .商業(yè)運(yùn)營(yíng)，同時(shí)這兩種工藝在國(guó)內(nèi)的商業(yè)裝置也正在興建或引進(jìn)中 。流化床氣化技術(shù)在德國(guó)已得到工業(yè)應(yīng)用 ，在朝鮮、印度也有長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) 。美國(guó)的U-Gas、KRW等技術(shù)在氣化爐排灰含碳 、飛灰循環(huán)等方面取得了實(shí)際進(jìn)展 ，但最成熟的還是德國(guó)的 HTW工藝技術(shù)。目前國(guó)際上技術(shù)比較成熟，工藝指標(biāo)比較先進(jìn)、業(yè)績(jī)較多的GSP工藝、SCGP工藝、HTW工藝、Lurgi工藝和Texaco工藝的比較見(jiàn)表5-6。表5-6 煤氣化工藝比較序號(hào) 項(xiàng)目氣化工藝適用煤種

GSP粉煤Shell粉煤Texaco水煤漿HTW流化床Lurgi塊煤氣化氣化氣化氣化氣化氣流床、液態(tài)氣流床、液態(tài)氣流床、液態(tài)流化床、固態(tài)排固定床、固態(tài)排渣排渣排渣渣排渣褐煤、次煙褐煤、次煙次煙煤、煙次煙煤、煙煤、褐煤、次煙煤、煙煤、無(wú)煤、煙煤、無(wú)煤、油渣等油渣等煤、無(wú)煙煤等煙煤、油渣等煙煤、油渣等3氣化壓力(MPa)2.0~4.02.0~4.04.0~6.51.0~2.52.0~3.24氣化溫度(℃)1400~16001400~16001300~1400950~1100950~12505單爐最大處理25002500200020001000~1300能力(t/d)1000Nm3有效6氣耗氧量,330~360330~360380~430260~340267~350(Nm3)7碳轉(zhuǎn)化率,(%)999996~9890~9588~958冷煤氣效率,(%)78~8378~8370~7668~7565~759有效氣含量,(%)～9090~94~8070~80~6510總熱效率,(%)90（激冷流98（廢鍋流90~959580~90程）程）11操作彈性,(%)50~13050~13070~11070~11030~11012技術(shù)成熟度高高高高高13建廠投資較低較高較低低低.下載可編輯 .. .. .. ..下載可編輯 .. .. .. .因本項(xiàng)目所使用的原料煤屬氣煤或1/3焦煤，具有一定的粘結(jié)性，不適宜Lurgi爐操作，同時(shí)Lurgi工藝受原料粒度的限制、合成氣產(chǎn)率較低、氣化副產(chǎn)物處理復(fù)雜等不利因素，在此不適于采用，因此，只將GSP工藝、SCGP工藝、HTW工藝和Texaco工藝比較說(shuō)明如下 ：HTW流化床氣化工藝HTW流化床氣化工藝由德國(guó) Rheinbraun-AG （RWE-Group）開發(fā)，是在常壓溫克勒氣化工藝的基礎(chǔ)上改進(jìn)開發(fā)的，主要提高了氣化爐操作的溫度和壓力，主要適合于褐煤氣化，其在Wesseling示范廠最大規(guī)模已達(dá)到1500t/d，高效而且成本低廉。其主要特點(diǎn)如下：直接以粉煤為原料 ，一般入爐原料煤粒度為 0mm～10mm，原料易得，制備簡(jiǎn)單。適應(yīng)煤種范圍寬 ，除一般用于氣化的非粘結(jié)性煤種 ，如褐煤、長(zhǎng)焰煤、次煙煤等化學(xué)活性高的煤種外 ，經(jīng)適當(dāng)處理也可氣化具有一定粘結(jié)性的煤種 。氣化強(qiáng)度高，流化床氣化爐的氣化強(qiáng)度為等規(guī)模固定床氣化爐的 3倍～4倍，加壓氣化能改善流態(tài)化操作 ，同時(shí)顯著提高氣化強(qiáng)度 。環(huán)境特性好 ，煤快速干餾 ，揮發(fā)物被充分裂解 ，因而氣化過(guò)程不產(chǎn)生焦油類物質(zhì)，煤氣冷凝液中的有機(jī)物質(zhì)較少 ，凈化系統(tǒng)簡(jiǎn)單。氣化爐在 1000℃左右的操作溫度下進(jìn)行氣化 ，對(duì)設(shè)備、材質(zhì)無(wú)苛刻要求 ，過(guò)程控制及設(shè)備可立足國(guó)內(nèi) 。煤氣離開流化床氣化爐時(shí)夾帶較多飛灰 ，且含碳量較高 ，需進(jìn)行適當(dāng)處理 。(2)Texaco水煤漿氣化工藝Texaco公司在渣油部分氧化技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出水煤漿氣化技術(shù) ，1978 年首次推出此氣化工藝 。過(guò)去十多年中 ，在美國(guó)、日本和中國(guó)相繼建成多套生產(chǎn)裝置 ，取得了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) 。其主要特點(diǎn)如下 ：煤種適應(yīng)性較強(qiáng) 。各種煙煤和石油焦均能使用 ，主要以年輕的煙煤為主 ，對(duì)煤的粘結(jié)性、熱穩(wěn)定性沒(méi)有嚴(yán)格的限制 。根據(jù)國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) ，為保證裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定操作，氣化用煤的灰熔點(diǎn) FT宜低于1350℃，煤的灰份含量最好不超過(guò) 13%，最高內(nèi)水.下載可編輯 .. .. .. .分不超過(guò) 8%，操作溫度下的灰渣粘度控制在 20Pa·s～30Pa·s時(shí)，更有利于操作 。氣化壓力高。水煤漿氣化壓力范圍在4.0MPa～6.5MPa之間，提高氣化壓力，可縮小設(shè)備體積，有利于降低能耗。氣化技術(shù)成熟。制備的水煤漿用泵輸送，操作安全，便于計(jì)量。氣化爐內(nèi)砌有多層耐火磚，無(wú)機(jī)械部件，氣化裝置通常設(shè)置備用系列，以提高年運(yùn)轉(zhuǎn)率，料漿噴嘴和耐火磚磨損消耗高，運(yùn)行成本較高。煤氣中有效氣(CO+H2)較高約80%，冷煤氣效率為70%～76%，由于水煤漿含有約35%水分，因而氧耗較高。氣化流程的熱回收有激冷和廢鍋兩種形式，可根據(jù)產(chǎn)品氣的用途加以選擇。氣化爐高溫排出的融渣，冷卻?；?，性質(zhì)穩(wěn)定，可作水泥等建筑材料，排水中不含焦油 、酚等污染物，經(jīng)過(guò)處理后可以循環(huán)使用或達(dá)標(biāo)后排放 。為保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) ，一般需設(shè)置備用氣化爐 。(3)SCGP氣化工藝Shell公司在渣油氣化技術(shù)取得工業(yè)化成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1972年開始從事煤氣化的研究。1978年第一套中試裝置在德國(guó)漢堡建成并投入運(yùn)行。1987年在美國(guó)休斯敦附近的日投煤量250t～400t示范裝置建成投產(chǎn)。1993年在荷蘭Buggenum的日投煤量2000t的大型商業(yè)用氣化裝置建成投產(chǎn)，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。目前正在中國(guó)洞庭化肥廠建設(shè)一座日處理2000t煤的氣化裝置，預(yù)計(jì)2005年建成投產(chǎn)。其他十多套裝置也在建設(shè)或設(shè)計(jì)中。該氣化裝置為單系列操作，裝置的開工率在90%以上。這些裝置的生產(chǎn)實(shí)踐證明，SCGP氣化技術(shù)是先進(jìn)可靠的。其主要特點(diǎn)如下：對(duì)氣化原料有較寬的適應(yīng)性，固體原料中的褐煤、煙煤、無(wú)煙煤和石油焦均可氣化，對(duì)煤的活性沒(méi)有要求，對(duì)煤的灰熔點(diǎn)適應(yīng)范圍比其它氣化工藝可以更寬。對(duì)于高灰份、高水份、含硫量高的煤種也同樣適應(yīng)。氣化溫度約1400℃～1600℃，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，產(chǎn)品氣體潔凈，不含重?zé)N，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體(CO+H2)達(dá)到90%以上，從而降低了煤的耗量。由于是干法進(jìn)料，與水煤漿氣化工藝相比，氧耗降低15%～25%，因而與之配套的空分裝置規(guī)?？蓽p少，投資降低。.下載可編輯 .. .. .. .單爐生產(chǎn)能力大 ，目前已投入運(yùn)轉(zhuǎn)的氣化爐氣化壓力為 3.0MPa，單臺(tái)爐日處理煤量已達(dá) 2000t～2500t，更大規(guī)模裝置已能設(shè)計(jì) 。熱效率高，冷煤氣效率 78%～83%。其余 15%～20%熱能被回收為中壓或高壓蒸汽，氣化總的熱效率約為 98%。氣化爐采用豎管水冷壁結(jié)構(gòu) ，無(wú)耐火磚襯里 ，設(shè)備維護(hù)量較少 。氣化爐內(nèi)也無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)裝置無(wú)需配置備用爐 。氣化爐燒嘴及控制系統(tǒng)安全可靠 。Shell公司氣化燒嘴設(shè)計(jì)壽命為 8000小時(shí)，Demkolec 電廠使用燒嘴 4年未出現(xiàn)問(wèn)題。氣化操作采用先進(jìn)的控制系統(tǒng) ，設(shè)有必要的安全聯(lián)鎖，使氣化操作處于最佳狀態(tài)下運(yùn)行 。爐渣可用作水泥滲合劑或道路的建筑材料 。氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒 ，性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有影響 。氣化污水量少 ，有害組份較低 ，容易處理，可達(dá)標(biāo)排放。GSP干煤粉氣化工藝GSP加壓氣流床氣化技術(shù)是由前東德的德意志燃料研究所開發(fā)，始于上世紀(jì)70年代末。最初的目的是用高灰分褐煤生產(chǎn)民用煤氣，并在弗來(lái)堡(Freiburg)建立了一套3MW中試裝置。80年代初，在黑水泵電廠建立了一套130MW商業(yè)化裝置，原料處理能力為30t/h，84年建成并投入運(yùn)行，該裝置運(yùn)行了10年而氣化爐的噴嘴和水冷壁仍可使用。該工藝在1991到2002年隨產(chǎn)權(quán)公司的變更，至2002年由FE公司所有。GSP工藝已經(jīng)過(guò)多年大型裝置的運(yùn)行，已先后氣化了80余種原料，不僅可以氣化高硫、高灰等劣質(zhì)煤，而且可以氣化工業(yè)廢料、生物質(zhì)等，煤氣中CH4含量很低，很適合生產(chǎn)合成氣，氣化過(guò)程簡(jiǎn)單，氣化爐裝置生產(chǎn)能力大，裝置的開工率在95%以上。這些裝置的生產(chǎn)實(shí)踐證明，GSP氣化技術(shù)是先進(jìn)可靠的。目前國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)對(duì)GSP技術(shù)接觸。其主要特點(diǎn)如下：對(duì)氣化原料有較寬的適應(yīng)性，且可同時(shí)氣化固體原料和液體原料。固體原料中的褐煤、煙煤、無(wú)煙煤和石油焦均可氣化，對(duì)煤的活性沒(méi)有要求，對(duì)煤的灰熔點(diǎn)適應(yīng)范圍比其它氣化工藝可以更寬。對(duì)于高灰份、高水份、含硫量高的煤種也同樣適應(yīng)。.下載可編輯 .. .. .. .氣化溫度約1400℃～1600℃，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，產(chǎn)品氣體潔凈，不含重?zé)N，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體(CO+H2)達(dá)到90%以上，從而降低了煤的耗量。由于是干法進(jìn)料，與水煤漿氣化工藝相比，氧耗降低15%～25%，因而配套之空分裝置規(guī)?？蓽p少 ，投資降低。單爐生產(chǎn)能力大 ，目前已投入運(yùn)轉(zhuǎn)的氣化爐氣化壓力為 3.0MPa，單臺(tái)爐日處理煤量720t，已設(shè)計(jì)日處理量為 2000t及4000t級(jí)的更大規(guī)模裝置 。冷煤氣效率 78%～83%。GSP一般采用激冷流程 ，即用水將煤氣直接冷卻至200℃以下，氣化熱效率約為 90%。氣化爐采用環(huán)管水冷壁結(jié)構(gòu) ，無(wú)耐火磚襯里 ，設(shè)備維護(hù)量較少 。氣化爐內(nèi)也無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)裝置無(wú)需配置備用爐 ，水冷壁壽命在 10年以上。氣化爐燒嘴及控制系統(tǒng)安全可靠 ，啟動(dòng)時(shí)間短只需約 1h，設(shè)計(jì)壽命至少為 10年，其間僅需要對(duì)噴嘴出口處進(jìn)行維護(hù) ，氣化操作采用先進(jìn)的控制系統(tǒng) ，設(shè)有必要的安全聯(lián)鎖，使氣化操作處于最佳狀態(tài)下運(yùn)行 。氣化爐體下段采用激冷形式 ，可有效節(jié)約粗煤氣后處理的投資 。⑨爐渣可用作水泥滲合劑或道路的建筑材料 。氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒 ，性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有影響 。氣化污水量少 ，有害組份較低 ，容易處理，可達(dá)標(biāo)排放。從以上分析可以看出 ，Texaco水煤漿氣化工藝 ，GSP煤粉氣化工藝 ，SCGP煤粉氣化工藝和 HTW流化床氣化工藝都是先進(jìn)的技術(shù) 。對(duì)比各種工藝的技術(shù)特點(diǎn) ，從氣化原料的適應(yīng)性 、碳轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率等方面看 ，GSP和SCGP工藝都具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在氣化高灰熔點(diǎn)煤種方面 ，GSP允諾可以氣化 FT在1500℃以上的煤種，同時(shí)GSP工藝裝置投資要比SCGP工藝低很多，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，本研究推薦采用FE公司的GSP氣化工藝技術(shù)。本項(xiàng)目氣化用煤灰熔融性溫度FT高達(dá)1610℃（GSP技術(shù)供應(yīng)商提供），為使灰熔融成渣，達(dá)到理想的灰渣熔融狀態(tài)，可考慮在氣化時(shí)添加少量石灰石。優(yōu)化考慮經(jīng)濟(jì)成本和技術(shù)可行性后，初步按添加4％石灰石設(shè)計(jì)，添加石灰石后煤灰熔融性溫度FT降低約80℃，即降低到1550℃以下，這個(gè)溫度對(duì) GSP氣化工藝是完全允許的 ，此.下載可編輯 .. .. .. .時(shí)氧耗約為 336Nm3(O2)/1000Nm3(CO+H2)，按上述指標(biāo)考慮該方案基本是可行的 ，但具體助熔劑添加量應(yīng)在下一步研究時(shí)通過(guò)試驗(yàn)認(rèn)真確定 。 工藝說(shuō)明（1）氣化工藝從備煤裝置高壓煤粉發(fā)送斗送來(lái)的煤粉與輸送煤粉用的高壓 CO2一起進(jìn)入氣化爐頂部噴咀，來(lái)自空分裝置的氧氣 ，經(jīng)氧氣預(yù)熱器加熱到一定溫度后 ，與中壓蒸汽混合，經(jīng)爐頂噴咀送入爐內(nèi)。煤粉與氧氣/蒸汽在4.0MPa壓力、高溫1600℃下，發(fā)生部分氧化和氣化反應(yīng)，產(chǎn)生以（CO+H2）為主的粗煤氣。氣化原料中的非有機(jī)質(zhì)在高溫下熔融成渣沿爐壁流下 ，與粗煤氣一起經(jīng)氣化室底部的渣口進(jìn)入激冷室 ，在此，粗煤氣被激冷到 207℃左右，并被水汽飽和后離開氣化爐 ，經(jīng)兩級(jí)文丘里洗滌器和旋風(fēng)分離器分離，除去煤氣中的飛灰 、氨等雜質(zhì)，進(jìn)入CO變換裝置。產(chǎn)生的高溫熔渣 ，流入氣化爐下部水池淬冷 ，爐渣在流入鎖斗后定時(shí)排放 ，排出的爐渣經(jīng)鏈?zhǔn)捷斣鼨C(jī) 、水洗輸渣機(jī)和刮板式輸渣機(jī)送至渣斗 ，最后用汽車運(yùn)走 。文丘里后旋風(fēng)分離器排出的水和氣化爐渣池排出經(jīng)簡(jiǎn)單分離固體物質(zhì)的部分水進(jìn)入激冷水罐，在此與經(jīng)預(yù)處理的水混合 ，經(jīng)泵加壓和過(guò)濾后返回氣化爐底部 。氣化爐渣池排出的另一部分水和爐渣排放及輸送過(guò)程的廢水經(jīng)閃蒸罐閃蒸后去氣化廢水處理單元。氣化爐水冷壁內(nèi)產(chǎn)生部分低壓 /中壓蒸汽，送至全廠中壓熱力管網(wǎng) 。（2）氣化廢水處理從氣化爐底部排出的廢水和爐渣排放過(guò)程的廢水含有飛灰 、碳黑、鹽等。這部分廢水先經(jīng)過(guò)兩級(jí)閃蒸罐除去所含的氣體組分 ，閃蒸、冷卻后的廢液進(jìn)入氰化物氧化罐除去氰化物，后經(jīng)沉淀槽和絮凝槽除去碳黑和細(xì)粒物等固體雜質(zhì) 。細(xì)粒和沉淀物去濃縮槽濃縮，經(jīng)加壓過(guò)濾得到濾餅 ，由汽車運(yùn)出界區(qū)處理 。除去固體雜質(zhì)過(guò)濾水和濃縮槽溢流的濾液水一起進(jìn)入堿槽與 NaOH中和，以除去廢水中的溶解 NH3。脫NH3后的廢水一部分返回氣化爐裝置，另一部分廢水進(jìn)氨汽提塔進(jìn)行汽提，氨由塔頂部排出，冷卻成氨水后進(jìn)儲(chǔ)罐；汽提塔底部排出的水加入一定量鹽酸混合后去全廠污水處理工段。.下載可編輯 .. .. .. . 主要設(shè)備選用3臺(tái)2000t/d 的GSP氣化爐，氣化爐內(nèi)徑約 2500mm，高約5000mm（不含激冷室）。本工序氣化爐、密相輸送系統(tǒng)從國(guó)外進(jìn)口 。5.4CO變換技術(shù)從氣化爐出來(lái)的煤氣中 H2/CO之比值不能滿足甲醇合成反應(yīng)的要求 ，因此，需要將煤氣中約 60%左右的CO變換為H2。CO變換分為雙系列生產(chǎn) ，采用寬溫耐硫變換工藝。 變換技術(shù)選擇CO變換技術(shù)的發(fā)展是依據(jù)變換催化劑的進(jìn)步而發(fā)展的 。變換催化劑的性能決定了變換工藝的流程及其先進(jìn)性 。采用Fe-Cr系變換催化劑的變換工藝 ，操作溫度在 350℃～550℃， 稱為中溫變換工藝。其操作溫度較高 ，原料氣經(jīng)變換后仍有 3%左右的 CO。Fe-Cr系變換催化劑的抗硫毒能力差 ，適用于總硫含量低于 100ppm 的氣體。采用Cu-Zn 系變換催化劑的變換工藝 ，操作溫度在 200℃～280℃，稱為低溫變換工藝。這種工藝通常串聯(lián)在中 、高溫變換工藝之后 ，將3%左右的CO降低到0.3%左右。Cu-Zn 系變換催化劑的抗硫毒能力更差 ，適用于總硫含量低于 0.1ppm 的氣體。采用Co-Mo 系變換催化劑的變換工藝 ，操作溫度在 200℃～550℃，稱為寬溫變換工藝。其操作溫區(qū)較寬 ，流程設(shè)計(jì)合理，經(jīng)變換后 CO可降至 0.2%左右。Co-Mo系變換催化劑的抗硫毒能力極強(qiáng) ，對(duì)總硫含量無(wú)上限要求 。國(guó)內(nèi)外對(duì)上述三種變換工藝及其不同組合均有豐富的使用經(jīng)驗(yàn) 。變換的能耗取決于催化劑所要求的汽 /氣比和操作溫度 ，在上述三種變換工藝中，耐硫?qū)挏刈儞Q工藝在這兩方面均為最低 ，因此，具有能耗低的優(yōu)勢(shì) 。耐硫?qū)挏刈儞Q催化劑的活性相是 Co-Mo 系硫化物，特別適合于處理 H2S濃度較高的氣體 。因此本研究推薦采用耐硫?qū)挏刈儞Q工藝 。不設(shè)置預(yù)脫硫工序 ，可以節(jié)約投資。為了節(jié)約投資 ，變換反應(yīng)熱量采用催化床層間激冷和副產(chǎn)蒸汽的方式回收 ，不設(shè).下載可編輯 .. .. .. .飽和熱水塔。變換冷凝液用蒸汽汽提回收并循環(huán)使用 。 工藝說(shuō)明文丘里洗滌后粗煤氣溫度降到約 190℃，壓力約為 3.8MPa，先進(jìn)入主熱交換器預(yù)熱，然后與中壓蒸汽混合后 ，溫度升高到 260℃，進(jìn)入變換爐一段 ，進(jìn)行變換反應(yīng)。一段出口變換氣的溫度為 474℃，在主熱交換器中與進(jìn)工序的粗煤氣換熱后 ，進(jìn)增濕器被鍋爐給水激冷到 260℃，進(jìn)變換爐二段，繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng) 。二段出口的變換氣溫度為 394℃，進(jìn)變換廢鍋通過(guò)副產(chǎn)蒸汽的方式回收二段變換反應(yīng)熱量，氣體溫度降至 210℃進(jìn)變換爐的三段 。出三段的變換氣中 CO濃度小于 3%（干基），溫度為242℃，經(jīng)低壓廢鍋回收三段變換反應(yīng)熱量 ，溫度降為 160℃，變換后的變換氣與未進(jìn)行變換的旁路粗煤氣混合，再經(jīng)除鹽水預(yù)熱器 、變換氣終冷器冷卻到 30℃并分離冷凝液后去酸性氣體脫除裝置。分離出的變換氣冷凝液送冷凝液汽提塔汽提 。汽提后的冷凝液經(jīng)冷凝液泵加壓回用，一部分作變換氣激冷水 ，另一部分送氣化裝置作激冷或洗滌用水 。 主要設(shè)備采用冷壁變換爐，內(nèi)徑約 2700mm，變換爐高約 15000mm，初裝催化劑150m3。5.5 酸性氣體脫除技術(shù)酸性氣體脫除工序的任務(wù)是將變換氣中的 H2S和CO2脫除。酸性氣體脫除裝置設(shè)置2系列生產(chǎn)，單系列處理氣量約 25萬(wàn)Nm3/h。采用德國(guó)Lurgi公司低溫甲醇洗工藝(Rectisol)。 酸性氣體脫除技術(shù)選擇以脫除 CO2和H2S為主要任務(wù)的酸性氣體脫除方法主要有液體物理吸收 、液體化學(xué)吸收、低溫蒸餾和吸附四大類 ，其中以液體物理吸收和化學(xué)吸收兩者使用最為普遍。國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的液體物理吸收法主要有低溫甲醇洗法 、NHD 法、碳酸丙烯酯.下載可編輯 .. .. .. .法，應(yīng)用較多的化學(xué)吸收法主要有熱鉀堿法和 MDEA法。液體物理吸收法適用于壓力較高的場(chǎng)合 ，化學(xué)吸收法適用于壓力相對(duì)較低的場(chǎng)合。液體物理吸收法中以低溫甲醇洗法能耗最低 ，但是對(duì)氣體中高碳烴類含量有要求。低溫甲醇洗、NHD和MDEA三種廣泛使用的酸性氣體脫除工藝比較列入表 5-7。表5-7酸性氣體脫除工藝比較項(xiàng)目低溫甲醇洗NHDMDEA相對(duì)電耗11.11.2相對(duì)蒸汽消耗12.83.2相對(duì)冷卻水消耗11.34相對(duì)汽提氮消耗10.7—相對(duì)化學(xué)品消耗11.80.75相對(duì)裝置投資10.771.01相對(duì)能耗12.252.7脫硫效果<0.1ppm<1ppm<1ppm脫CO2效果<0.1ppm100ppm100ppm從上表可以看出，MDEA法投資和能耗均較高。與NHD法比，低溫甲醇洗法雖然一次投資相對(duì)較高，但其能耗（運(yùn)行費(fèi)用）大大低于NHD法。在本項(xiàng)目中，進(jìn)入酸性氣體脫除工序氣體的壓力較高，為3.8MPa左右，而且氣體中CO2含量高，采用液體物理吸收法脫除酸性氣體更為有利。采用低溫甲醇洗法氣體凈化效果最好，該方法在大型工業(yè)化裝置中應(yīng)用業(yè)績(jī)甚多，工藝先進(jìn)、成熟，故本報(bào)告推薦采用低溫甲醇洗酸性氣體脫除工藝。 工藝說(shuō)明自變換工序來(lái)的變換氣 ，壓力約為 3.7MPa，溫度為30℃，在變換氣/凈化氣換熱器I和變換氣氨冷器 I中冷卻到 7℃左右，經(jīng)變換氣分離器分離冷凝水 ，然后向變換氣中噴入少量甲醇以防止變換氣中水分冷卻后結(jié)冰堵塞管道 。變換氣隨后分成二股物流，一股進(jìn)入變換氣 /凈化氣換熱器 II，另一股進(jìn)入變換氣 /CO2產(chǎn)品換熱器換熱冷卻。兩股物流匯合后經(jīng)變換氣氨冷器 II進(jìn)一步冷卻至 -23℃，然后進(jìn)入 H2S吸收塔。.下載可編輯 .. .. .. .在H2S吸收塔中，變換氣中的H2S和COS被來(lái)自CO2吸收塔的部分富CO2甲醇溶液吸收。脫硫后的氣體進(jìn)入CO2吸收塔下塔。在CO2吸收塔內(nèi)，甲醇溶液自上而下與氣體接觸，氣體中的CO2被吸收，出CO2吸收塔的氣體得以凈化。CO2吸收塔中間兩次引出甲醇溶液用氨冷卻和下游來(lái)的甲醇冷卻，以降低由于溶解熱造成的溫升。出CO2洗滌塔的凈化氣經(jīng)變換氣/凈化氣換熱器II和變換氣/凈化氣換熱器I換熱，回收冷量，升溫至32℃后去合成裝置。CO2吸收塔底部出來(lái)的富CO2甲醇溶液，一部分經(jīng)泵加壓后去H2S吸收塔氨冷器冷卻，作為H2S吸收塔的吸收介質(zhì)；另一部分進(jìn)入CO2吸收塔底部的閃蒸段，在中壓下閃蒸出溶解的H2S和部分CO2。這部分氣體與H2S吸收塔底部閃蒸出來(lái)的氣體一起，經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)送至變換氣/凈化氣換熱器I前與變換氣混合 。由CO2吸收塔閃蒸段出來(lái)的富含CO2甲醇溶液分成二部分。大部分去再吸收塔上部的低壓CO2閃蒸段，閃蒸出部分純CO2，閃蒸段底部甲醇自流到再吸收塔的主再吸收段；另一部分甲醇去再吸收塔 CO2回收段，閃蒸出一定量的純 CO2。H2S吸收塔底部出來(lái)的富含 H2S/CO2甲醇溶液也分成二部分 。大部分進(jìn)入再吸收塔CO2回收段的底部。在這里，CO2和少量H2S、COS解吸出來(lái)，硫化物被自上而下的富含CO2甲醇溶液再吸收，CO2匯入塔頂?shù)牡蛪洪W蒸段，在低壓閃蒸段的頂部用少量富含CO2甲醇閃蒸冷卻。CO2氣體與變換氣在變換氣/CO2氣體換熱器中換熱，升溫至0℃放空。H2S吸收塔底部出來(lái)的另一部分甲醇與再吸收塔CO2回收段底部甲醇一道，進(jìn)入再吸收塔的主再吸收段，解吸出大部分殘存的CO2和部分H2S、COS。解吸氣與下段來(lái)的氣體，被低壓閃蒸段來(lái)的甲醇逆流洗滌，以脫除氣體中的硫化物。離開該段頂部的尾氣，分別在氨氣冷卻器和H2S氣體/尾氣換熱器回收冷量后去水洗塔。在水洗塔中，尾氣在上塔被鍋爐給水、下塔被甲醇廢水脫除其夾帶的甲醇。出塔尾氣排放至大氣。出再吸收塔主再吸收段的甲醇經(jīng)再吸收塔/貧甲醇換熱器換熱后進(jìn)入下塔的上部。N2氣引入再吸收塔下塔底部。在再吸收塔下塔，甲醇溶液與進(jìn)入該塔的含H2S酸性循環(huán)氣體逆流接觸，脫除氣體中硫化物。脫硫后的氣體通過(guò)升氣管.下載可編輯 .. .. .. .進(jìn)入再吸收塔的主再吸收段 。由再吸收塔下塔底部出來(lái)的富含 H2S甲醇溶液，用熱再生塔給料泵升壓 ，經(jīng)甲醇循環(huán)冷卻器和富甲醇 /貧甲醇換熱器換熱升溫后送至熱再生塔 。進(jìn)入熱再生塔的甲醇用甲醇蒸汽汽提 ，達(dá)到完全再生的目的 。該蒸汽部分來(lái)自于熱再生塔塔底蒸汽煮沸器 ，另一部分來(lái)自甲醇 /水分離塔塔頂 。熱再生塔頂部出來(lái)的甲醇蒸汽/氣體混合物經(jīng)過(guò)幾次冷卻將甲醇冷凝下來(lái)。首先，大部分甲醇蒸汽/氣體混合物在進(jìn)熱再生塔底部再生段之前，經(jīng)熱再生塔頂水冷凝器，含H2S酸性氣體冷凝下來(lái)。余下不凝氣體在含H2S酸性氣體/氨冷器和含H2S酸性氣體/尾氣換熱器中繼續(xù)冷卻，并通過(guò)含H2S酸性氣體分離器分離冷凝液。然后，含H2S酸性氣體分為兩股。一股在含H2S酸性氣體再熱器中換熱，于30℃后去硫磺回收裝置，另一股循環(huán)到再吸收塔下塔以提高含H2S酸性氣體中H2S濃度。收集在熱再生塔底部再生完全的甲醇，由CO2吸收塔給料泵加壓后，經(jīng)甲醇/貧甲醇換熱器和再吸收塔甲醇換熱器換熱后，送至CO2吸收塔頂部。熱生塔下部抽出少量甲醇送至該塔增水段，由熱再生塔再沸器向該蒸餾段提供熱量。用甲醇/水分離塔給料泵從該段底部將含水甲醇送至甲醇/水分離塔，分離甲醇中的水，以保證循環(huán)甲醇中水含量小于0.5%。甲醇/水分離塔底部由甲醇/水分離塔再沸器供熱。頂部甲醇蒸汽作為熱再生塔汽提介質(zhì)，塔底廢水一部分循環(huán)到水洗，另一部分送至污水處理系統(tǒng)。5.5.3主要設(shè)備采用板式H2S吸收塔，內(nèi)徑2400mm，總高約30000mm。采用板式CO2吸收塔，內(nèi)徑2500mm，總高約44000mm。采用板式熱再生塔，內(nèi)徑2500/3500mm，總高約32000mm。5.6冷凍技術(shù)冷凍工序設(shè)置的目的是為酸性氣體脫除工序和空分制氧單元提供所需的冷凍量。采用液氨蒸發(fā)制冷，氣氨壓縮機(jī)采用離心式壓縮機(jī)。5.6.1冷凍技術(shù)選擇目前國(guó)內(nèi)外大型工業(yè)冷凍設(shè)備多采用液氨蒸發(fā)制冷技術(shù)。液氨蒸發(fā)制冷設(shè)備中氣.下載可編輯 .. .. .. .氨壓縮主要采用活塞 、螺桿及離心式壓縮方式 ?；钊胶吐輻U氨壓縮機(jī)適用于冷凍量相對(duì)較小的場(chǎng)合 ，投資較低。離心式氨壓縮機(jī)適用于冷凍量大 ，冷凍深度不一場(chǎng)合 ，投資較高。在本裝置中，冷凍工序的任務(wù)是為酸性氣體脫除工序和空分制氧單元提供冷凍量 ，由于所需冷凍量很大 ，且冷凍深度不一，因此，本研究推薦離心式氨壓縮機(jī)液氨蒸發(fā)制冷工藝 。 工藝說(shuō)明從低溫甲醇洗各冷點(diǎn)蒸發(fā)后的 -40℃氨氣體，壓力約 0.07Mpa，進(jìn)入氨分離器 ，將氣體中的液滴分離出來(lái)后進(jìn)入離心式制冷壓縮機(jī)進(jìn)口 ，經(jīng)壓縮后，出壓縮機(jī)氣體壓力升為1.7Mpa，溫度約130℃，進(jìn)入氨冷凝器。氨蒸汽通過(guò)冷卻水冷凝成液體后 ，靠重力排入氨儲(chǔ)槽 。由儲(chǔ)槽出來(lái)的溫度為 40℃氨液體一部分直接送空分裝置使用 ，剩余部分截流到 0.5Mpa 進(jìn)入氨閃蒸槽，氨液體降溫至約 4℃，氨閃蒸氣與空分裝置來(lái)的氨氣合并進(jìn)入壓縮機(jī)補(bǔ)氣口進(jìn)一步壓縮至排氣壓力 。出閃蒸槽的氨液體送往低溫甲醇洗工序各冷點(diǎn) ，再次經(jīng)各冷點(diǎn)調(diào)節(jié)閥節(jié)流至 -40℃，蒸發(fā)后的氣體返回本系統(tǒng)完成制冷循環(huán)。 主要設(shè)備選用制冷機(jī)組 2套，總制冷量為-40℃： 8400KW0℃～4℃： 5544KW本工序設(shè)備由國(guó)內(nèi)制造商供貨 。5.7 硫磺回收 概述硫磺回收裝置的作用是將凈化裝置排出的富 H2S酸性氣體進(jìn)行處理以達(dá)到環(huán)保排放要求，并回收副產(chǎn)品硫磺。本項(xiàng)目設(shè)置硫磺回收裝置一套，硫磺生產(chǎn)能力為5311t/a。本裝置由CLAUS轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和Clinsulf-DO尾氣回收系統(tǒng)組成。CLAUS轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可回收氣體中96%的硫，Clinsulf-DO尾氣回收系統(tǒng)可收回CLAUS尾氣中94%硫，總硫回收率達(dá) 99.8%以上，尾氣排放完全滿足環(huán)保要求 。.下載可編輯 .. .. .. . 工藝技術(shù)方案的選擇硫回收工藝方案選擇的原則是采用先進(jìn)、可靠的技術(shù)，在追求較高硫回收率的同時(shí)優(yōu)化工藝方案，降低成本。由于本項(xiàng)目酸氣 H2S含量約為30%(體積%)，為較典型的 CLAUS進(jìn)氣組分，二級(jí)CLAUS工藝硫回收率可達(dá) 96%，流程簡(jiǎn)單，且全部設(shè)備可以國(guó)產(chǎn)化 ，投資省，因此酸性氣體硫回收系統(tǒng)采用 CLAUS工藝。尾氣回收系統(tǒng)則有三個(gè)具有代表性的工藝可供選擇 ：(1)LINDE公司 Clinsulf-DO 工藝(2)SHELL公司 SCOT工藝(3)LURGI公司 SULFREEN工藝Clinsulf-DO尾氣處理工藝是一種直接氧化法工藝，可以回收CLAUS尾氣中94%的硫。其關(guān)鍵設(shè)備為一臺(tái)內(nèi)冷式反應(yīng)器(催化劑床層下部設(shè)有纏繞式冷卻盤管)，能夠優(yōu)化轉(zhuǎn)化器床層的溫度分布，使之既能滿足加速動(dòng)力學(xué)反應(yīng)所需的高溫條件，又能滿足化學(xué)反應(yīng)平衡在較低溫度下達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，不受CLAUS尾氣中H2S與SO2比例限制，對(duì)原料氣波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，操作靈活，簡(jiǎn)便。Clinsulf-DO工藝的首次工業(yè)化應(yīng)用是于1993年奧地利的PERNHOFEN實(shí)現(xiàn)的，1997年在中國(guó)淮南化工總廠也建有一套裝置。SCOT工藝屬于還原吸收法，即將CLAUS尾氣中的硫化物還原成硫化氫，然后經(jīng)MDEA吸收提濃，將硫化氫尾氣再循環(huán)至CLAUS裝置。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是硫回收率高，總硫收率可達(dá)99.9%，缺點(diǎn)是流程長(zhǎng)，投資較高。該工藝于1972年首次工業(yè)化，在世界范圍內(nèi)建有多套裝置。SULFREEN工藝屬于亞露點(diǎn)低溫 CLAUS工藝，生成的硫沉積在催化劑床層上 ，然后再由高溫再生氣加熱使硫氣化隨氣體帶出 ，如此由兩個(gè)反應(yīng)器切換操作 。該工藝的主要特點(diǎn)是在硫的露點(diǎn)下獲得較高的平衡轉(zhuǎn)化率 ，但是對(duì) CLAUS尾氣中H2S/SO2比例有嚴(yán)格要求 ，否則會(huì)嚴(yán)重影響硫收率 ，因而對(duì)原料波動(dòng)適應(yīng)能力較弱 。SULFREEN法于1970年首次在加拿大實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用 。表5-9 三種尾氣處理工藝的操作費(fèi)用及投資比較.下載可編輯 .. .. .. .工藝總硫收率裝置相對(duì)投資相對(duì)操作費(fèi)用Clinsulf-DO99.8%11SCOT99.9%1.30.9SULFREEN99.8%1.11.1綜上所述，三種硫磺回收工藝都是目前世界上應(yīng)用較為成熟的工藝 ，硫總回收率都在 99.8%以上，但Clinsulf-DO 與其他兩種工藝相比更具有裝置投資低 ，操作簡(jiǎn)單靈活的明顯優(yōu)勢(shì) ，故本報(bào)告推薦使用 CLAUS+Clinsulf-DO 硫回收工藝。 工藝流程說(shuō)明由氣化裝置來(lái)的酸性氣體 ，引出總量的三分之一與鼓風(fēng)機(jī)供給的空氣一起進(jìn)入酸氣燃燒爐，使此1/3氣流中的H2S燃燒轉(zhuǎn)化成 SO2。出燃燒爐的高溫工藝氣進(jìn)入廢熱鍋爐產(chǎn)生低壓蒸汽，之后與另一路占總量2/3的酸氣一起進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化器，在催化劑作用下，使H2S轉(zhuǎn)化生成元素硫，該反應(yīng)放出的熱使工藝氣溫度升高。一段轉(zhuǎn)化器出口的工藝氣經(jīng)換熱器后進(jìn)入一級(jí)冷卻器，硫冷凝下來(lái)與氣體分離，流至液硫槽。氣體則與一段轉(zhuǎn)化器來(lái)的熱氣體換熱使溫度升高，進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化器，使剩余的H2S和SO2進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成元素硫。經(jīng)二段冷凝器冷卻后，進(jìn)入液硫捕集器，把殘余在氣體中的液硫霧收集下來(lái)。剩余尾氣采用Linde公司的ClinsulfDO工藝進(jìn)一步處理，該工藝是一種直接氧化法工藝技術(shù)，可以回收CLAUS尾氣中94%的硫。其關(guān)鍵設(shè)備為一臺(tái)內(nèi)冷式反應(yīng)器(催化劑床層下部設(shè)有纏繞式冷卻盤管)，能夠優(yōu)化轉(zhuǎn)化器床層的溫度分布，使之既能滿足加速動(dòng)力學(xué)反應(yīng)所需的高溫條件，又能滿足化學(xué)平衡在較低溫度下達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，不受CLAUS尾氣中H2S和SO2比例限制，對(duì)原料氣波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，操作靈活簡(jiǎn)便。具體流程為：尾氣經(jīng)加氫轉(zhuǎn)化器將剩余的硫化物轉(zhuǎn)化為H，再經(jīng)冷卻器急冷，除去氣體中水分，進(jìn)入Clinsulf-DO反應(yīng)器催化劑床層，2S被加入空氣中的氧直接氧化成單質(zhì)硫，經(jīng)冷卻與氣體分離，尾氣經(jīng)焚燒爐焚燒由煙囪排入大氣。 主要設(shè)備CLAUS反應(yīng)器采用立式圓筒形結(jié)構(gòu) ，設(shè)備內(nèi)徑約 2300mm，總高約5500mm。.下載可編輯 .. .. .. .Clinsulf-DO 反應(yīng)器采用纏繞式反應(yīng)結(jié)構(gòu)，設(shè)備內(nèi)徑約 2100mm，總高約5300mm。5.8甲醇合成技術(shù)5.8.1概述合成甲醇是一個(gè)多相催化反應(yīng)過(guò)程，吸附的CO與H2之間的反應(yīng)是整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的控制步驟，它決定著整個(gè)反應(yīng)的速度。主要化學(xué)反應(yīng)式如下：CO+2H2＝CH3OH(g)△H=-90.8kJ/mol①當(dāng)有CO2存在時(shí)，CO2按下列反應(yīng)生成甲醇：CO2+H2＝CO+H2O(g)△H=+41.3kJ/mol②CO+2H2＝CH3OH(g)△H=-90.8kJ/mol③上述②、③兩步的總反應(yīng)式為 ：CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.5kJ/mol ④反應(yīng)過(guò)程中除了生成甲醇外 ，還發(fā)生一系列副反應(yīng) ，生成烴、高碳醇、醚、醛、酸、酯及單質(zhì)碳等 。合成反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng) ，采用合適的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) ，來(lái)保證催化劑床層溫度相對(duì)恒定，是合成過(guò)程高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。甲醇合成工藝追求最高的反應(yīng)物單程轉(zhuǎn)化率和最低的副產(chǎn)物產(chǎn)率，這主要取決于催化劑的性能，如活性和選擇性等。較早的高壓法合成，使用活性較低的鋅鉻基催化劑，合成壓力20MPa～30MPa，合成溫度300℃～400℃。1923年，德國(guó)BASF公司率先在Leuna建成3000t/a的生產(chǎn)廠，至1965年，世界各國(guó)采用高壓法的甲醇產(chǎn)量達(dá)到298.8萬(wàn)t/a。高壓法合成甲醇的缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗大、設(shè)備復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量差，目前已經(jīng)淘汰。經(jīng)典的（中）低壓法合成，使用活性較高的銅鋅基催化劑，合成壓力5MPa～10MPa，合成溫度240℃～300℃。上世紀(jì)50年代，英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司（ICI）解決合成氣的精脫硫問(wèn)題，開發(fā)成功Cu-Zn-AI氧化物催化劑，1966年建成第一座300t/d低壓甲醇合成生產(chǎn)廠，使甲醇合成技術(shù)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。以后德國(guó)Lurgi公司開發(fā)成功性能更加優(yōu)良的Cu-Zn-AI-V催化劑，并于1970年建成4000t/a試驗(yàn)裝置，1973年建成20萬(wàn)t/a生產(chǎn)裝置。（中）低壓法合成與高壓法合成相比，設(shè)備簡(jiǎn)單、投資節(jié)省、動(dòng)力消.下載可編輯 .. .. .. .耗低、原料消耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好，各方面均具有顯著的優(yōu)越性，因而成為合成甲醇的唯一商業(yè)化方法，目前單系列裝置的生產(chǎn)能力最高可達(dá)10000t/d。著名的（中）低壓法合成技術(shù)主要包括如前所述的ICI、Lurgi法及HaldorTopsφe、LindeAG、MRF、MGC法等。5.8.2工藝技術(shù)方案的選擇5.8.2.1商業(yè)化的典型甲醇合成塔（1）ICI多段冷激塔ICI多段冷激塔將反應(yīng)床層分成若干絕熱段，兩段之間通入冷的原料氣，使反應(yīng)氣體冷卻，以使各段的溫度維持在一定值。這種塔塔體是空筒，塔內(nèi)無(wú)催化劑筐，催化劑不分層，由惰性材料支撐，冷激氣體噴管直接插入床層，并有特殊設(shè)計(jì)的菱形冷卻氣體分布器。ICI多段冷激塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、催化劑裝卸容易、易于放大，目前普通塔的容量為2300t/d，高空隙率塔的容量達(dá)7600t/d；ICI多段冷激塔的缺點(diǎn)是催化劑床層溫差較大（軸向：～70℃，徑向：～23℃）、單程轉(zhuǎn)化率較低（僅為15%～20%）、循環(huán)倍率較高（為6～10）。（2）Lurgi管殼等溫合成塔Lurgi 管殼等溫合成塔形似列管式換熱器 ，在塔內(nèi)，列管中裝填催化劑 ，管間為沸騰水。原料氣與出塔氣換熱至230℃左右進(jìn)入合成塔，反應(yīng)放出的熱經(jīng)管壁傳給管間的沸騰水，產(chǎn)生4MPa左右的飽和蒸汽，用來(lái)驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)。合成塔全系統(tǒng)的溫度條件用蒸汽壓來(lái)控制，從而保證催化劑床層大致為等溫。經(jīng)典Lurgi列管塔的優(yōu)點(diǎn)是催化劑床層溫差較小、單程轉(zhuǎn)化率較高（可達(dá)50%）、循環(huán)倍率較低（約為4.5）、催化劑使用壽命較長(zhǎng) （4年～5年）、熱能利用合理 ；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、制作較困難、材料要求高、放大較困難。經(jīng)典管殼塔的最大生產(chǎn)能力 （經(jīng)濟(jì)型塔）為1500t/d 。全世界現(xiàn)有 Lurgi裝置37套，甲醇總生產(chǎn)能力達(dá) 1600萬(wàn)t/a以上。（3）Casale軸、徑向混合流多段合成塔英國(guó)DavyMekee 公司在對(duì)傳統(tǒng) ICI多段冷激塔及 Lurgi管殼塔進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，開發(fā)成功Casale軸、徑向混合流多段絕熱合成塔 。該塔各段催化劑床層支撐設(shè)置在塔體內(nèi)，并與塔壁保持一定距離的環(huán)形空隙 ，形成進(jìn)氣通道 ，床層中心為頂端封.下載可編輯 .. .. .. .閉的集氣管。經(jīng)塔外換熱的原料氣入塔后 ，通過(guò)催化劑筐頂部及側(cè)壁開孔 ，按照軸向和徑向兩種流動(dòng)方式通過(guò)床層 ，生成氣經(jīng)集氣管匯合后 ，從催化劑筐底部導(dǎo)出塔外 。多段催化劑床層可串聯(lián)使用 ，也可并聯(lián)使用 。Casale合成塔的優(yōu)點(diǎn)是床層阻力較小 、大型化的潛力大 ，高度 16米的塔，生產(chǎn)能力可達(dá)到 5000t/d；缺點(diǎn)是催化劑裝卸困難。（4）Topsφe徑向流合成塔Topsφe徑向流絕熱合成塔與 Casale軸、徑向混合流多段絕熱合成塔在結(jié)構(gòu)形式上有某些類似，區(qū)別在于前者取消軸向氣流，全部為徑向氣流。大容量Topsφe徑向流合成塔也可采用多段結(jié)構(gòu)。由于使用高活性、小顆粒催化劑，所以床層阻力降低、塔直徑和壁厚減小、空速和出口氣中甲醇濃度顯著提高。Topsφe塔最大生產(chǎn)能力也達(dá)到5000t/d，全世界建有若干套大型生產(chǎn)裝置。（5）Linde螺旋蛇管等溫合成塔Linde等溫合成塔由 LindeAG公司開發(fā)，為新型的單段節(jié)能等溫塔 。在塔內(nèi)，螺旋蛇管放置在催化劑床層中，從蛇管下部通入4.5MPa的鍋爐水，從上面排出中壓蒸汽和循環(huán)水。合成氣從塔頂部進(jìn)入，穿過(guò)催化劑床層，從塔底部排出。Linde塔的優(yōu)點(diǎn)在于比傳統(tǒng)的管殼塔（如Lurgi塔）傳熱面積增加30%～50%。（6）MRF多段內(nèi)冷徑向流合成塔MRF多段內(nèi)冷徑向流合成塔由日本東洋工程公司（TEC）與三井東亞化學(xué)公司共同開發(fā)，該塔結(jié)合了徑向流絕熱塔與管殼等溫塔的特點(diǎn)。MRF塔本體為一壓力容器，塔器內(nèi)安裝帶中心管的催化劑筐，以及同鍋爐給水分配總管和蒸汽收集總管相連接的列管。列管排列成若干層同心圓，垂直安裝在催化劑床層內(nèi)，與水平徑向流動(dòng)的合成氣垂直。預(yù)熱后的合成氣首先進(jìn)入催化劑床層外籃與容器器壁形成的環(huán)形空間，然后按徑向依次穿過(guò)催化劑床層的絕熱反應(yīng)區(qū)和換熱反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)后的氣體在中心管匯合，并從底部導(dǎo)出。MRF塔的優(yōu)點(diǎn)是床層阻力小、傳熱系數(shù)高、單程轉(zhuǎn)化率高（出口甲醇濃度可達(dá)到8.5%）、催化劑壽命長(zhǎng)等。TEC公司在全世界共建有9套裝置，MRF塔單系列生產(chǎn)裝置的最大生產(chǎn)能力已超過(guò)10000t/d。（7）其它合成塔.下載可編輯 .. .. .. .ICI冷管塔是一種完全區(qū)別于傳統(tǒng)多段冷激絕熱塔的新穎塔 。入塔氣通過(guò)球形分配器進(jìn)入頂端開放的列管 ，預(yù)熱依靠管間催化劑床層的反應(yīng)熱通過(guò)管壁提供熱量 。預(yù)熱后的反應(yīng)氣出列管 ，折返進(jìn)入催化劑床層完成反應(yīng) 。ICI冷管塔較冷激塔投資節(jié)省、床層阻力小、操作穩(wěn)定。JW均溫合成塔是我國(guó)浙江杭州林達(dá)公司自主開發(fā)的一種冷管塔，結(jié)構(gòu)原理與 ICI冷管塔類似，但換熱單程列管改為雙程 “U”管。JW均溫塔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、換熱效果好、床層徑軸向溫差小（軸向：～10℃，徑向：～5℃）、造價(jià)低廉。國(guó)內(nèi)應(yīng)用 JW均溫技術(shù)已完成不少傳統(tǒng)塔塔內(nèi)件的改造 ，林達(dá)公司目前已具備設(shè)計(jì) 30萬(wàn)t/a合成塔的能力。MGC超轉(zhuǎn)化合成塔是由日本三菱重工業(yè)公司和三菱瓦斯化學(xué)公司共同開發(fā)的甲醇合成塔，屬于Lurgi管殼塔的改進(jìn)型，為立式雙套管結(jié)構(gòu)。催化劑裝在內(nèi)外管間的環(huán)形空間中，鍋爐沸水在外管間循環(huán)。合成氣從塔底送入，通過(guò)內(nèi)管向上流動(dòng)，并被催化劑床層的反應(yīng)熱預(yù)熱。預(yù)熱后的合成氣從內(nèi)管出口折返進(jìn)入催化劑床層完成反應(yīng)，催化劑床層外側(cè)通過(guò)管壁用鍋爐沸水冷卻。MGC塔的優(yōu)點(diǎn)是單程轉(zhuǎn)化率高（出口甲醇濃度可達(dá)到14%）、節(jié)能效果好；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、催化劑裝填系數(shù)小。MGC塔的最佳生產(chǎn)能力為3000t/d。（8）LurgiMega組合塔為了達(dá)到顯著拓展單系列裝置生產(chǎn)能力的目的，滿足建設(shè)超大型甲醇的需要，Lurgi公司通過(guò)合成催化劑性能和合成工藝過(guò)程的優(yōu)化，近年來(lái)開發(fā)成功Mega集成化甲醇合成裝置，為L(zhǎng)urgi冷管塔與Lurgi管殼塔的串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)。這種組合理念是Lurgi甲醇合成工藝的一次革命性變化，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在①熱能利用更趨合理；②單程轉(zhuǎn)化率很高、循環(huán)倍率很低，因而達(dá)到同等空速時(shí)，等規(guī)模生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力即擴(kuò)大50%以上。2004年6月5日在特立尼達(dá)投產(chǎn)的單系列Mega裝置生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到5000t/d，為目前世界甲醇生產(chǎn)裝置之首位。類似LurgiMega組合塔，林達(dá)公司最近也提出JW冷管均溫塔與國(guó)產(chǎn)管殼塔的組合思想，但有型裝置問(wèn)世尚需時(shí)日。 正在發(fā)展的甲醇合成新技術(shù)（1）GSSTFR及RISPR合成GSSTFR合成技術(shù)由荷蘭 Twente 工業(yè)大學(xué)開發(fā) ，目的在于提高合成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化.下載可編輯 .. .. .. .率。反應(yīng)過(guò)程包括氣-固-固三個(gè)活性相：氣相是合成氣和甲醇；一個(gè)固相是Cu基甲醇合成催化劑，固定在合成塔的棚架上；另一個(gè)固相是硅鋁吸附劑，以滴流狀態(tài)流過(guò)催化劑，用于從反應(yīng)區(qū)吸收甲醇。反應(yīng)過(guò)程中，合成氣從塔底加入，通過(guò)固相催化劑床層向上流動(dòng)，粉末狀吸附劑則從塔頂加入，以滴流狀態(tài)逆流向下流過(guò)催化劑床層，選擇性地吸附反應(yīng)產(chǎn)物甲醇。隨著反應(yīng)產(chǎn)物不斷從氣相混合物中移出，反應(yīng)速率不再受可逆反應(yīng)的阻滯而降低，從而保持高的反應(yīng)速度和高的轉(zhuǎn)化率。合成氣生產(chǎn)甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%，可不必循環(huán)，原料消耗和操作費(fèi)用明顯降低。GSSTFR裝置目前的生產(chǎn)能力達(dá)到1000t/d。RISPR合成技術(shù)屬于GSSTFR合成技術(shù)的進(jìn)一步演化形式。反應(yīng)系統(tǒng)由若干規(guī)格依次遞減的常規(guī)合成塔串接而成，合成塔與合成塔之間設(shè)置采用液體吸收劑（如四甘醇二甲醚）的甲醇吸收裝置，脫除甲醇后的氣體逐級(jí)進(jìn)入下一級(jí)反應(yīng)器。（2）漿態(tài)床合成氣相法合成由于床層溫度不易控制，致使在較低的單程轉(zhuǎn)化率和高循環(huán)比條件下操作。而且當(dāng)溫度控制不當(dāng)時(shí)，反應(yīng)易接近化學(xué)平衡的極限，限制了甲醇的生成。氣相合成甲醇的反應(yīng)速度控制步驟是催化劑的孔擴(kuò)散，導(dǎo)致氣相反應(yīng)速度明顯降低。液相合成方法為床層溫度的控制提供了一個(gè)良好的解決方案，從而為提高單程轉(zhuǎn)化率和避免接近化學(xué)平衡極限創(chuàng)造了條件。液相合成采用細(xì)顆粒催化劑，避免了孔擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速度的限制。漿態(tài)床工藝是液相法合成的經(jīng)典技術(shù)。合成過(guò)程中，反應(yīng)氣通過(guò)氣體分布器進(jìn)入合成塔內(nèi)的高濃度催化劑懸浮漿液中，與液、固相保持緊密接觸，從而改進(jìn)了傳質(zhì)。漿態(tài)床工藝的優(yōu)點(diǎn)是合成塔等溫操作、單程轉(zhuǎn)化率高、循環(huán)量小、操作彈性大、原料氣適應(yīng)范圍寬、催化劑時(shí)空產(chǎn)率高，是一種非常有前途的甲醇合成方法。目前漿態(tài)床存在的主要問(wèn)題是催化劑失活速度過(guò)快，如何保持催化劑的活性已經(jīng)成為漿態(tài)床合成方法商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。（3）流化床合成流化床合成包括兩種方法，一種是常規(guī)流化床方法；另一種是循環(huán)流化床方法。循環(huán)流化床屬于常規(guī)流化床的改進(jìn)型，目的在于解決出塔氣流中夾帶催化劑顆粒的循環(huán)使用問(wèn)題。流化床合成塔的優(yōu)點(diǎn)是有良好的傳熱速率，能夠維持等溫操作，由于反.下載可編輯 .. .. .. .應(yīng)速度快，所以時(shí)空產(chǎn)率比同等規(guī)模的固定床顯著增大 ；缺點(diǎn)是旋風(fēng)分離器 “料腿”內(nèi)催化劑顆粒返回床層有一定的能力限制 ，因而氣流速度不能過(guò)大 。目前直徑為 φ6m的循環(huán)流化床反應(yīng)器生產(chǎn)能力可望達(dá)到 9000t/d 。 甲醇合成技術(shù)比較主要甲醇合成塔的特征對(duì)比如表 5-10所示，典型甲醇合成技術(shù)對(duì)比如表 5-11所示，典型合成催化劑性能對(duì)比如表 5-12所示。表5-10主要甲醇合成塔特征比較合成塔LurgiICI激冷Casale合高空隙TopsφeMRF合常規(guī)循環(huán)合成率冷激流化床流化床類型合成塔成塔合成塔成塔塔合成塔合成塔合成塔氣體流軸向軸向軸徑軸向徑向徑向軸向軸向動(dòng)方式控溫回收冷激氣氣冷激外部回收回收回收方式熱量換熱換熱熱量熱量熱量生產(chǎn)能力15002300500076005000>1000032009000t/d）碳效率- 98.3 99.3 94.3 - - 98.0 99.0%）催化劑相對(duì)- 1 0.8 2.4 0.8 0.8 - -體積.下載可編輯 .. .. .. .表5-11典型甲醇合成技術(shù)對(duì)比項(xiàng)目Lurgi法ICI法林達(dá)法Linde法合成壓力5.0～8.05.0～10.05.0～13.05～10MPa）合成反應(yīng)溫度（℃）225～250230～270220～240220～250催化劑Cu-Zn-Al-VCu-Zn-AlCu-Zn-AlCu-Zn-Al組成空時(shí)產(chǎn)率0.650.780.63～0.810.65～0.78（t/m3·h）進(jìn)塔氣中～12～910～119～12CO含量（%）出塔氣中CH3OH含量5～65～65～65～6（%）循環(huán)倍率5：18～5：14.8：14～5：1利用利用利用反應(yīng)熱合成反應(yīng)利用反應(yīng)熱不利用不利用副產(chǎn)2.5MPa～反應(yīng)熱反應(yīng)熱熱利用副產(chǎn)蒸汽反應(yīng)熱反應(yīng)熱3.5MPa中壓蒸副產(chǎn)蒸汽副產(chǎn)蒸汽汽管內(nèi)氣冷合成塔形式列管型冷激型冷管型冷管產(chǎn)蒸汽型管外催化劑盤管式塔外副產(chǎn)蒸汽設(shè)備尺寸設(shè)備緊湊較大緊湊緊湊緊湊緊湊不設(shè)利用轉(zhuǎn)化氣換合成開工設(shè)備有加熱爐熱器加熱不需不專設(shè)加熱爐加熱爐設(shè)加熱爐甲醇精制采用采用兩塔流程采用兩塔或采用三塔流程三塔流程三塔流程適于高CO%便于調(diào)溫合適于高惰性氣適于高CO合成技術(shù)特點(diǎn)合成氣副產(chǎn)成甲醇凈值合成氣，塔后氣，副產(chǎn)中壓中壓蒸汽較低副產(chǎn)低壓蒸汽蒸汽列管式設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，制造材料和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣氣換熱不怕盤管式設(shè)備制焊接要求插入式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣液滲漏，設(shè)備更造材料和焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)造價(jià)低，設(shè)高，造價(jià)換熱滲漏易造成事故，新只需換內(nèi)要求高，設(shè)備及造價(jià)備更新只需高，設(shè)備更設(shè)備更新只需換內(nèi)件。件，造價(jià)低，更新只需換內(nèi)換內(nèi)件。新壓力外殼相當(dāng)于魯奇塔件。無(wú)法使用。的1/2。.下載可編輯 .. .. .. .表5-12典型合成催化劑性能對(duì)比國(guó)家或型號(hào)組成（%）規(guī)格（mm）操作條件公司CuOZnOAl2O3Cr2O3V2O5壓力（MPa）溫度（℃）51-148.7524.08.42--Ф5.4×3.65.0210～270英國(guó)ICI51-245.4124.948.72--Ф5.4×3.65.0～10.0210～27051-3--------德國(guó)BASFS3-8535.444.252.68--Ф5×55.0220～280S3-8670.0-----4.0～10.0200～300德國(guó)LurgiCL10457.1928.631.73-5.04Ф5×55.0210～270丹麥TopsLMK-236.037.0-20.0-Ф4.5×4.55.0～15.0210～290φe美國(guó)UCIC79-2-----Ф6.4×3.25.0～15.0210～290蘇聯(lián)CHM-152～5426～285～6--Ф5×55.0210～280CHM-238.018.73.822.8-Ф5×5.9×925～32250～280中國(guó)CNJ202>50>25～4-～3Ф5×55.0～10.0210～280C301-----Ф5×55.0210～280從上述表列數(shù)據(jù)和定性描述可以看出 ，各種甲醇合成技術(shù)并不存在十分懸殊的先進(jìn)性差異，原因在于已商業(yè)化的各種技術(shù)均由傳統(tǒng) ICI或Lurgi工藝演變而來(lái) 。目前各種技術(shù)的主要區(qū)別在于單系列裝置生產(chǎn)能力的 （超）大型化及催化劑的性能 （特別是使用壽命）兩方面。本預(yù)可研認(rèn)為 Lurgi公司的Mega 聯(lián)合甲醇技術(shù)比任何傳統(tǒng)技術(shù)在合成理念方面有實(shí)質(zhì)性突破 ，可以代表未來(lái)甲醇合成的基本發(fā)展方向 。LurgiMega裝置與傳統(tǒng) Lurgi裝置的對(duì)比如表 5-13所示。有消息得到證實(shí) ，國(guó)內(nèi)甲醇界受 Mega裝置的啟發(fā)，最近已開始著手類似的工程技術(shù)應(yīng)用研究 ，有些技術(shù)思路已經(jīng)獲得實(shí)用新型專利。另外，Lurgi公司的高活性 Cu-Zn-Al-V 催化劑在壽命方面比其它催化劑略勝一籌（最長(zhǎng)可以使用 5年以上），因此，本報(bào)告推薦 Lurgi公司的Mega聯(lián)合甲醇技術(shù)作為首選技術(shù) 。表5-13Mega裝置與傳統(tǒng)Lurgi裝置的對(duì)比項(xiàng)目單位傳統(tǒng)LurgiLurgiMega生產(chǎn)能力t/d25005000能耗（天然氣頭）GJ/t3028.5.下載可編輯 .......建設(shè)費(fèi)用＊%100130操作費(fèi)用%10097生產(chǎn)成本%10079注：＊天然氣作氣頭時(shí)，傳統(tǒng)Lurgi采用一段蒸汽轉(zhuǎn)化，而LurgiMega采用二段自熱轉(zhuǎn)化，因此需增加空分制氧裝置。5.8.3工藝流程說(shuō)明與傳統(tǒng)的管殼塔及其兩塔并聯(lián)組合不同，LurgiMega甲醇合成裝置為L(zhǎng)urgi管殼塔（一塔）和Lurgi冷管塔（二塔）的串聯(lián)組合。從上游工序來(lái)的成分合適的新鮮原料氣進(jìn)入透平壓縮機(jī)，壓力升至6MPa～8MPa。出透平壓縮機(jī)的原料氣與經(jīng)循環(huán)透平壓縮機(jī)重新升壓后的循環(huán)氣混合，進(jìn)入換熱器與冷管塔出塔氣完成熱交換，溫度升至130℃左右。入塔氣經(jīng)冷管塔底部中心管進(jìn)入冷管塔，然后經(jīng)分配器進(jìn)入催化劑床層冷管，與催化劑床層完成熱交換，溫度升至250℃。熱反應(yīng)氣出冷