2019年9月16日 星期一
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工程技术
焦化厂焦炉煤气制合成氨联产甲醇是节能减排的有效途径

朱炳利   王万和

(宝鸡市泰和化工科技Bwin登录地址  陕西 宝鸡)

在我国的能源结构中,贫油少气、煤炭储量相对丰富。从1994年起我国已从石油小量的出口国转变为石油进口国,到2008年我国对进口石油的依存度达到了50%以上。而且工业发展对石油的需求每年都有大幅度的增加,经济发展与资源贫乏的矛盾已非常突出。积极寻找替代能源,发展煤化工已成为人们关注的热点。研发煤化工新技术、新工艺利用焦化厂焦炉煤气制甲醇联产合成氨是近代煤化工节能减排、非常经济、非常有效的途径。

随着我国国民经济建设的高速发展,对钢铁的需求与日俱增,所以钢铁冶炼所需的主要原料焦炭产量大幅提升,我国是目前世界上钢铁、焦炭最大的生产国和出口国,在国民经济中有着举足轻重的作用。但焦化行业的发展,焦炭产量的提高,同时会产生大量富余的焦炉煤气,过去接近城市的焦化厂联建煤气公司,将焦炉煤气稍作处理作为居民生活煤气予以利用。远离城镇的地方焦化厂,只能将炼焦煤气排放到空气中,不仅对环境造成严重污染,而且也是资源的严重浪费。且目前在许多城市因天然气的清洁环保而替代原来的城市煤气(含焦炉煤气)。也促使我们如何开发和利用好焦炉煤气。

所以,如何合理利用焦炉煤气,促进节能减排是摆在各级政府和企业、科研单位面前的一项重要课题。

利用焦炉煤气制甲醇技术虽已问世多年,但甲醇生产中有大量的驰放气,其中主要成分为H279.4% CO3.8%CO23.2% N2 10.8%。传统的做法将很珍贵的化工原料气体送炼焦厂作为燃气燃烧,很不经济。而且还有部分不燃气体随烟气放入大气污染环境。

韩城黑猫能源利用有限责任公司焦炉气、甲醇驰放气综合利用项目采用宝鸡市泰和化工科技Bwin登录地址研发、设计用焦炉煤气及甲醇驰放气制合成氨联产甲醇的新工艺,于20086月开始设计,2008年底开工建设,2009年底建成投产投产。一次开车成功。我们有必要来看看它的现状并为它的未来做一些有益的工作,使其能为国民经济的可持续发展做出应有的贡献。

该装置的建成,成功的解决了富裕焦炉煤气、甲醇装置驰放气、合成氨驰放气放空污染环境的问题,实现了资源的综合利用,为企业创造了一定的经济效益。

本项目利用剩余和置换出来的焦炉气,建设15万吨/年氨醇装置,通过变压吸附提氢、联产甲醇,最终生产当地需求较好的液氨。其中,对焦炉气采用变压吸附提氢是原料气前段处理的一条新工艺。

总的来说,焦炉煤气可以用来发电、作燃料、制氢气和液化甲烷、合成天然气、制取甲醇或合成氨。但就从投资和经济效益方面以及现在的市场和社会环境来看,生产甲醇和合成氨才是经济效益和社会效益较好的方案,过去由于焦炉煤气制合成氨要进行催化转化、变换,铜洗或甲烷化等操作工序,流程较长、投资和消耗都比较高,而目前由宝鸡市泰和化工科技Bwin登录地址研发的新工艺完全可以和制甲醇相媲美,这是焦炉气制合成氨的一次重大革新。同时焦炉气制甲醇和合成氨远较其它原料制甲醇的成本要低400~800/..醇,因此从这两个主要方面的因素来看是目前较好的选择。

生产技术及工艺路线

宝鸡市泰和化工科技Bwin登录地址为韩城市黑猫能源利用Bwin登录地址研发设计的工艺流量简图

 

工艺流程简述:

经焦化厂化工产品回收,脱硫后的焦炉气,进入本装置介区后,首先进入气柜,经始降、缓冲、稳压后,经罗茨风机加压至0.03MPa,送到粗脱硫工段进行预处理,然后经精滤气分两路,一路送至老甲醇系统,送至压缩机一入。 另一路预处理气经压缩机一、二段压缩后至0.8MPa,再与老甲醇系统放空气及会合。在混合稳压罐内混合后送至变温、变压吸附工段的吸附塔内,利用加压状态下,在不同的吸附剂中(固态)选择性的将CH4+ArCO2吸附,而H2CON2穿过吸附剂床层成为制甲醇和合成氨的原料气送入下一工序,通过多次均压降压、回收部分有效成分后,吸附塔最后经抽真空将其吸附的CH4+ArCO2解析出来送至焦化厂(该气主要成分为O2 0.14%N2 4.94%CO 14.47%CH4 43.03%CO2 12.12%CnHm 2.13%H2 23.47%,热值约为21297.02kJ/Nm3较焦炉气高4%)作为燃料气配烧焦炭。

原料气经精脱硫变温变压工序后,气体主要成分为H2 89.72 % N25.05%CO4.29%CO20.12%CH4+Ar0.79%,与空分装置来的氮气(含N2 99.99%)经过DCS后调装置按比例配用N2气在均压混合罐内混合后,送至氢、氮气压缩机三入;经压缩机三、四、五段(段间设有冷却分离装置)压缩至12Mpa,送至醇化工段。

在醇化工段,首先经洗氨塔用脱盐水将气体中的氨脱除至20ppm以下,然后与甲醇循环机来的循环气混合后进入油分,分离掉油和水,由塔顶进入塔内外体环隙,然手由塔底部进入塔底换热器与反应后出塔热气换热,再经触媒层冷管换至220℃左右由中心管进入甲醇触媒层。在触媒的作用下 2H2+CO=CH3OH 3H2+CO2=CH3OH+H2O 反应后的气体经塔底换热器出塔依次进入脱盐水加热器、水冷器将温度降至2535℃进入醇分,分离掉其中的甲醇(粗醇),甲醇经液位自控系统调节放入中间槽后送至甲醇罐区。闪蒸汽回压缩三入。有醇分出来的气体、一路经循环机加压后与压缩五出来气混合后进入油分循环,另一路进入甲醇洗塔,塔洗掉夹带的甲醇后,气送压缩机六入。洗醇水浓度达到4550℃后送中间槽。

由醇化工段来的气体,H2N2(其中CO+CO20.5%)经压缩机六段加压至2231.4MPa,送甲烷化净化段,首先进入循环机油分(循环机主要是在触媒升温,还原时使用,正常生产时不开启循环机),然后进入塔底预热器与甲醇化出塔气换热,然后进入甲烷化塔底部换热器与出触媒层气换热,进入中心管。通过电炉加热至260℃后由触媒层顶部进入,COCO2H2在触媒作用下生成CH4H2O和部分高级醇,使CO+CO2及其它对氨触媒有害物质降至25ppm以下,达到净化的目的。反应后的气体依次进入塔底换热器、出塔后进入塔前分热器与进塔气换热,并使自身温度降至70℃,依次进入水冷器、水分离器、氨冷器、分离器,分离掉其中的水及高级醇后,送氨合成系统。(另有一条管路送循环机经循环机加压循环,用于触媒的升温还原)。

送合成工段的新鲜气(其中H2 74 % N2 25% CO+CO225ppmCH4+Ar0.8%)首先进入合成一氨冷与冷交来循环气混合,然后进入二氨冷将温度降至 -15-20℃,再进入冷交下部分离段、分离掉其中的液氨,再进入上部的换冷段、与循环机油分来的气体换冷回收冷量,出冷交的气体经进合成塔的主,副阀及冷激阀控制,依次进入合成塔的内外件环隙及塔前预热器、塔离换器、触媒层冷管,进入中心管,温度被提升至385℃,进入触媒层。在触媒的作用下,3H2+N2=2NH3+Q,反应区分四段,没轴径向流程以降低后流阻力,段间温度设冷激、结合冷管、调节温度,使其保证在最佳温度范围和较高出塔氨含量。反应后的气体,依次进入塔底换热器,出塔后(出塔气氨含量17%)进入废热锅炉(副产1.3MPa蒸汽、0.6T/每吨氨)然后今日塔前预热器、水加热器及水冷器,将其温度降至35℃后进入一氨分,分离掉部分冷凝液氨,然后进入循环气加压,经油分分离掉油水后,出来反应完的循环气与压缩机六段来新鲜气混合进入一氨冷循环生产合成氨。由冷交及氨分分离掉的液氨通过液位自控系统送至液氨贮罐,经液氨充装站充装槽车计量出售。

冷冻系统:由氨槽来的液氨分别加至一、二级氨冷器壳程,循环气为温度将液氨气化,气化产生的冷量被循环气吸收,氨自身气化,温度升高。由冰机将气氨加压至1.6MPa,通过蒸发式冷凝器将其降温至35℃,使其液化成液氨(1.58MPa 40 时气氨就可液化为液氨) 然后送至氨槽循环使用。

分工段流程叙述

对焦炉气采用变压吸附提氢是近几年兴起的新工艺。其主要优点是操作方便、能耗较低。具体特点如下:

韩城黑猫集团工艺的主要特点

1、率先在国内采用工业化变温、变压吸附提H2,脱除CH4CO2技术,使其成分达到合成氨联产甲醇的配比要求;同时辅产的解析气将CH4含量由20%浓缩63%,此气热值比焦炉气高35% ,并为后续新产品液化甲烷(CH4)创造了良好的条件。本工艺相对比传统的部分氧化、催化转化工艺投资节省20%,且流程短、产品消耗低。一次性总投资和单位产品投资低,施工周期短,运行费用低,工艺控制自动化程度高,安全性高,主要是采用物理方法和非化学方法提氢脱碳(CH4CO2)所以不需要特殊的设备和材料以及高温下运行的贵金属触媒。该工艺应用的吸附剂可用15年以上。

2、该工艺采用目前先进的双甲(甲醇、甲烷化)工艺,对合成氨原料气进行净化,副产部分甲醇(根据实际需求可适应调节甲醇产量)使气体不但得到了净化达到CO+CO225ppm的合成氨气要求,同时得到了产品甲醇。与传统的冷机脱碳、醋酸铜氨化铜洗、或低温甲醇洗、液氨洗工艺相比,有投资省、工艺路线短、运行费用低、无污染及废气废液排放及有效气利用率高的特点,是该装置的一大亮点。

3、该工艺采用空分来的氮气与提氢脱碳来的气体,通过上述两种气体流量及双甲后气体成分及氨合成循环气成分,采用自主研发的DCS控制系统,及时合理的调节H2/N2,确保氨合成系统成分稳定、高产、低耗、运行平稳。

4、采用焦炉煤气、提氢气与氨气在压缩机三入混合(即 二合一机组)省去了氮气压缩机、做到了H2N2气同加同减,确保系统的稳定运行。同时节省了投资、减少了压缩机总功耗及运行费用(中、小维修费及辅材消耗)

技术经济指标分析

以年产10万吨甲醇+液氨或甲醇计算,投资、成本及经济技术指标

1)总投资

1     焦炉气制10万吨液氨5万吨甲醇

工程项目

费用/万元

①投资建设

 

 

 

 

 

15455

固定资产投资

 

 

13302

递延资产

 

 

60

预备案

 

 

2093

②建设期货款利息

 

 

443.5

③流动资金

 

 

1680

 

2)消耗

氨联产醇:~2816 M3/吨甲醇

2     单位成本(以1吨甲醇或液氨为一个单位)

项目名称

年耗

单价

费用

备注

原材料(m3

2816M3/T NH3

0.3/m3

844.8

焦炉气价格按0.3/m3

电耗(Kwh

810

0.4/Kwh

324

工资及附加费

205×40

10

82

折旧费

 

 

133

维修费及辅材

 

 

79.8

财务费用

 

 

38

管理费

 

 

29

合计

 

 

1530.60

 

 

注:1、目前甲醇市场售价(出厂价)2000~2700/T  

液氨售价(出厂价)2500~3000/T

2、定员按生产岗位205人,每人每年40000元计工资及附加。

3、固定资产按13302万元计,其中折旧按每年10%计,维修费及辅材消耗按6%计。

4、年产量按氨 总量10万吨计

年利税总额: 以最低出厂价2500/T NH3

2500-1530.6)×105 = 9.694×107

利润总额:按销一进项 ≈12%

利润总额为9.694×107 -(2500×12%)×105 = 6.894×107

每年折旧费总额为133×105 = 1.33×107

投资回报期为15455+443.5)×104÷{6.894+1.33)×107 }1.93

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