CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計2011,21(5)水煤漿氣化壓力對甲醇生產(chǎn)影響的比較于清*華陸工程科技有限責任公司西安710065摘要介紹87MP和65MP兩種水煤漿氣化壓力下生產(chǎn)甲醇的流程、消耗和投資;分析這兩種水煤漿氣化壓力對甲醇產(chǎn)品經(jīng)濟性的影響。關(guān)鍵詞水煤漿氣化壓力消耗投資經(jīng)濟性我國能源特點是缺油少氣,煤炭資源相對豐發(fā)熱量(b,d):27.25M/kg富。隨著石油價格的高漲,以煤為原料的煤化工灰熔點:得以發(fā)展。煤氣化工藝技術(shù)是煤化工的基礎(chǔ),其rT:1250℃中水煤漿氣化應(yīng)用最廣。水煤漿氣化技術(shù)是美國sT:1260℃GE(原 Texaco)公司以油氣化技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)出HT:1270來的。它在煤中加入添加劑、助熔劑和水,磨成FT:1290℃水煤漿,加壓后噴入氣化爐,與純氧燃燒發(fā)生部分氧化反應(yīng)。氣化溫度1300~1400℃,氣化壓力2工藝流程配置比較有2.8MPa、4.0MPa、6.5MPa和8.7MPa兩種氣化壓力下甲醇裝置的流程配置比較見隨著煤化工的發(fā)展,國家發(fā)改委要求煤制烯烴裝表3置規(guī)模要在50kta以上,煤制甲醇裝置規(guī)模要在表3兩種氣化壓力下甲醇裝置的流程配置比較1000kt/a以上,煤化工裝置規(guī)模有大型化的趨勢。8. 7MPa6. 5MPa水煤漿氣化壓力對甲醇生產(chǎn)有很大的影響,空分裝置2400c0/h0224000m3/hO2采用較低的氣化壓力會增大10ok/a以上甲醇裝氣煤漿制備6套磨機6套磨機氣5+2系列氣化置的設(shè)備尺寸,同時裝置系列數(shù)也會增多。根據(jù)灰水處理4+1系列閃落5+2系列閃蒸目前國內(nèi)煤化工大型化的趨勢,本文以1800k/a變換2系列2系列甲醇裝置為基礎(chǔ),比較6.5MPa和8.7MPa水煤漿化低溫甲醇洗2系列2系列氣化壓力下甲醇裝置的流程、消耗和投資。裝冷凍站2系列2系列硫回收1系列1系列1分析比較基礎(chǔ)甲合成氣壓縮僅需要循環(huán)氣壓縮機新鮮氣+循環(huán)氣兩段壓縮甲醉合成1系列1系列裝置規(guī)模:1800kt/a甲醇成甲醉精餾1系列1系列年操作時間:8000h8.7MPa氣化壓力下每臺氣化爐正常設(shè)計產(chǎn)有需有效氣量(CO+H2):50033Nm3/h效氣(CO+H2)為13300Nm3/h,故需要氣化爐原料煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表1。4+1臺;而6.5MPa氣化壓力下每臺氣化爐正常設(shè)表1原料煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)w%)計產(chǎn)有效氣(CO+H2)為89000Nm/h,若按氣項目化爐的正常產(chǎn)氣量,需要配置6+2臺氣化爐,但參數(shù)13.512.3631.1656.48根據(jù)目前神華包頭的設(shè)計運行情況,5+2臺氣化,原料煤的元素分析數(shù)據(jù)見表2。爐也可滿足1800kta甲醇的要求,只是備用系數(shù)表2原料煤的元素分析數(shù)據(jù)(w%)較低。相比之下8.7MPa氣化壓力下4+1臺氣化0d St, d爐配置比6.5MPa氣化壓力下5+2臺氣化爐的備參數(shù)68.015.092.112.020.4312.36用系數(shù)高。中國煤化工于清:工程師。2001年畢業(yè)于西北大學化工工藝專業(yè)主要從事化工工藝設(shè)CNMH98868yql886@chinahualueng.com011,21(5)于清水煤漿氣化壓力對甲醇生產(chǎn)彩響的比較3消耗比較3.2低溫甲醇洗需要冷量低溫甲醇洗是以甲醇為吸收劑吸收粗合成氣氣化壓力對整個甲醇裝置的公用工程消耗影中的酸性氣體,屬于物理吸收。在吸收的過程中,響較大,以噸DMO級甲醇消耗為基準,包含空甲醇吸收劑的吸收容量隨酸性組分分壓的提高而分、氣化、凈化、甲醇合成工段(不含硫回收)增加,操作壓力提高,溫度降低,溶液循環(huán)量減87MPa氣化和65MPa氣化壓力下公用工程的消少,故粗煤氣壓力升高,低溫甲醇洗甲醇循環(huán)量耗比較見表4會降低,需要的冷量減少。8.7MPa氣化壓力裝置表4兩種氣化壓力下噸甲醇公用工程消耗比較低溫甲醇洗需要冷量為6620kW,而6.5MPa氣化8. 7MPa6. 5MPa壓力裝置低溫甲醇洗需要冷量為13800kW。原料煤(收到基水分135%),t1.63氧氣(99.6%(V)),Nm3925.933甲醇合成壓縮機循環(huán)水(△t=10℃),t215.947.48.7MPa氣化壓力下至甲醇合成處新鮮氣的壓新鮮水,力約74MPa,新鮮氣不需要壓縮即可實現(xiàn)等壓合脫鹽水,t0.07成,甲醇合成壓縮機僅需將循環(huán)氣壓縮即可,使鍋爐給水,t5.94得甲醇合成壓縮機的功率降低,其功率為0.5MPa(G)飽和蒸汽,t-0.2613640kW。6.5MPa氣化壓力甲醇合成壓縮機分為1.0MPa(C)飽和蒸汽,t0.70.65新鮮氣壓縮段和循環(huán)氣壓縮段,新鮮氣需從1.8MPa(C)過熱蒸汽,t54MPa壓縮至7.4MPa,甲醇合成壓縮機的功率約4.0MPa(G)過熱蒸汽,t為2386kW。98MPa(G)過熱蒸汽,t2.020.35MPa(G)氯氣,Nm33.4循環(huán)水消耗儀表空氣Nm315.6由于氣化壓力高,使得冷凍站的功率及甲醇液化石油氣,kg合成壓縮機的功率大幅度下降,透平冷凝液需要凝液kg-3.03的循環(huán)冷卻水相應(yīng)降低較多。兩種壓氣化力下各注:“一”表示副產(chǎn)。裝置的循環(huán)水消耗比較見表6。3.1原材料消耗及粗煤氣組成表6兩種氣化壓力下各裝置的循環(huán)水消耗(t/h)氣化壓力高,粗煤氣中有效氣成分會略有下8.7MP6. 5MPa降,氧耗和原料煤消耗會略有增加,但兩種壓力空分1675016750下消耗相差小于02%,對噸甲醇產(chǎn)品的消耗影響變換3915甚微。從已投產(chǎn)和正在設(shè)計的65MPa氣化和低溫甲醉洗322287MPa氣化相比,兩種氣化壓力下的粗煤氣中的冷凍站甲醇合成及精餾6480有效氣都在78%~84%,碳轉(zhuǎn)化率也都在96%甲醉合成壓縮機740798%。鑒于粗煤氣中有效氣成分相差甚微,兩種氣化壓力下粗煤氣的主要組成見表53.5新鮮水消耗表5粗煤氣主要組成V%(干基)甲醇裝置新鮮水消耗用戶主要是制漿和灰水名稱含量處理灰水補充水,故兩種壓力下新鮮水消耗相當。氫氣36.323.6鍋爐給水鍋爐給水主要用于甲醇裝置的變換、甲醇合二氧化碳成單元副產(chǎn)蒸汽,其次用于氣化儀表的沖洗和變甲烷0.13換氣洗氨。兩種壓力下變換、甲醇合成單元副產(chǎn)氮氣0.69蒸汽和變換氣洗氨用鍋爐給水量相同;氣化儀表硫化氫0.15沖洗水由于中國煤化工要沖洗的儀表硫氧化碳0.0l數(shù)量不同,CNMH Ga氣化消耗的鍋爐給水多一些。CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計2011,21(5)3.7電耗3.8.4高壓過熱蒸汽雖然8.7MPa氣化壓力較6.5MPa氣化工段高9.8MPa(G)高壓過熱蒸汽用于空分裝置的壓煤漿泵的電耗高,但凈化采用低溫甲醇洗,氣空壓機,由于氣化壓力的變化,氧氣壓力不同,化壓力的升高使得循環(huán)甲醇量大幅度減少,從而對空壓機略有影響。低溫甲醇洗工段的電耗相應(yīng)降低較多。兩種氣化3.9氮氣壓力下裝置電耗比較見表7。8.7MPa和6.5MPa氣化壓力下氮氣消耗的差表7兩種氣化壓力下裝置電耗比較(kW)別主要在于低溫甲醇洗的氣提氮氣。壓力高使得8. 7MPa6. 5MPa低溫甲醇洗甲醇循環(huán)量降低,故H2S濃縮塔需要高壓煤漿泵功率600×4的氣提氮氣的量相應(yīng)就會降低。8.7MPa氣化壓力低溫甲醇洗裝置電耗8530下消耗低溫甲醇洗氣提氮氣為45900Nm3/h6.5MPa氣化壓力下消耗低溫甲醇洗氣提氮氣為3.8蒸汽60300Nm3/h。38.1低壓飽和蒸汽3.10儀表空氣0.5MPa(G)和1.0MPa(G)飽和低壓蒸汽兩種氣化壓力下儀表空氣消耗的差別在于主要來自變換工段副產(chǎn)蒸汽,無論何種氣化壓力,6.5MPa下氣化、凈化的系列數(shù)增加,氣動閥門的粗爆氣的水汽比均約為.4,故變換副產(chǎn)的低壓蒸個數(shù)增加使得儀表空氣的消耗增加。汽相當。0.5MPa(C)和10MPa(G)飽和低壓蒸汽的主要用戶為低溫甲醇洗的再沸器和DMTo3.11液化石油氣級甲醇的精餾。兩種氣化壓力下,DMTO級甲醇精選用8.7MPa氣化壓力,1800ka甲醇裝置需餾所用的蒸汽量相同;由于氣化壓力的不同,氣要4+1臺氣化爐,選用65MPa氣化壓力,1800ka甲醇裝置需要5+2臺氣化爐;水煤漿氣87Ma氣化比6.5MPa氣化噸甲醇低壓蒸汽消耗化爐運行45天左右需要更換燒嘴一次,同時備用低,相應(yīng)副產(chǎn)的低壓蒸汽量較多。兩種氣化壓力的氣化爐需熱備,氣化爐熱備的臺數(shù)越多消耗的下低壓蒸汽消耗比較見表8。液化石油氣量也就越多。表8兩種氣化壓力下飽和低壓蒸汽消耗比較(th)3.12冷凝液8. 7MPa6. 5MPa由于65MPa氣化需要的動力蒸汽和加熱蒸汽低溫甲醇洗0.5MPa飽和蒸汽67.2比8.7MPa氣化多,故相應(yīng)產(chǎn)生的冷凝液也多。低溫甲醇洗1.0MPa飽和蒸汽3L242.84經(jīng)濟性比較3.8.21.8MPa(C)過熱蒸汽18MPa(G)過熱蒸汽來自甲醇合成副產(chǎn)蒸41投資汽(經(jīng)弛放氣過熱后),兩種氣化壓力甲醇合成副41.1氣化裝置產(chǎn)的蒸汽相同1)煤漿制備:對于1800kt/a甲醇裝置,兩38.34.0MPa(C)過熱蒸汽種氣化壓力下煤漿制備均需要6臺磨機,故兩種氣4.OMPa(G)過熱蒸汽來自變換副產(chǎn)蒸汽,化壓力下煤漿制備工段的投資相同不足部分由抽氣補充。兩種壓力下變換副產(chǎn)的(2)氣化:選用87MPa氣化壓力,1800k/a40MPa(G)過熱蒸汽相同。4.0MPa(G)過熱甲醇裝置需要4+1臺氣化爐,總投資約1271億蒸汽作為動力蒸汽,其用戶為冷凍站丙烯壓縮機元;選用6.5MPa氣化壓力,1800ka甲醇裝置需和甲醇合成壓縮機。兩種氣化壓力下4OMPa(C)要5+2臺氣化爐,總投資約13.2億元。過熱蒸汽消耗比較見表9(3)灰水處理:選用87MPa氣化壓力,表9兩種氣化壓力下40MPa(G)過熱蒸汽消耗比較(h)1800k/a甲醇裝置需要4+1套閃蒸,3套澄清系8. 7MPa6. 5MPa統(tǒng),2+1臺中國煤化工35億元;選冷凍站丙烯壓縮機86.7用6.5MPa氣CNMHG置需要4+甲醇合成壓縮機套閃蒸,3套澄清系統(tǒng),2+1臺細渣過濾機,總投2011,21(5)于清水煤漿氣化壓力對甲醇生產(chǎn)彩響的比較資約2.66億元。0.5MPa飽和蒸汽年節(jié)約成本:8.7MPa氣化壓力氣化裝置的總投資約16億(0.44-0.26)x180×56=1814.4萬元元;6.5MPa氣化壓力氣化裝置的總投資約16.81.0MPa飽和蒸汽年節(jié)約成本:億元(0.7-0.65)x180×56=504萬元4.1.2凈化裝置4.0MPa過熱蒸汽年節(jié)約成本:對于1800kt/a甲醇裝置,雖然8.7MPa氣化壓(0.83-0.44)x180×67=4703.4萬元力和6.5MPa氣化壓力均設(shè)2套變換、2套低溫甲98MPa過熱蒸汽年節(jié)約成本:醇洗、2套冷凍站,但由于壓力高單系列的設(shè)備(1.95-202)×180×90=-114萬元管道直徑相應(yīng)會減小,以低溫甲醇洗單系列為例氮氣年節(jié)約成本:兩種氣化壓力下各塔徑比較見表10。268-204)×180×0.1=1152萬元表10兩種氣化壓力下各塔徑比較(mm)液化石油氣年節(jié)約成本(0.58-0.37)x180×4.5=170.1方元8. 7MPa6. 5MPa甲醇洗滌塔d3600凝液年節(jié)約成本H2S濃縮塔(3.03-3.19)x180×10=-288方元熱再生塔合計:醇水分離塔1134+450+1814.4+504+4703.4-1134+1152+尾氣洗滌塔170.1-288=85059萬元壓力高設(shè)備壁厚增大,但設(shè)備直徑減小,根由以上計算可見,1800kt/a甲醇裝置選用據(jù)已設(shè)計工程的比較,兩種氣化壓力下變換、低87M氣化壓力比6MPa氣化壓力每年生產(chǎn)成溫甲醇洗工段投資相當,8.7MPa氣化壓力下略低本可節(jié)約85059萬元。點由于壓力提高,氣化、變換和低溫甲醇洗系4.1.3甲醇合成列數(shù)減少,日常檢修維護的人力、物力也會相應(yīng)87MPa氣化壓力下甲醇合成裝置的投資較降低。6.5MPa氣化壓力略低一點,主要原因是8.7MPa5操作和運行氣化壓力下僅循環(huán)氣壓縮段需甲醇合成壓縮機。水煤漿氣化技術(shù)在我國使用最多,兩種氣4.2運行費用化壓力的氣化爐均為成熟爐型,各個壓力級別公用工程的價格見表的氣化壓力均有,相比而言6.5MPa氣化壓力運表11公用工程的價格行裝置最多,如渭河化肥廠、金陵化肥廠、浩項目單價良河、陜西神木化工、新奧集團、山東利華益循環(huán)水,元/t0.2和神華包頭等;而8.7MPa氣化壓力在南化、大電,元/kWh0.5MPa/10MPa(G)低壓飽和蒸汽,元/t化兩套工業(yè)化裝置運行。兩種氣化壓力的氣化1.8MP/4.0MPa(G)中壓過熱蒸汽,元/t爐對煤種的適應(yīng)性、氣化爐燒嘴使用壽命、耐98MPa(G)高壓過熱蒸汽,元/火磚、操作溫度、氣體組分方面的差別不大液化石油氣,元/t4500技術(shù)參數(shù)特別是碳的轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率方面氮氣,元/Nm30.1也沒有大的差別凝液,元/t氣化壓力從6.5MPa提高到87MPa,大部分根據(jù)表4中兩種氣化壓力下噸DMTO級甲醇管道和閥門壓力等級并沒有提高,僅部分管道和公用工程消耗比較,每年裝置運行成本費用比較閥門提高一個壓力等級,壓力等級提高的閥門主如下:要為氧氣切斷閥和鎖渣閥等。同時氣化壓力提高循環(huán)水年節(jié)約成本單套裝置能力增加的同時.管道和閥門尺寸也相(247.4-215.9)x180×0.2=1134萬元應(yīng)增大,這裒中國煤化工安裝方面較電年節(jié)約成本6.5MPa氣化CNMHG(185-180)×180X0.5=450萬元(下轉(zhuǎn)第13頁)2011,21(5)武登忠大型石化聯(lián)合裝火炬系統(tǒng)設(shè)計要點吹掃氣以氮氣最為常見,在生產(chǎn)裝置各火炬大排放能力。支管起點和火炬總管起點及分液罐前或后設(shè)吹掃16安全閥的背壓氣措施,保證火炬系統(tǒng)微正壓來防止回火。氣封包括速度封和分子封,氣封用氣的露點安全閥出口側(cè)的壓力稱為背壓。背壓有總背應(yīng)低于環(huán)境的最低溫度,可以選用氮氣和低分子壓、靜背壓和動背壓?？偙硥旱扔陟o背壓加動背量氣態(tài)烴。雖然分子封消耗氣體較少,但建議還壓之和。靜背壓為安全閥開啟前出口側(cè)的壓力,是盡可能不用此種方式。而動背壓為安全閥開啟后,由于流體流動產(chǎn)生摩如無回收設(shè)施,可不采用水封罐,特別是在擦阻力,該摩擦阻力為動背壓。寒冷地區(qū)要注意水的防凍問題。16,1最大的動背壓值作為靜背壓14火炬氣回收能力在該種情況下,當操作壓力接近安全閥設(shè)定為了節(jié)能減排,一般新建項目均設(shè)排放氣回壓力時,安全閥會因工藝條件變化增加起跳頻率。收設(shè)施,但不容易確定其回收能力。除計算聯(lián)合162安全閥靜背壓為零裝置正常排放量以外,還應(yīng)結(jié)合經(jīng)常性的間斷排在這種情況下,因存在靜背壓,安全閥實際放量、安全閥及控制閥的泄漏量,以及其他類似起跳時易造成起跳時超過安全閥的設(shè)定壓力,存項目的回收能力而定。在安全問題。排放氣經(jīng)壓縮后,進入燃料氣管網(wǎng),實現(xiàn)節(jié)163以排放量最大的安全閥單獨排放時的背壓作能降耗的目的。為靜背壓可采用螺桿式壓縮機和液環(huán)式壓縮機。由于該情況,亦可能存在上述16.1節(jié)的情況。螺桿式壓縮機噪音大,維修工作量較大,還需建由于上述原因,各生產(chǎn)裝置在確定安全閥的壓縮廠房;而液環(huán)式壓縮機則沒有前述問題,操靜背壓時,均需對火炬系統(tǒng)進行充分的研究,并作彈性較大,但運行費用較高采用專業(yè)軟件計算火炬系統(tǒng)壓力分布般設(shè)兩臺壓縮機,不設(shè)備機。布置火炬的地點,應(yīng)充分考慮各種因素。應(yīng)由于火炬總管較粗、較長,可以起到壓縮機遠離人員操作區(qū)和交通密集區(qū),且宜布置在全年緩沖罐的作用。最小頻率風向的上風側(cè)參考文獻15排放量峰值疊加1 API 520-2000, Sizing, Selection, and Installation of Pressure無論什么樣的火炬系統(tǒng),出現(xiàn)事故排放時總會從小到最大峰值,再到零或正常排放量。2 API 521, Pressure-relieving and Depressuring System [S]API 537-2003, Flare Details for General Refinery and Petro-但工程上,難以計算峰值出現(xiàn)的時間和最大chemical Service [S]火炬能力的關(guān)系。原因是在同一事故工況下,各4HC/T20570.12-95,火炬系統(tǒng)設(shè)置[S]生產(chǎn)裝置內(nèi)安全閥起跳、持續(xù)時間均無法確定,5SH3009-2001,石油化工企業(yè)燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體排而各項目的總圖布置不盡相同。因此,排放氣在放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S]很高速度下,很快達到峰值,而排放持續(xù)時間很6GB50052-95,供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S](收稿日期2011-07-04)難量化,所以工程上多將峰值計算簡化為等于最(上接第17頁)但是壓力的提高在操作運行上也有許多優(yōu)勢。如南化已運行4年多,從操作來看,由于壓力提高6結(jié)語使灰水系統(tǒng)結(jié)垢較6.5MPa好得多,這就延長了黑綜合以上比較,對于1800kta甲醇裝置,水管線的操作壽命,降低了黑水管線的清理和更8.7MPa氣化壓力從投資和運行成本上均優(yōu)于換頻率。6.5MPa氣化8505.9萬元,YH中國煤化工每年可節(jié)約CNMH(工作量。