加工工藝煉油技術(shù)與工程 PETROLEUM REFINERY ENGINEERING2015年第45卷第3期天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化改造制乙二醇合成氣方案的研究張駿馳(中國石化長城能源化工有限公司,北京市100120)摘要:針對國內(nèi)某項目利用原先已有天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化裝置為新建200kU/a煤基合成氣制乙二醇工業(yè)示范裝置提供備用合成氣源的改造要求,提出了純氧配CO2和水蒸氣、純氧配CO2,純氧等3種可行方案,通過對一、二段轉(zhuǎn)化爐燒嘴及爐體材料等指標進行對比,并對不同方案改造后各裝置運行情況及實際生產(chǎn)能力、不同方案投資及技術(shù)經(jīng)濟指標進行了測算,最終選擇純氧配CO2和水蒸氣方案。該方案可以實現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)原料氣的目的裝置可在不同工況下保持較高的乙二醇生產(chǎn)平均負荷(工況1,2為滿負荷生產(chǎn)),合成氨產(chǎn)量可達1.1kd,方案總投資3083.0萬元,有項目和增量所得稅后凈利潤分別為38,2.3億元/a,投資回收期1.1a。該方案具有投資整體省經(jīng)濟效益優(yōu)的特點。改造后裝置運行平穩(wěn)、操作簡單,達到增產(chǎn)乙二醇及合成氨的目的。關(guān)鍵詞:天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化合成氨乙二醇改造技術(shù)經(jīng)濟指標煤制乙二醇是通過含碳原料轉(zhuǎn)化、變換、凈化處于低負荷運行,在線率不高,導(dǎo)致裝置運行效益及分離提純后得到CO和H2,其中CO通過催化不佳。為調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),提升企業(yè)盈利能力,擬新偶聯(lián)生產(chǎn)草酸酯,再與H2進行加氫反應(yīng)并通過建200k∪/a煤基合成氣制乙二醇工業(yè)示范裝置。精制后獲得聚酯級乙二醇。隨著煤化工在國內(nèi)的快速發(fā)展,煤制乙二醇引起了人們空前的重視。2改造方案研究由于乙二醇裝置與上游氣化裝置剛性連接,該裝粉煤氣化裝置建成后始終在長周期運行上存置運行完全受制于氣化裝置的運行情況。除此之在一定問題,分析原因如下:①該裝置采用單系列外,該裝置工藝流程長及乙二醇裝置開停工周期大型氣化爐,沒有備爐,經(jīng)常出現(xiàn)非計劃停工,嚴較長,且每次開停工費用高達1200萬元。因此重制約下游乙二醇裝置長周期穩(wěn)定運行;②當乙如何穩(wěn)定上游氣源并足量供應(yīng)乙二醇合成氣是首二醇裝置單獨運行時,該裝置負荷(設(shè)計負荷的要解決的問題。以國內(nèi)某新建乙二醇項目為例,54%)低于最低穩(wěn)定運行負荷,當利用煤氣化富針對其氣源供應(yīng)不穩(wěn)的情況,提出通過改造現(xiàn)有余能力生產(chǎn)合成氨時,僅能產(chǎn)氨436d,氨合成天然氣轉(zhuǎn)化裝置作為備用氣源來實現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)原裝置運行困難,能耗高料氣的目的,從而提高煤制乙二醇的經(jīng)濟效益。2.1基本思路為實現(xiàn)乙二醇裝置長周期安全運行,同時氨1裝置現(xiàn)狀概述合成能夠經(jīng)濟運行,在不考慮增設(shè)備爐情況下,對該項目原工藝流程采用一段蒸汽轉(zhuǎn)化、二段已經(jīng)停產(chǎn)的天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化裝置進行適當改造后空氣轉(zhuǎn)化工藝生產(chǎn)合成氨和尿素,其生產(chǎn)能力分生產(chǎn)合成氣同時滿足上述裝置經(jīng)濟運行,裝置別為300,520ka。2000年以后由于石腦油價各工況具體要求如下:工況1,該項目正常操作格的不斷上漲,企業(yè)連年虧損,曾一度恢復(fù)天然氣時,原粉煤氣化、天然氣轉(zhuǎn)化裝置同時運行,聯(lián)合原料生產(chǎn),但效果不明顯。2002年實施了煤代油向乙二醇、合成氨裝置供氣;工況2,當粉煤氣項目改造工程,新建粉煤氣化裝置,原料煤公稱處理能力為2kd,產(chǎn)氣(H2+CO)能力為142收稿日期:2015-01-02;修改稿收到日期:2015-01-28。dam3h。天然氣裝置及配套的變換、脫碳、甲烷作者簡介:張駿馳高級工程師本科畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程中國煤化工、生產(chǎn)管理工作?；妊b置停產(chǎn)(其流程見圖1,虛線方框內(nèi)系統(tǒng)為聯(lián)系電話CN ccnh sinopec.利舊改造內(nèi)容)。由于粉煤氣化裝置從開車初期第45卷第3期張駿馳天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化改造制乙二醇合成氣方案的研究化裝置發(fā)生故障停工時,停運合成氨裝置,利用天上述改造利用現(xiàn)有閑置資產(chǎn)以投入較小資然氣轉(zhuǎn)化裝置供給乙二醇裝置合適比例的合成金,將現(xiàn)有天然氣轉(zhuǎn)化裝置改造為乙二醇示范氣,以確保乙二醇裝置的可靠氣源;工況3,當煤裝置的備用合成氣源,可滿足乙二醇額定生產(chǎn)氣化、乙二醇裝置同時停工時,可采用天然氣裝置負荷同時滿足氨合成經(jīng)濟運行,具體改造流程生產(chǎn)合成氨。見圖2。蒸汽空氣壓縮機甲天氣已要種一巨一[變換上一[原上一[甲化色成機一魚氨空分甲烷化原料煤氣化耐硫變換低溫甲醇洗圖1粉煤氣化改造后生產(chǎn)合成氨流程Fig 1 Flow of powder coal gasification for ammonia synthesis蒸汽原料天然氣段轉(zhuǎn)化一匚三段轉(zhuǎn)化一[變換[脫歌[甲烷化}[合成氣壓縮機}一[合成氨過熱器廢鍋氮氣空分甲烷化原料煤煤氣化耐硫變低溫甲醇洗未變換氣凈化PSA-CO偶聯(lián)反應(yīng)加氫反應(yīng)乙二醇圖2改造后主要工藝流程Fig. 2 Flow for ammonia synthesis after steam reforming unit reformation注:一、二段蒸汽轉(zhuǎn)化、變換、脫碳及甲烷化系統(tǒng)均進行部分利舊改造從圖2可以看出,方案研究內(nèi)容包括天然氣N2含量是最為直接有效的可行方案。蒸汽轉(zhuǎn)化、變換、苯菲爾脫碳及氨合成等系統(tǒng)改通過全流程綜合分析,結(jié)合全廠O2平衡狀造,挖掘已有公用工程潛力并從各種可能的工藝況,空分裝置尚有約9dam3/h的純氧富裕,在蒸流程組合、裝置產(chǎn)出、投資及技術(shù)經(jīng)濟等方面進行汽轉(zhuǎn)化二段爐進行純氧或純氧配CO2或純氧配綜合對比,以提出最佳改造方案。CO2和水蒸氣的轉(zhuǎn)化方式,盡可能降低轉(zhuǎn)化氣中2.2改造條件分析N2含量,以達到采用粉煤氣化、天然氣裝置聯(lián)合目前現(xiàn)有天然氣轉(zhuǎn)化裝置二段爐采用空氣轉(zhuǎn)向乙二醇和合成氨裝置供氣,并在粉煤氣化裝置化時,由于轉(zhuǎn)化氣中N2含量高,可作為合成氨原故障停工時由天然氣裝置單獨供乙二醇裝置生產(chǎn)料氣。當轉(zhuǎn)化氣用作乙二醇裝置合成氣源時需降的目的。對3種工藝模式具體分析如下。低其中N2含量并提高CO含量。由于N2和CO(1)純西出世方案相對分子質(zhì)量非常接近,常規(guī)的分離方法很難將CO2CNMHG2,并根據(jù)流其徹底分離,從天然氣轉(zhuǎn)化上游進行隔離來減少程中凝液回儀基乳加里小。天然氣裝置工工藝煉油技術(shù)與工程2015年3月開工時經(jīng)低溫甲醇洗再生后的CO2經(jīng)往復(fù)式壓移需重新更換純氧燒嘴以適應(yīng)新工況;②由于純縮機(打氣量較少)加壓后與O2、水蒸氣混合。正氧轉(zhuǎn)化爐爐內(nèi)溫度升高,必需將原澆注料襯里更常生產(chǎn)時采用苯菲爾脫碳裝置出口的CO2并循換為剛玉磚襯里,同時增加襯里厚度;③由空氣燒環(huán)使用。嘴改為純氧燒嘴后,爐膛上部溫度較空氣轉(zhuǎn)化溫原一段轉(zhuǎn)化爐的輻射段操作條件基本沒有變度更高,為防止催化劑失活,催化劑床層厚度需適化,因此不需對其改造。由于原 Kellogg爐型的空當降低,二段爐處理能力也隨之降低(約為原設(shè)氣蒸汽預(yù)熱段的熱負荷為440MW,改造后該組計值的75%)。取熱面的熱負荷為4.16MW,對這組盤管的熱負綜上可知,采用此方案改造二段爐需增設(shè)O2荷及轉(zhuǎn)化爐后續(xù)對流段的影響非常小,從材料和預(yù)熱器,并對一段轉(zhuǎn)化爐蒸汽過熱盤管進行更換,熱平衡角度沒有明顯的影響,故原轉(zhuǎn)化爐的對流二段轉(zhuǎn)化爐空氣燒嘴改為純氧燒嘴,二段爐澆注段也不需進行改造。襯里改為剛玉磚。對于二段爐方面來說,CO2加水蒸氣替代N22.3不同工況下裝置運行情況對比后,發(fā)生催化部分氧化的爐膛內(nèi)溫度沒有明顯變3種方案改造后的裝置依托供熱、供電、給排化,空氣混合器仍然可以良好運行,因此二段爐也水及空壓站等公用工程與現(xiàn)場情況結(jié)合,基本可不需進行改造。滿足改造要求。因此,3種方案的優(yōu)劣主要取決(2)純氧配CO2(方案2)于主裝置的運行穩(wěn)定性及操作負荷。表1列出了天然氣裝置開工時經(jīng)低溫甲醇洗再生后的3種方案改造后,不同工況下主裝置運行情況對CO2經(jīng)壓縮機加壓后與O2混合。正常生產(chǎn)時與比分析。方案1相同。經(jīng)過初步核算,原一段轉(zhuǎn)化爐的輻由表1可知,不同工況下,方案1與方案2運射段、原 Kellogg轉(zhuǎn)化爐的對流段及原二段爐均無行情況較為接近,工況1,2均可使乙二醇裝置滿需改造。負荷生產(chǎn),方案1具有更好的經(jīng)濟效益。在工況該方案改造完成后,原空氣壓縮機將被閑置,3煤氣化、乙二醇裝置均停產(chǎn)的情況下,可采用天因此對方案2有以下處理方法:①原空氣壓縮機然氣轉(zhuǎn)化制合成氨,即恢復(fù)到原天然氣轉(zhuǎn)化制合進行改造后用于加壓CO2,由于兩種原料相對分成氨的設(shè)計工況,不再需要從空分裝置引人O2和子質(zhì)量相差較大,對其進行改造會帶來諸多問題,N2,空分裝置停運后合成氨產(chǎn)量為1.0kt/d。對因此不建議采用2;②工況1及工況2可分別增于方案3中3種工況下天然氣轉(zhuǎn)化負荷均僅有設(shè)1臺CO2壓縮機;工況3采用原空氣壓縮機,整75%,工況1下乙二醇裝置可滿負荷運行,合成氨套裝置并未進行改造,即以原有空氣轉(zhuǎn)化法流程產(chǎn)量為0.9ktd。在工況2單供乙二醇裝置時受進行生產(chǎn)。方案2投資將會增加。合成氣中H2與C0比例的限制,僅能維持乙二醇(3)純氧(方案3)裝置約57%負荷運行,生產(chǎn)乙二醇114kt/a,合成因與加熱空氣不同,原 Kellogg對流段的蒸氨裝置停運。工況3下合成氨產(chǎn)量僅有0.8k/d汽-空氣加熱盤管加熱純氧盤管材料至少需要采而方案3在工況波動下需要明顯降低負荷或停產(chǎn)用 inconel600或625(材料牌號,下同),同時對某一裝置,不利于項目平穩(wěn)優(yōu)化運行。O2在盤管內(nèi)的流速有很多限制要求。在工業(yè)生從投資及經(jīng)濟效益分析,方案1,3投資約產(chǎn)中,預(yù)熱O2通常采用TEMA換熱器蒸汽加熱O23000萬元,方案2由于需額外補充CO2來增加離到230℃左右。原 Kellogg對流段的蒸汽空氣加心式壓縮機導(dǎo)致投資提高至4500萬元。根據(jù)初熱盤管拆除,該部分約4.40MW的熱量通過過熱步技術(shù)經(jīng)濟測算指標,方案1有項目年均所得稅蒸汽預(yù)熱段盤管吸收,雖然可以通過控制過熱燒嘴后凈利潤為2.3億元/a,方案2有項目年均所得的燃料氣量來維持對流段的整體熱平衡,但過熱蒸稅后凈利潤為2.1億元/a,方案3有項目年均所汽段盤管材料需從原A335P11換熱管改為304H。得稅后凈利潤為1.5億元/a。由此可見,方案1二段爐方面改造情況:①爐內(nèi)溫度會顯著升指標最優(yōu)中國煤化工選擇方案推高,對原燒嘴、爐襯及催化劑產(chǎn)生影響,高溫區(qū)上薦采用方Y(jié)HCNMHG第45卷第3期張駿馳天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化改造制乙二醇合成氣方案的研究表1不同方案下裝置運行情況對比Table 1 Comparison of units operation to different plans項目方案1方案2方案3工況1工況2工況3工況1工況2工況3工況1工況2工況3CO2壓縮機或O2預(yù)熱器運行運仃停運運行運行停運運行運行運行二段爐配套空壓機停運停運停運停運不變停運停運停運天然氣轉(zhuǎn)化約92%約100%約87%約90%約75%約75%約75%負荷負荷負荷負荷負荷①負荷②負荷③合成氨(k·d-1)1.1停運1.0停0.9停運0.8空氣分離基本理論約基本理論約滿負荷滿負荷停運滿負荷27%負荷停滿負荷20%負荷⑤停運煤氣化約65%負荷◎停運停運約65%負荷停運停運負荷③停運停運乙二醇/(k)200200停運20200停運200114停運①表示有效氣量約69.3dam3/h;②表示產(chǎn)有效氣量約623dam3/h;③表示產(chǎn)有效氣量約693dam3/h;④表示按O2產(chǎn)能乙二醇54dam3/h,天然氣轉(zhuǎn)化77dam3/h,實際約70%負荷;⑤表示按O2產(chǎn)能乙二醇3.1dam3/h,天然氣轉(zhuǎn)化6.6dam3/h,實際約70%負荷;⑥表示200ka乙二醇項目的合成氣耗量約為75.0dam3/h,對應(yīng)煤氣化裝置約53%負荷考慮到粉煤氣化的穩(wěn)定操作,建議負荷調(diào)整為不小于65%;⑦表示產(chǎn)有效氣量928dam3/h;⑧表示產(chǎn)有效氣量928dam3/h2.4方案1改造說明及其裝置消耗水平指標如表3所示。方案1改造情況如下:①O2自空分裝置引方案1總投資為3083.0萬元,新增建設(shè)投入;②CO2來自苯菲爾脫碳后的產(chǎn)品氣(開工時可資3014.0萬元投資回收期1.1a,無項目、有項采用低溫甲醇洗裝置的CO2)經(jīng)壓縮機加壓后配目時財務(wù)內(nèi)部收益率分別為12.14%,26.14%入;③過熱蒸汽引自工廠原有40MPa(表壓)管新增財務(wù)內(nèi)部收益率為815.36%。經(jīng)濟效益網(wǎng),混合后有部分凝結(jié)水出現(xiàn),為防止凝結(jié)水進入顯著。對流段引起爆管,增設(shè)混合氣預(yù)熱器進行過熱。表3方案1主要技術(shù)經(jīng)濟指標表2給出了方案1主要物料消耗。Table 3 Technical and economic indexes based表2方案1主要物料消耗on the No I planTable 2 Material consumptions of the No. 1 plan無項目有項目增量所得稅后凈利潤(億元·a1)3.8項目價格/無項目年消耗/有項目年消耗財務(wù)凈現(xiàn)值(基準收益率13%)/億元0.813.314.1(元·t-1)(kt·a-1)煤炭823.00430.0460.03結(jié)論天然氣17.2②醇13.5為確保新建乙二醇裝置氣源的穩(wěn)定性,利用水0.4910580.012420.0并改造已有天然氣轉(zhuǎn)化裝置,為乙二醇裝置提供備用氣源,從而顯著提高乙二醇裝置滿負荷生產(chǎn)高壓蒸汽190.001150.01280.0的可靠性,具有良好的經(jīng)濟效益。在對天然氣轉(zhuǎn)中壓蒸汽2560.02340.0化裝置的多種改造方案中,蒸汽轉(zhuǎn)化二段爐進行乙二醇200.0200.0純氧配CO2加水蒸氣的轉(zhuǎn)化方式,既避免了純氧合成氨2830.00289,40方案的一段轉(zhuǎn)化爐蒸汽過熱盤管、二段轉(zhuǎn)化爐燒注:①,②分別表示該處單位為元/m3,dam3/a;③,④,⑤分別表嘴、二段爐澆注襯里更換,又不會存在CO2不足示該處單位為元/(kW·h),10°(kW,h)/a,108(kW,h)/的問題。按照推薦方案改造后裝置運行平穩(wěn)、操2.5方案1的投資及技術(shù)經(jīng)濟指標作簡單,可盡可能增產(chǎn)乙二醇及合成氨。同時該考慮粉煤氣化裝置單獨供乙二醇裝置8ba,方案具有整體投資省經(jīng)濟效益優(yōu)的特點是較為天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化單獨供乙二醇裝置800h/a,粉煤可行的推薦方案。氣化裝置和天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化裝置聯(lián)合供乙二醇和中國煤化工合成氨6400h/a,以滿足乙二醇裝置運行8000h/a的要求。按照上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測算的技術(shù)經(jīng)濟1]胡杰,朱博超,士明大氣化工投木利用[M],北京:化25煉油技術(shù)與工程2015年3月學(xué)工業(yè)出版社,2006:1220.版社,2003:83-89[2]李維春.大型氮肥工業(yè)裝置原始開車[M].北京:化學(xué)工業(yè)出(編輯焦瑞)Study on revamping of NG steam reforming for productionof synthetic glycolZhang JunchiSINOPEC Great Wall Energy Chemical Co, Ltd, Beijing 100120)Abstract: To supply sufficient syngas for the new 200,000 TPY coal-based synthetic gas to glycol demonstration plant by revamping of an existing LNG steam reforming unit, three revamping schemes of02, CO2 and steam are proposed respectively. The operations of 1st-stage and 2nd-stage reformers, burnersand materials of the unit are analyzed and compared. Production capacity of various operation modes, investments, operation costs and technical economics are also calculated and compared. The scheme of combinIng02, CO2 and steam is finally selected. Based on this recommended scheme, syngas can be stably supplied toreach a full glycol production load. The ammonia production can reach 1 100 t/d and the total investment is30. 83 million Yuan RMB. The net profit after tax with project and the incremental is 380 million and 230 million Yuan RMB respectively, and return of investment is 1. 1 years. This scheme is stable in unit operationeasy in operation and increased in glycol and synthetic ammonia productionsKey Words: natural gas steam reforming, synthetic ammonia, glycol, revamping, techno-economic國內(nèi)外動態(tài)2014年我國石油開采與加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計全球石油需求9244萬桶/日,供應(yīng)量為9320萬桶/日,供國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示:大于求76萬桶/日,導(dǎo)致油價大幅跳水50%以上。石油天然氣開采業(yè):規(guī)模以上企業(yè)288家,實現(xiàn)主營2014年,世界天然氣消費量約為3.38萬億立方米,收入1.36萬億元,比上年下降0.3%;利潤總額32178增長0.85%,遠低于預(yù)期,全球天然氣產(chǎn)量為3.57萬億億元,下降124%;上繳稅金26785億元,增長15.5%;立方米,供大于求0.19萬億立方米。完成固定資產(chǎn)投資4023.0億元,增長5.7%,資產(chǎn)總計(路守彥供稿)2.32萬億元,增長6.7%。全國原油產(chǎn)量2.10億噸,增長0.6%;天然氣產(chǎn)量1234.1億立方米,增長6.9%。亞洲煉油商2015年將面臨挑戰(zhàn)原油加工業(yè):規(guī)模以上企業(yè)1368家,實現(xiàn)主營收入據(jù)道瓊斯2015年1月8日消息,惠譽評級公司旗下3.50萬億元,比上年增長0.7%;上繳稅金4276.7億元,的研究機構(gòu) Business Monitor International(BMI)表示增長4.3%;完成固定資產(chǎn)投資2472.3億元,增長2015年亞洲下游煉油行業(yè)預(yù)計仍將面臨挑戰(zhàn)因煉油產(chǎn)15.7%,資產(chǎn)總計1.62萬億元,增長1.0%。原油加工量能增長速度超過了該地區(qū)燃料的消費增長速度,從而令5.03億噸,增長53%;成品油產(chǎn)量(汽、煤、柴油合計)利潤受壓。BM稱,原油價格下降雖有可能使煉油行業(yè)3.17億噸,增長7.1%。第一季度的利潤小幅增加,但政府將面臨壓力,需要盡快路守彥供稿)將燃料成本的下降轉(zhuǎn)移給消費者。此外,美國和中東煉油業(yè)務(wù)擴張也會使亞洲煉油廠在保持具有競爭力的燃料2014年全球石油和天然氣消費量價格方面面《2014年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》顯示:2014年yH中國煤化工CNMHG摘譯自道瓊斯)