水煤漿氣化壓力對甲醇生產(chǎn)影響的比較

14CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計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8.7MPa和6.5MPa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(diǎn)是缺油少氣，煤炭資源相對豐發(fā)熱量(b, d): 27. 25 MJ/kg富。隨著(zhù)石油價(jià)格的高漲，以煤為原料的煤化工灰熔點(diǎn):得以發(fā)展。煤氣化工藝技術(shù)是煤化工的基礎，其IT: 1250C中水煤漿氣化應用最廣。水煤漿氣化技術(shù)是美國ST: 1260CCE (原Texaco)公司以油氣化技術(shù)為基礎開(kāi)發(fā)出HT: 1270C來(lái)的。它在煤中加人添加劑、助熔劑和水，磨成FT: 12909水煤漿，加壓后噴入氣化爐，與純氧燃燒發(fā)生部2工藝流程配 置比較分氧化反應。氣化溫度1300~ 1400C，氣化壓力有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(jiàn)隨著(zhù)煤化工的發(fā)展，國家發(fā)改委要求煤制烯烴裝表3。置規模要在500kt/a以上，煤制甲醇裝置規模要在表3兩種氣化壓力 下甲醇裝置的流程配置比較1000 kt/a以上,煤化工裝置規模有大型化的趨勢。8. 7MPa6. SMPa水煤漿氣化壓力對甲醇生產(chǎn)有很大的影響,空分裝置20000Nm2/h 0220000Nm2/hO2采用較低的氣化壓力會(huì )增大1000ktVa以上甲醇裝氣煤漿制備6套磨機 .6套磨機華氣化4+1系列氣化5+2系列氣化置的設備尺寸，同時(shí)裝置系列數也會(huì )增多。根據置灰水處理.4+1系列閃蒸5+2系列閃蒸目前國內煤化工大型化的趨勢，本文以1800kt/a變換2系列2系列.甲醇裝置為基礎，比較6. 5MPa和8. 7MPa水煤漿花低溫甲醉洗2系列裝冷凍站氣化壓力下甲醇裝置的流程、消耗和投資。硫回收1系列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1分析比較基礎谷甲醉合成1系列1系列.成甲醉精餾1系列裝置規模: 1800kt/a 甲醇年操作時(shí)間: 8000h8.7MPa氣化壓力下每臺氣化爐正常設計產(chǎn)有需有效氣量(CO + H2): 50337Nm'/h .效氣(CO+H2) 為130300Nm2/h,故需要氣化爐原料煤的工業(yè)分析數據見(jiàn)表1。4+1臺;而6.5MPa氣化壓力下每臺氣化爐正常設表1原料煤的工業(yè)分析數據(wt% )計產(chǎn)有效氣(CO + H2)為89000Nm2/h,若按氣項目larMadAcId化爐的正常產(chǎn)氣量，需要配置6+2臺氣化爐,但參數.13.52. 4812. 3631.16 56.48根據目前神華包頭的設計運行情況，5+2臺氣化，原料煤的元素分析數據見(jiàn)表2。爐也可滿(mǎn)足1800kt/a 甲醇的要求，只是備用系數表2原料煤的元素分析數據(wt%)較低。相比之下8. 7MPa氣化壓力下4+1臺氣化項目CdHd_ Naod St, dAd_爐配置比6.5MPa氣化壓力下5 +2臺氣化爐的備參數8.01 5.092.1 12.02 0. 43用系數高?！裼谇?工程師。2001年畢業(yè)于西北大學(xué)化工工藝專(zhuān)業(yè)主要從事化工工藝設計工作。聯(lián)系電話(huà): (029) 87988687, E - mail:yq1886@ chinahualueng, com。2011 ,21(5)于清水煤漿氣化壓力對甲醇生產(chǎn)影響的比較53.2低溫 甲醇洗需要冷量3消耗比較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(gè)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(guò)程中,響較大，以噸DMTO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8.7MPa氣化和6.5MPa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(jiàn)表4。會(huì )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13.5%),t~1.631.633.3 甲醇合成壓縮機氧氣(99.6% (V)) ,Nm3-925.9~925. 9循環(huán)水(Ot=10C),t215.9247.48.7MPa氣化壓力下至甲醇合成處新鮮氣的壓新鮮水,2.122. 1力約7.4MPa,新鮮氣不需要壓縮即可實(shí)現等壓合脫鹽水,0.070.1成，甲醇合成壓縮機僅需將循環(huán)氣壓縮即可，使鍋爐給水,t得甲醇合成壓縮機的功率降低，其功率為電,kWh18018513640kW。6. 5MPa氣化壓力甲醇合成壓縮機分為0. SMPa( C)飽和蒸汽,t-0.261. 0MPa( C)飽和蒸汽,t-0.7-0. 65.新鮮氣壓縮段和循環(huán)氣壓縮段，新鮮氣需從.1. 8MPa( C)過(guò)熱蒸汽,t-1.08 .5. 4MPa壓縮至7. 4MPa,甲醇合成壓縮機的功率約4. 0MPa( C)過(guò)熱蒸汽,t.83為23386kW。9.8MPa(C)過(guò)熱蒸汽,12.021.953.4循環(huán)水消耗0. 35MPa(C)氮氣,Nm2204儀表空氣,Nm’15.617由于氣化壓力高，使得冷凍站的功率及甲醇液化石油氣,kg0.370. s8合成壓縮機的功率大幅度下降，透平冷凝液需要凝液.kg-3. 03-3.19的循環(huán)冷卻水相應降低較多。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(jiàn)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(Vh)氣化壓力高，粗煤氣中有效氣成分會(huì )略有下降，氧耗和原料煤消耗會(huì )略有增加，但兩種壓力空分16750氣化96698889下消耗相差小于0.2%,對噸甲醇產(chǎn)品的消耗影響變換3915甚微。從已投產(chǎn)和正在設計的6. 5MPa氣化和低溫甲醇洗312032228. 7MPa氣化相比，兩種氣化壓力下的粗煤氣中的冷凍站43209005有效氣都在78% ~ 84%，碳轉化率也都在96% ~甲醇合成及精餾6480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(jiàn)表5。3.5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(hù)主要是制漿和灰水名稱(chēng)含量處理灰水補充水，故兩種壓力下新鮮水消耗相當。36.323.6鍋爐給水- -氧化碳40.62鍋爐給水主要用于甲醇裝置的變換、甲醇合二氧化碳21. 12成單元副產(chǎn)蒸汽，其次用于氣化儀表的沖洗和變甲烷0.04換氣洗氨。兩種壓力下變換、甲醇合成單元副產(chǎn)氬0.13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沖洗水由于氣化系列數的差別，所要沖洗的儀表硫氡化碳0.01數量不同，6. 5MPa氣化要比8. 7MPa氣化消耗的0.93鍋爐給水多- -些。CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2011 ,21(5)3.7電耗3.8.4高壓過(guò)熱蒸汽雖然8.7MPa氣化壓力較6. 5MPa氣化工段高9.81MPa (G) 高壓過(guò)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降低較多。兩種氣化3.9 氮氣壓力下裝置電耗比較見(jiàn)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 下裝置電耗比較別主要在于低溫甲醇洗的氣提氮氣。壓力高使得8. 7MPa6. SMPa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 x4450 x5的氣提氮氣的量相應就會(huì )降低。8. 7MPa氣化壓力低溫甲醉洗裝置電耗76208530下消耗低溫甲醇洗氣提氮氣為45900Nm3/h,6.5MPa氣化壓力下消耗低溫甲醇洗氣提氮氣為3.8 蒸汽60300 Nm3/h。3.8.1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(lái)自變換工段副產(chǎn)蒸汽,無(wú)論何種氣化壓力,6.5MPa'下氣化、凈化的系列數增加，氣動(dòng)閥門(mén)的粗煤氣的水汽比均約為1.4,故變換副產(chǎn)的低壓蒸個(gè)數增加使得儀表空氣的消耗增加。汽相當。0.5MPa (C)和1.0MPa (G)飽和低壓3.11液化石油氣蒸汽的主要用戶(hù)為低溫甲醇洗的再沸器和DMTO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，1800kt/a 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6.5MPa氣化壓力，化壓力高使得低溫甲醇洗循環(huán)甲醇量降低，故1800kUa甲醇裝置需要5+2臺氣化爐;水煤漿氣8.7MPa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(shí)備用低，相應副產(chǎn)的低壓蒸汽量較多。兩種氣化壓力的氣化爐需熱備，氣化爐熱備的臺數越多消耗的下低壓蒸汽消耗比較見(jiàn)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6.5MPa氣化需要的動(dòng)力蒸汽和加熱蒸汽低溫甲醇洗0.5MPa飽和蒸汽38.167.2比8.7MPa氣化多，故相應產(chǎn)生的冷凝液也多。低溫甲醇洗1. 0MPa飽和蒸汽31.242.84經(jīng)濟性比較3.8.2 1. 8MPa (G)過(guò)熱蒸汽.1. 8MPa (G)過(guò)熱蒸汽來(lái)自甲醇合成副產(chǎn)蒸4.1投資汽(經(jīng)弛放氣過(guò)熱后),兩種氣化壓力甲醇合成副4.1.1氣化裝置產(chǎn)的蒸汽相同。(1)煤漿制備:對于1800k/a甲醇裝置，兩3.8.3 4. 0MPa (C)過(guò)熱蒸汽種氣化壓力下煤漿制備均需要6臺磨機,故兩種氣4.0MPa (G)過(guò)熱蒸汽來(lái)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8.7MPa氣化壓力, 1800kt/a4. 0MPa (G)過(guò)熱蒸汽相同。4.0MPa (G)過(guò)熱甲醇裝置需要4+1臺氣化爐，總投資約12.71億蒸汽作為動(dòng)力蒸汽，其用戶(hù)為冷凍站丙烯壓縮機元;選用6.5MPa氣化壓力, 1800kt/a 甲醇裝置需和甲醇合成壓縮機。兩種氣化壓力下4. 0MPa (G)要5+2臺氣化爐，總投資約13.2億元。過(guò)熱蒸汽消耗比較見(jiàn)表9。(3)灰水處理:選用8.7MPa氣化壓力,表9兩種氣化壓力 下4.0MPa( G)過(guò)熱蒸汽消耗比較(vh)1800kUa甲醇裝置需要4+1套閃蒸, 3套澄清系6.5MPa統，2+1臺細渣過(guò)濾機，總投資約2.35億元;選冷凍姑丙烯壓縮機41.686.7用6.5MPa氣化壓力, 1800kt/a 甲醇裝置需要4+1甲醇合成壓縮機99.4套閃蒸，3套澄清系統, 2+1臺細渣過(guò)濾機，總投2011 ,21(5)于清水煤漿氣化壓 力對甲醇生產(chǎn)影響的比較17資約2.66億元。0.5MPa飽和蒸汽年節約成本:8. 7MPa氣化壓力氣化裝置的總投資約16億(0.44-0.26) x 180 x56 =1814.4萬(wàn)元元; 6. 5MPa氣化壓力氣化裝置的總投資約16.81. 0MPa飽和蒸汽年節約成本:億元。(0.7-0.65) x180x56 =504萬(wàn)元4.1.2凈化裝置4. 0MPa過(guò)熱蒸汽年節約成本:對于1800kt/a甲醇裝置，雖然8.7MPa氣化壓(0. 83 -0.44) x 180 x67 =4703.4萬(wàn)元力和6.5MPa氣化壓力均設2套變換、2套低溫甲9. 8MPa過(guò)熱蒸汽年節約成本:醇洗、2套冷凍站，但由于壓力高單系列的設備、(1.95-2.02) x180x90= -1134萬(wàn)元管道直徑相應會(huì )減小，以低溫甲醇洗單系列為例,氮氣年節約成本:(268 -204) x180x0.1=1152 萬(wàn)元兩種氣化壓力下各塔徑比較見(jiàn)表10。表10兩種氣化壓力下各塔徑比較( mm)液化石油氣年節約成本:(0. 58-0.37) x180x4.5=170.1 萬(wàn)元.8. 7MPa6. 5MPa凝液年節約成本:甲醉洗滌塔φ3600φ4200(3.03-3.19) x180x10 = -288萬(wàn)元H2S依縮塔φ4000 .4000熱再生塔φ3800 .合計:醇水分離塔φ20001134 +450 + 1814.4 +504 + 4703.4 -1134 + 1152 +尾氣洗滌塔φ3000φ3800170.1 - 288 =8505.9萬(wàn)元壓力高設備壁厚增大，但設備直徑減小，根由以上計算可見(jiàn)，1800kt/a 甲醇裝置選用據已設計工程的比較，兩種氣化壓力下變換、低8. 7MPa氣化壓力比6. 5MPa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.本可節約8505.9萬(wàn)元。由于壓力提高，氣化、變換和低溫甲醇洗系一點(diǎn)。列數減少，日常檢修維護的人力、物力也會(huì )相應4.1.3甲醇合成8.7MPa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(diǎn)，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(gè)壓力級別公用工程的價(jià)格見(jiàn)表11。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(jià)格行裝置最多，如渭河化肥廠(chǎng)、金陵化肥廠(chǎng)、浩項目單價(jià)良河、陜西神木化工、新奧集團、山東利華益循環(huán)水，元t.2和神華包頭等;而8. 7MPa氣化壓力在南化、大電，元/kWh.5化兩套工業(yè)化裝置運行。兩種氣化壓力的氣化0.5MPa/l.0MPa (C)低壓飽和蒸汽,元/t561. 8MPa/4. 0MPa (C) 中壓過(guò)熱蒸汽,元/t67爐對煤種的適應性、氣化爐燒嘴使用壽命、耐9.8MPa (C)高壓過(guò)熱蒸汽,元/90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)參數特別是碳的轉化率和冷煤氣效率方面氮氣,元/Nm'.1也沒(méi)有大的差別。凝液，元/t10氣化壓力從6.5MPa提高到8.7MPa,大部分根據表4中兩種氣化壓力下噸DMTO級甲醇.管道和閥門(mén)壓力等級并沒(méi)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(mén)提高一個(gè)壓力等級，壓力等級提高的閥門(mén)主如下:要為氧氣切斷閥和鎖渣閥等。同時(shí)氣化壓力提高,循環(huán)水年節約成本:單套裝置能力增加的同時(shí)，管道和閥門(mén)尺寸也相(247.4-215.9) x180x0.2=1134 萬(wàn)元應增大，這就使得部分閥門(mén)在檢修和安裝方面較電年節約成本:6. 5MPa氣化困難。(185-180) x180 x0.5 =450萬(wàn)元(下轉第13頁(yè))2011 ,21(5)武登忠大型石化聯(lián)合裝置火炬系統設計要點(diǎn)3吹掃氣以氮氣最為常見(jiàn)，在生產(chǎn)裝置各火炬大排放能力。支管起點(diǎn)和火炬總管起點(diǎn)及分液罐前或后設吹掃16 安全閥的背壓氣措施，保證火炬系統微正壓來(lái)防止回火。氣封包括速度封和分子封，氣封用氣的露點(diǎn)安全閥出口側的壓力稱(chēng)為背壓。背壓有總背應低于環(huán)境的最低溫度，可以選用氮氣和低分子壓、靜背壓和動(dòng)背壓?？偙硥旱扔陟o背壓加動(dòng)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(kāi)啟前出口側的壓力,是盡可能不用此種方式。而動(dòng)背壓為安全閥開(kāi)啟后，由于流體流動(dòng)產(chǎn)生摩如無(wú)回收設施，可不采用水封罐，特別是在擦阻力，該摩擦阻力為動(dòng)背壓。寒冷地區要注意水的防凍問(wèn)題。16.1 最大的動(dòng)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定為了節能減排，一般新建項目均設排放氣回壓力時(shí)，安全閥會(huì )因工藝條件變化增加起跳頻率。收設施，但不容易確定其回收能力。除計算聯(lián)合16.2安全 閥靜背壓為零裝置正常排放量以外，還應結合經(jīng)常性的間斷排在這種情況下，因存在靜背壓，安全閥實(shí)際放量、安全閥及控制閥的泄漏量，以及其他類(lèi)似起跳時(shí)易造成起跳時(shí)超過(guò)安全閥的設定壓力,存在安全問(wèn)題。項目的回收能力而定。排放氣經(jīng)壓縮后，進(jìn)人燃料氣管網(wǎng)，實(shí)現節16.3以排放量最大的安全閥單獨排放時(shí)的背壓作為靜背壓能降耗的目的?？刹捎寐輻U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(chǎng)房;而液環(huán)式壓縮機則沒(méi)有前述問(wèn)題，操靜背壓時(shí)，均需對火炬系統進(jìn)行充分的研究，并采用專(zhuān)業(yè)軟件計算火炬系統壓力分布。作彈性較大,但運行費用較高。布置火炬的地點(diǎn)，應充分考慮各種因素。應一般設兩臺 壓縮機，不設備機。由于火炬總管較粗、較長(cháng)，可以起到壓縮機.遠離人員操作區和交通密集區，且宜布置在全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側。緩沖罐的作用。參考文獻15排放量峰值疊加1 API 520 -2000, Sizing, Slecion, and Isalalation of Peseure無(wú)論什么樣的火炬系統，出現事故排放時(shí)總Relieving Dervices in Refineries [S].2 API 521, Presure - rliering and Depesuring System [S].會(huì )從小到最大峰值，再到零或正常排放量。3 AP1537 - 2003, Flare Detaile for General Refinery and Petro-但工程上，難以計算峰值出現的時(shí)間和最大chemical Serrice [S].火炬能力的關(guān)系。原因是在同- - 事故工況下，各4 HC/T20S70. 12 -95,火炬系統設置[S].生產(chǎn)裝置內安全閥起跳、持續時(shí)間均無(wú)法確定，5 SH3009 -2001, 石油化工企業(yè)燃料氣系統和可燃性氣體排而各項目的總圖布置不盡相同。因此，排放氣在放系統設計規范{S].6 CB 500S2 -95,供配電系統設計規范[S]. .很高速度下，很快達到峰值，而排放持續時(shí)間很(收稿日期2011 -07 -04)難量化，所以工程上多將峰值計算簡(jiǎn)化為等于最(上接第17頁(yè))但是壓力的提高在操作運行上也有許多優(yōu)勢。6結語(yǔ)如南化已運行4年多，從操作來(lái)看，由于壓力提高使灰水系統結垢較6.5MPa好得多,這就延長(cháng)了黑綜合以上比較，對于1800kt/a 甲醇裝置,水管線(xiàn)的操作壽命，降低了黑水管線(xiàn)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氣化壓力，粗略估算運行成本每年可節約8505. 9萬(wàn)元，同時(shí)可降低日常維護管理工作量。(收稿日期2011 -07 -29)