利用焦爐煤氣富氧催化轉化制合成氣的設計工藝

第27卷第5期山西化工v.27N.52007年10月SHANXI CHEMICAL INDUSTRYt.2007利用焦爐煤氣富氧催化轉化制合成氣的設計工藝程林生,曹陽(yáng),成國日山西省化工設計院,山西太原03024)摘要:以山西豐喜華瑞煤化工有限公司實(shí)施焦爐煤氣為原料,生產(chǎn)18萬(wàn)t合成氨加工30萬(wàn)t尿素項目為例,介紹了利用焦爐煤氣富氧催化轉化生產(chǎn)合成氣項目的設計工藝路線(xiàn)、主要設備選型關(guān)鍵詞焦集爐煤氣催化轉化;合成氨尿素;工藝設多和投資建設情況,從生產(chǎn)成本和經(jīng)濟效益兩方面與以煤為原料的“1830°項目進(jìn)行了比較中圖分類(lèi)號:TQ5464文獻標識碼:A文章編號:10047050(200705-004404引言有效氣體q(CO+H)=60%~68%,生產(chǎn)甲醇及其他合成氣還需補碳或配氣,而作為合成氨的原料氣“十五”期間鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展刺激了對焦則較為理想。因此,釆用煤焦、化一體化的聯(lián)合流炭的需求,并在2003年前后,全國煉焦行業(yè)出現過(guò)程不僅可將能源和環(huán)境的發(fā)展結合起來(lái)而且還可度投資、低水平盲目重復建設現象致使產(chǎn)能不斷擴將傳統的焦化工業(yè)與化肥工業(yè)有機地結合起來(lái),生張,生產(chǎn)大幅度增長(cháng)。為了最快地得到投資回報,不產(chǎn)大宗支農產(chǎn)品—合成氨和尿索,這對調整能源少單一煉焦的獨立焦化企業(yè),不建或緩建化工產(chǎn)品結構和化工產(chǎn)品結構,發(fā)展新一代焦爐氣綜合利用回收系統,只設置冷凝鼓風(fēng)工段將大部分焦油回收,技術(shù),具有重要的現實(shí)意義和推廣價(jià)值大量剩余焦爐煤氣則直接“點(diǎn)天燈”燃燒排空,遺成利用焦爐煤氣富氧催化轉化制合成氣項目由山了嚴重的環(huán)境污染和資源浪費,影響了焦化行業(yè)形西省化工設計院設計,山西豐喜華瑞煤化工有限公象和企業(yè)的可持續發(fā)展。因此,如何合理有效地利同承辦。本著(zhù)加強經(jīng)濟合作和技術(shù)交流的宗旨,公用外排的焦爐煤氣,成為擺在當地政府和企業(yè)面前司決定利用項目所在地——運城市新絳縣三泉鎮的亟待解決的問(wèn)題。資源優(yōu)勢,在民營(yíng)煤化工業(yè)區內建設一套以焦爐氣焦爐煤氣是煤在隔絕空氣下、高溫于餾過(guò)程中·為原料,生產(chǎn)18萬(wàn)ta合成氨加工30萬(wàn)ta尿素經(jīng)焦化產(chǎn)品回收后得到的氣體其主要成分為H2、的裝置,以加快當地焦爐氣的回收、加工和轉化,生ωoCH等既可作燃料又可作化工原料。凈煤氣產(chǎn)附加值高的產(chǎn)品,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟保護環(huán)境。項目組成如表1所示。于2006年2月正式破土動(dòng)工,9月全面進(jìn)入安裝階表1凈煤氣組成段,2007年元月開(kāi)始進(jìn)行單體試車(chē),同年4月14H CH 0 CnHm Nz 0 O日,一次投料開(kāi)車(chē)成功。體積分數/%55-6023-275-82-43-72-403-051設計工藝路線(xiàn)從表1可知,凈煤氣組成氫多碳少,碳氫比低,以焦爐氣為原料生產(chǎn)合成氨加工尿素裝置的核心是焦爐氣的凈化和轉化。轉化采用了富氧催化收稿日期:200612-11轉化作者筒介程林生,男,1963年出生,1983年畢業(yè)于太原理工大學(xué),中國煤化工脫除,尤其是有機高級工程師,現主要從事化工設計及管理工作硫的VLCNMHGO2脫除和合成氣2007年10月程林生等,利用焦爐煤氣富氧催化轉化制合成氣的設計工藝45精制等流程組合。氣體經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量降溫后,補加蒸汽進(jìn)人變本項目在確定總體工藝流程和技術(shù)方案時(shí),采換工序的中變爐進(jìn)行QO變換反應調整g(OO)=用了目前先進(jìn)的節能工藝、高效節能設備和新型催3%,然后進(jìn)入ZnO精脫硫槽將氣體中的總硫體積化劑,加強了余熱回收利用。裝置中間產(chǎn)品合成氨分數脫至3×106以下,再進(jìn)入低溫變換爐,控制變的單位能耗為4896GJ折標煤為1670kg,低于現換氣中q(CO)=0.3%。而煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的半水階段(2004年底)我國平均水平。其工藝路線(xiàn)如下:煤氣,單獨進(jìn)行壓縮、凈化,中溫變換之后也進(jìn)人首先將來(lái)自焦化廠(chǎng)初步凈化后的剩余焦爐煤氣ZnO精脫硫槽,與轉化后的變換氣混合,一起進(jìn)入匯總后進(jìn)入2臺并聯(lián)的電捕焦油器進(jìn)一步脫除煤氣低溫變換爐進(jìn)行深度變換。變換后的氣體進(jìn)入脫碳中的焦油霧滴然后依次進(jìn)入硫氨工序和洗脫苯工裝置脫除CO2,控制脫碳氣中q(O2)≤0.2%,再經(jīng)甲序脫除焦爐氣中的NH和回收焦爐氣中的苯再烷化裝置精制使氣體中的g(C+OD2)≤10×106進(jìn)入氣柜進(jìn)行混合、緩沖,通過(guò)羅茨鼓風(fēng)機升壓進(jìn)合格的氫氮氣經(jīng)合成氣壓縮機加壓至314Mma送往人濕法脫硫裝置脫除焦爐氣中的H2S,經(jīng)壓縮機加氨合成裝置。氨合成裝置采用314MPa的高壓合壓至23MPa,送干法精脫硫裝置將氣體中的總硫成工藝,尿素工藝采用改進(jìn)型CO2汽提法。氨合成脫至標準狀態(tài)7mgm3以下。利用空分裝置送來(lái)產(chǎn)生的放空氣凈氨后,一部分作為轉化裝置預熱爐的富氧混入蒸汽進(jìn)行催化部分氧化轉化將氣體中的燃料氣另一部分作為造氣吹風(fēng)氣回收裝置的燃的甲烷及少量碳烴轉化為OO和H,轉化后的高溫料氣。全廠(chǎng)工藝流程示意圖見(jiàn)圖配入空氣量各焦化廠(chǎng)來(lái)的粗焦0012m母+2包不的,◇煤造氣水煤,水煤206水少平水媒①氣氣柜濕法脫硫干法脫硫中溫變換造氣吹風(fēng)回收燃料氣4氨回收液氨庫合成514MP(14M甲能①廈良熱合品尿素3圖1全廠(chǎng)生產(chǎn)工藝流程方框示意圖2主要工藝技術(shù)方案氣中,生產(chǎn)的合成氣氫氮比例由加氮量控制,轉化爐結構類(lèi)似傳統天然氣轉化的二段爐,結構簡(jiǎn)單、流程1原料氣壓縮短、易于控制。工程設計時(shí)為節省空分裝置的氧氣選擇往復式壓縮機組,采用低壓段和高壓段分用量,保證轉化爐操作的穩定性和安全可靠性,流程開(kāi)的壓縮方案中設置了蒸焦預熱爐和富氧軟水預熱爐。2.2焦爐氣干法脫硫2.4補碳釆用鐵鉬加氫轉化串氧化錳和氧化鋅的組合脫本項目最終產(chǎn)品為尿素而焦爐氣中的總碳與硫工藝,使氣體中的g總硫)≤3×10-6,滿(mǎn)足合成獲得的氨不成比例故需進(jìn)行補碳以使整個(gè)系統的氨系統的凈化要求物料達到平衡。2.3焦爐氣轉化本著(zhù)穩妥可靠、節省投資的原則,本項目補碳采采用富氧催化部分氧化法的轉化工藝。該法的用新中國煤化工開(kāi)一備,以無(wú)煙特點(diǎn)是轉化所需熱量通過(guò)轉化爐內焦爐氣的燃燒提塊煤玉后,單獨進(jìn)行中供,燃燒后的尾氣沒(méi)有外排而是直接進(jìn)入合成原料溫變CNMH(統。46·山西化工2007年10月2.5脫碳壓縮級數:4級;針對本項目變換氣中QO2含量低、系統操作壓電機功率2850kW;力不高的特點(diǎn)選用了催化改良熱鉀堿法的脫碳工型號:M24.3/15-314藝,該法凈化度高,CO2回收率高可以彌補焦爐氣3.3轉化爐中CO2不足的缺點(diǎn)。流程采用三段吸收、雙塔變壓轉化爐為帶有水夾套的內設耐火隔熱襯里的圓再生的節能工藝進(jìn)一步降低溶液再生熱能耗。筒反應爐,內襯為低硅澆注料。爐頭氣體混合采用2.6甲烷化中心管式燒嘴結構,氣體自上而下進(jìn)入轉化爐,上部采用甲烷化流程脫除原料氣中微量的∝O和留有足夠的燃燒空間在氣體混合均勻及保證水碳QO2,以達到精制原料氣的目的該法具有流程簡(jiǎn)單、比的條件下焦爐氣不會(huì )在燃燒空間中發(fā)生析碳反操作方便設備和操作費用低不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。應。爐內上部裝填耐熱型轉化催化劑Z05,下部裝2.7氨合成填高活性轉化催化劑2204。設備內徑為3.0m采用傳統的高壓氨合成工藝技術(shù)選用氨凈值催化劑裝填量不大于30m3,總高約13800m高塔阻力小、先進(jìn)可靠的DN1800合成塔內件,設置后置式廢熱鍋爐及軟水預熱器,回收合成反應熱4項目的經(jīng)濟比較副產(chǎn)245MPa中壓蒸汽。4.1本項目合成氡、尿素消耗及生產(chǎn)成本估算2.8尿素裝置1.1焦爐氣價(jià)格確定尿素合成采用改進(jìn)型二氧化碳汽提工藝,造粒按照豐喜華瑞煤化工有限公司與新絳縣民營(yíng)煤采用塔式造粒工藝投資省,設備及操作簡(jiǎn)單?；I(yè)園管委會(huì )所簽訂的“焦爐煤氣供應協(xié)議書(shū)”規3主要設備的選型定,所有入駐園區的焦化企業(yè)投產(chǎn)后剩余焦爐煤氣的回收利用均由園區管委會(huì )統一調配與管理,雙方3.1原料氣壓縮機(低壓機)確定焦爐氣價(jià)格投產(chǎn)當年為標準狀態(tài)0.05元m3由于焦爐氣中H含量高氣體密度小,含塵和并以此為基礎,每年度增加0.0元m3,最高不超焦油且氣量受焦爐制約波動(dòng)較大故不宜采用離心過(guò)01元m3式壓縮機。而往復式壓縮機與離心式壓縮機相比,4.1.2單位產(chǎn)品消耗定額及生產(chǎn)成本估算盡管有其不足之處,但其運行平穩,排氣壓力高,系根據項目工藝物料衡算及可研報告經(jīng)濟評價(jià)該國內制造投資小,使用經(jīng)驗豐富因此決定選用往項目中間產(chǎn)品合成氨消耗及生產(chǎn)成本估算見(jiàn)表2。復式壓縮機并采用低壓段和高壓段分開(kāi)的壓縮方產(chǎn)品尿素消耗及生產(chǎn)成本估算見(jiàn)第47頁(yè)表3案。參數如下:表2中間產(chǎn)品合成氨消耗及生產(chǎn)成本估算表(噸氨)排氣量(吸氣狀態(tài)下):220m3/min;項目消耗量單價(jià)/元成本元備注最大排氣壓力:24MPa壓縮級數:3級;焦爐煤氣m313500.1135電機功率:1800kW;原料煤饣0.325600195無(wú)煙塊煤型號:4M2022023BX電/kWh12800.35448臺數:6臺。32合成氣壓縮機(高壓機)新鮮水m5.01.05循環(huán)水補充水本著(zhù)與低壓機對應的原則(即停開(kāi)一臺焦爐氣蒸汽t0.8壓縮機就停開(kāi)一臺合成氣壓縮機)高壓機共選用脫鹽水m4臺,不考慮備機,按5臺的廠(chǎng)房設計。壓縮機參數如下催化劑排氣量(吸氣狀態(tài)下):24.3m3/min;計最大排氣壓力:31.4MPa;注:未包括維修、折舊攤銷(xiāo)費,工資及福利費。中國煤化工CNMHG007年10月程林生等,利用焦爐煤氣富氫催化轉化制合成氣的設計工藝47表3產(chǎn)品尿素消耗及生產(chǎn)成本估算表(噸尿素表5產(chǎn)品尿素消耗及生產(chǎn)成本估算表(噸尿素項目消耗量單價(jià)元成本/元備注項目消耗量單價(jià)元成本/備注液氨/0.56液氨t0.5681290732電№W電/Wh1400.35新鮮水m32.42.4循環(huán)水補充水新鮮水/m3241.02.4循環(huán)水補充水蒸汽/0.85蒸汽't0.85包裝袋套20.5241工資及包裝袋唐套20.5福利費工資及修理費75福利費折舊費118修理費攤銷(xiāo)費折舊費攤銷(xiāo)費4.2以煤為原料項目合成氨、尿素消耗及生產(chǎn)成本合計1120估算(見(jiàn)表4和表5)6600萬(wàn)元);若焦爐氣價(jià)格按標準狀態(tài)0.2元/m3表4中間產(chǎn)品合成氨消耗及生產(chǎn)成本估算表(噸氨】計,估算噸氨生產(chǎn)成本為1030元(不含折舊、工資電kWh13000.35455項目具有較強的成本競爭優(yōu)勢。當焦爐氣價(jià)格按標新鮮水/m35.0105循環(huán)水補充水準狀態(tài)04元加m3計時(shí),與無(wú)煙塊煤為原料的生產(chǎn)蒸汽/t0.2580尿素成本持平。脫鹽水/m385結論催化劑合計1290本項目是國內外第一套大型化利用焦爐煤氣生注:未包括維修折舊、攤銷(xiāo)費、工資及福利費。產(chǎn)氮肥的項目是我院結合國內小裝置20多年的生由表2~表5可知,原料焦爐氣價(jià)格按標準狀產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗,自主開(kāi)發(fā)放大的創(chuàng )新項目其工藝技態(tài)0.1元h3計,本項目噸尿素生產(chǎn)成本較以無(wú)煙術(shù)成熟可靠作為山西省焦爐氣綜合利用生產(chǎn)尿素塊煤為原料低220(年產(chǎn)30萬(wàn)t尿素,降低成本的示范工程備受關(guān)注。Technological process of synthesis gas catalyzedby oxygen-enrich using of coke oven gasCHENG Lin-sheng, CAO Yang, CHENG Guo-r(Shanxi Institute of Chemical Engineering Design, Taiyuan Shand 030024, China)Abstract: In this paper, the technological process, main equipment andent condition were introduced in the project of synthe-sis gas catalyzed by oxygen-enrich using of coke oven gas, and compared with 18 30 project with coal in production oost and econocal benifit. It is based on 180 000 t/a synthesis ammnia and 300 000 t/a urea produced by Shanxi Fengxi Huarui coal chemical indus-Key words: coke oven gas; catalytic reforming; synthesis ammina; ureaYH中國煤化工CNMHG