50kta二氧化碳捕集及35kta甲醇合成可行性研究报告.doc

50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 50kt a 二氧化碳捕集及二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成甲醇合成 可行性研究报告可行性研究报告 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 I 目 录 第一章第一章 总总 论论 1 1 1 1 项目名称及性质 1 1 2 可行研究报告编制依据 指导思想和原则 1 1 2 1 编制依据 1 1 2 2 指导思想及性质 1 1 3 项目概况 2 1 4 建设规模 2 1 5 建设意义 2 1 6 效益概述 2 1 6 1 项目投资 2 1 6 2 经济评价 2 1 6 3 建设期 2 1 7 主要研究范围 2 1 8 研究结论 3 1 9 存在的问题 3 第二章第二章 建设意义建设意义 4 4 2 1 项目建设背景 4 2 2 二氧化碳捕集的必要性 4 第三章第三章 建设规模及产品方案建设规模及产品方案 5 5 3 1 建厂规模 5 3 2 产品方案 5 第四章第四章 市场分析市场分析 6 6 4 1 CO2的用途 6 4 2 产品确定 6 4 3 甲醇物性 7 4 4 国内外发展现状 8 4 4 1 世界甲醇发展状况 8 4 4 2 中国甲醇发展状况 8 4 5 甲醇价格分析与价格走向预测 10 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 II 4 5 1 甲醇价格走势及预测 10 4 5 2 价格增长限制因素 10 4 6 产品消费与需求预测 10 4 6 1 甲醇的主要应用领域 10 4 6 2 主要消费方向及需求量预测 11 第五章第五章 二氧化碳捕集技术二氧化碳捕集技术 1313 5 1 电厂烟气组成 13 5 2 二氧化碳捕集路线 13 5 3 二氧化碳捕集法的选择 14 5 4 化学吸收剂的选择 15 5 4 1 不同化学吸收法的比较 15 5 4 2 吸收剂的选择 16 5 5 捕集技术的确定 16 第六章第六章 甲醇合成技术甲醇合成技术 1818 6 1 合成反应介绍 18 6 2 反应器的选择 18 6 2 1 主流反应器的介绍 18 6 2 2 甲醇反应器的选择因素 20 6 2 3 反应器的确定 21 6 3 催化剂的选择 21 第七章第七章 CCS 熔点 97 176K 沸点64 7 337K 在水中的溶解度互溶 酸解离常数 15 5 黏度0 59 mPa s 20 分子偶极矩1 69 D g 危险性 警示性质标准词R11 R23 24 25 R39 23 24 25 安全建议标准词S1 2 S7 S16 S36 37 S45 闪点11 临界温度239 5 临界压力8 09MPa 临界密度0 272g ml 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 8 4 4 国内外发展现状 4 4 1 世界甲醇发展状况 世界甲醇产能分布 世界甲醇生产主要集中在天然气丰富的地区 如特立尼达 智利 新西兰 沙特和俄罗斯 中国已成为世界甲醇主要生产地区 中国甲醇主要以 煤炭为原料 其中亚太地区的生产能力为 1410 万 t 年 约占世界总生产能力的 30 中东及非洲地区的生产能力为 1217 万 t 年约占总生产能力的 25 北 美地区 的生产能力仅为 60 万 t 年 约占总生产能力的 1 2 南美地区的生产能力为 1256 万 t 年 约占总生产能力的 26 世界其他地区的生产能力为 854 万吨 年 约占世界 总生产能力的 17 8 图 4 2 世界甲醇产能分布 全球范围内甲醇需求展望 由于甲醇下游产品需求增长的推动 未来五年世界甲 醇需求量将以年均增长率 5 6 速度增长 其中甲基丙烯酸甲酯 MMA 需求增速为 4 7 年 醋酸需求增速 6 4 年 加上直接作燃料等新用途 不包括甲基叔丁基醚 MTBE 此外甲醇最大用途的甲醛需求将以 3 2 年增速增长 预计到 2010 年 世界甲醇生 产能力将达到约 6400 万 t 2015 年达到约 7200 万 t 供应能力大于市场需求 竞争 将会加剧 一些不具竞争力的小装置或原料价格较高地区的甲醇装置将关闭 根据未 来甲醇装置建设趋势 世界甲醇的生产中心正在向南美 沙特 伊朗和我国转移 同 时这些国家和地区甲醇产品的目标市场主要是针对亚太地区和中国 4 4 2 中国甲醇发展状况 国内甲醇产业布局 中国甲醇生产主要集中在华南 华东和华北地区 所占比例 分别为 27 11 23 79 和 16 63 2008 年 国内甲醇产能最大的省份是山东 产能 超过 300 万吨 年 约占全国甲醇总产能的 15 其次是河南和内蒙古 产能分别为 300 万吨 年和 240 万吨 年 另外 河北 陕西 山西等省份的甲醇产能也都超过了 100 万吨 年 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 9 四川省的甲醇产能也接近 100 万吨 年 随着一些新项目的投产 预计 2010 年国内甲醇产能超过 100 万吨 年的地区将达到 10 个 其中河南和内蒙古将成为甲醇生产企业最为集中的地区 甲醇产 能将分别达到 416 万吨 年和 405 万吨 年 图 4 3 我国甲醇产能分布 国内甲醇消费布局 从国内各主要地域甲醇表观消费情况来看 华东地区为全国 消费第一重镇 该地市场年内甲醇消费总量占全国总产 44 几乎占据国内半壁江山 之所以如此主要是该地下游甲醛 冰醋酸对原料需求明显高于其他地区 华北地区凭 借着稳定的甲醛需求及快速发展的二甲醚 甲醇汽油需求 年内表观消费量占据全国 16 华南 华中二地消费水平相近 在 10 左右 而东北 西北 西南三地表观消 费量相对偏低 尤其是西北地区 年内甲醇表观消费量仅占全国的 4 图 4 4 我国甲醇消费布局 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 10 4 5 甲醇价格分析与价格走向预测 图 4 5 2010 年甲醇价格走势 4 5 1 甲醇价格走势及预测 从今年四月到八月的甲醇价格走势可以看出我国偏南的区域甲醇价格明显要高于其 他区域 甲醇的价格在 2300 元每吨上下波动 本项目的利好因素 首先是天然气上涨 进口甲醇量减少 并使得以天然气为原料 制取甲醇的企业成本增加 下游产品二甲醚成本坚定走高 刺激下游购买 部分二甲醚 企业装置重启或增加装置负荷 开工率较前期有所反弹 另外我国将于今年 11 月 1 日和 12 月 1 日分别正式实施 车用燃料甲醇 和 车用甲醇汽油 M85 两个行业标准 我们 认为届时我国甲醇价格将会有一定的增涨 4 5 2 价格增长限制因素 首先国内的甲醇产能增长过快 而需求的增长还不能完全消化产能 加之国外廉价 甲醇大量涌入我国市场 加剧了市场的供需矛盾 使得甲醇的市场价格低迷 4 6 产品消费与需求预测 4 6 1 甲醇的主要应用领域 甲醇做为大宗化工原料 其下游产品丰富 主要有甲醛 甲基叔丁基醚 甲基丙烯 酸甲酯 醋酸 以及直接作为燃料等新用途 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 11 1 甲醇氧化制取甲醛 甲醇在高温 浮石银 催化剂 或其它固体催化剂存在下直 接氧化制甲醛 目前 国内外 40 以上的甲醇用于制甲醛 进而合成树脂 塑料及其他 化工原料 聚甲醛是性能优良的工程塑料 其用途十分广泛 甲醛还用来制取丁二醇 乌洛托品等近一百种下游产品 2 甲醇氧化制取甲胺 将甲醇与氨按一定比例混合 在 370 420 5 0 20 0MPa 压力下 以活性氧化铝为催化剂进行合成 制得一甲胺 二甲胺 三甲胺的混合物 再 经精馏可得一 二或三甲胺产品 一 二 三甲胺用于农药 医药 染料方面或用作有 机原料中间体 3 甲醇羰基化制取醋酸 由甲醇和一氧化碳在低压下羰基合成制醋酸 其总量占世 界醋酸生产能力的 50 以上 4 甲醇酯化可生产各种酯类化合物 5 甲醇与氯气 氢气混合催化反应生成一 二 三氯甲烷 直至四氯化碳 一氯甲 烷可用作有机硅化合物和含氟树脂的原料 又是重要的甲基化剂 用于生产甲基纤纤维 素 季胺化学品等 二氯甲烷用于去漆剂 气雾剂 医药原料及硅片生产 三氯甲烷可 生产 HCFC 22 作制冷剂 或进一步加工生产四氟乙烯等产品 可用作有机溶剂 萃取剂 还可用作染料和药物的中间体等 四氯甲烷可用来生产 F 11 F 12 等 6 甲醇在金属硅铝催化剂或 ZSM 5 型分子筛存在下 脱水可制得二甲醚 7 甲醇脱氢制取甲酸甲酯 甲酸甲酯是有机合成原料 可用于制甲酰胺 二甲基甲 酰胺等 甲酰胺是医药 香料 染料的原料 还可用作纸张处理剂 纤维工业的柔软剂 有机合成的极性溶剂等 二甲基甲酰胺是重要的有机化工原料和优良的溶剂 可用作气 体吸收剂 农药 聚氯酯合成革以及聚丙烯腈抽丝和丁二烯抽提等领域 8 甲醇制取甲基叔丁基醚 MTBE 具有较好的调和特性 从环保和发动机操作两方 面考虑 均被认为是汽油最好的改良剂 MTBE 被列入世界上 50 种基本化工产品之一 每吨 MTBE 约需消耗 0 4 吨甲醇 因此可望成为今后甲醇消费的大市场 9 甲醇用作燃料 甲醇掺烧汽油 在北美和西欧已合法化 在我国 四川省已出台 M15 的地方标准 山西省全甲醇汽车已研制成功 并在山西省全面试点 全甲醇汽车开 始批量 计划在山西和安徽省推广使用 10 其他 甲基微生物发酵制造甲醇蛋白 此外还可以用防漆剂 除锈剂等 4 6 2 主要消费方向及需求量预测 由于下游需求增长的推动 未来五年世界甲醇需求量将以年均增长率 5 6 的速度增 长 其中甲基丙烯酸甲酯 MMA 需求增速为 4 7 年 醋酸需求增速 6 4 年 以及直接 作燃料等新用途 不包括甲基叔丁基醚 MTBE 此外甲醇最大用途的甲醛需求将以 3 2 年增速增长 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 12 甲醇下游衍生物中对甲醇需求量最大的仍然是甲醛 约占全球甲醇需求量的 1 3 截 止 2009 年 中国和西欧已成为全球最大的甲醛生产地区 尽管美国削减甲基叔丁基醚 MTBE 产量 但 MTBE 仍将是甲醇下游衍生物中对甲醇需求量第二的品种 约消费 全球甲醇需求量的 15 在甲醇下游衍生物中 醋酸的需求正在快速增长 中国和亚洲其他地区的醋酸产能 正在快速增长 截止 2009 年 亚洲地区的醋酸产能和产量将占到全球总量的约 57 2007 年全球甲醇消费量为 4034 万吨 2008 年甲醇消费量将增长近 11 达到 4470 万吨 而接下来的年时间 全球甲醇消费量将增长 31 到 2012 年消费量将达到 5860 万吨 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 13 第五章 二氧化碳捕集技术 5 1 电厂烟气组成 表 5 1 燃煤电厂烟气组成 CO2O2SO2NOx飞灰含量 mg m3 16 66 75 10 65 8 10 540 3 结合电厂烟气的特点 以下将进行二氧化碳捕集技术的选择 5 2 二氧化碳捕集路线 针对火电厂排放的 CO2 考虑到燃料主要由碳 氢 氧三种元素构成 而空气是助燃气 体 从燃烧的不同阶段划分 CO2捕集技术路线主要可以分为 4 种 燃烧后脱碳 燃烧前脱碳 富氧燃烧以及化学链燃烧技术 1 燃烧后捕集 燃烧后脱碳技术是在燃烧后的烟气中捕集或分 CO2 由于火电厂排 放烟气中 CO2分压低 处理量大 投资和运行成本较高 2 燃烧前脱碳技术 燃烧前脱碳是在碳基燃料燃烧前 将其化学能从碳转移到其他物 质中 再将其分离 作为当今国际上最引人注目的高效清洁发电技术之一 IGCC 是最典型 的可以进行燃烧前脱碳的系统 它将煤炭气化与燃气 蒸汽联合循环有效地结合起来 实 现了能量梯级利用 将煤中的化学能尽可能多地转化为电能 极大地提高了机组发电效率 燃料进入气化炉气化 生产出煤气 然后再将煤气重整为 CO2和 H2 将燃料化学能转到 H2中 然后再分离 CO2和 H2 一般 IGCC 系统的气化炉都采用富氧或纯氧技术 所需气 体体积大幅度减小 CO2 体积分数显著变大 从而大大降低投资和运行费用 3 富氧燃烧 该技术是利用空气分离系统获得富氧 然后燃料与 O2共同进入专门的 富氧燃烧炉进行燃烧 一般需要将燃烧后的烟气重新回注燃烧炉 这一方面降低了燃烧 温度 另一方面也提高了 CO2的体积分数 由于惰性成分氮气浓度大大降低 无谓的能源 消耗大幅度降低 30 40 的富氧空气燃烧就可以降低燃料消费 20 30 提高效率 同时 烟气中 CO2的浓度可提高近 90 从而更容易捕集 但该技术需要专门材料制作 的富氧燃烧设备以及空气分离系统 这将大幅度提高系统投资成本 目前大型的富氧燃 烧技术仍处于研究阶段 4 化学链燃烧技术是与空气不直接接触的工况下 燃料与金属氧化物反应 CO2产生 在专门的反应器中 从而避免了空气对 CO2的稀释 金属氧化物与燃料进行隔绝空气的 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 14 反应产生热能 金属单质以及 CO2和水 金属单质再输送到空气反应器中与氧气进行反 应 再生为金属氧化物 反应生成的 CO2和水处于反应器中 所以 CO2的捕获非常容易 该法的经济性要依靠大量可以无数次循环再生的有活性的载氧体 控制载氧体的磨损和 惰性是该技术的关键 考虑到本项目是对已有电厂的烟气进行捕集 并且电厂成本的上浮不能超过 30 因此不能对电厂本身做巨大的改动 综合考虑本项目选择燃烧后捕集 5 3 二氧化碳捕集法的选择 二氧化碳的捕集方法主要有物理溶剂吸收法 化学溶剂吸收法 吸附分离法 膜分离法 其比较如下表所示 表5 2 二氧化碳捕集法的比较 捕集法描述吸收剂优缺点 物理溶剂 吸收法 该法是在加压下 用有机溶剂对酸性气 体进行吸收来达到分 离脱除的目的 环丁砜 聚乙二醇二甲 醚 三乙醇胺 N 甲基吡咯烷 酮等 由于不发生化学 反应 溶剂的再生通 过降压来实现 因此 所需再生能量比化学 吸收法少 适合于 CO2分压较高 净化度 要求低的情况 化学溶剂 吸收法 该法是原料气和 化学溶剂在吸收塔内 发生化学反应 CO2 被吸收至溶剂中成为 富液 富液进入解析 塔加热分解出 CO2 从 而达到分离回收 CO2 的目的 乙醇胺类 的水溶液 K2CO3水溶液 氨水等 采用化学吸收法 进行燃烧后 CO2捕集 具有吸收速度快 吸 收能力强 处理量大 回收 CO2纯度高等优 点 适用于 CO2分压 较低的场合 但能耗 相对较大 吸附分离 法 吸附法是利用固 态吸附剂对混合气中 CO2的选择性可逆吸 附来分离回收 CO2的 吸附法又分为变温 吸附法和变压吸附法 天然沸石 分子筛 活性 氧化铝 硅胶 和活性炭等 吸附法工艺过程 简单 能耗低 但吸附 剂容量有限 用量很大 且吸附 解吸频繁 要 求自动化程度高 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 15 吸附剂在高温或高压 时吸附 CO2 降温或降 压后将 CO2解析出来 通过周期性的温度或 压力变化 从而使 CO2 分离出来 膜分离法 膜分离法是利用 某些聚合材料制成的 薄膜对不同气体的渗 透率差异来分离气体 的 无 膜分离法回收 CO2装置简单 操作方 便 是当今世界上发展 迅速的一项节能型 CO2分离回收技术 但 是一般的膜分离法难 以得到高纯度 CO2 首先 物理溶剂吸收法需要对被吸收的气体加压 对于本项目的二氧化碳吸收 烟 气量巨大 加压无疑能耗太高 电厂烟气中二氧化碳的分压低 由于以上两个因素 本 项目不能选择物理溶剂吸收法 其次对于吸附分离法 虽然其分离效果好 但由于投资巨大 也不适合本项目 膜 分离法具有装置简单的优点 但是由于捕集的甲醇的纯度不高 对于本项目后续制取甲 醇不利也不适合本项目 结合本项目的实际情况最终选定化学溶剂吸收法 5 4 化学吸收剂的选择 5 4 1 不同化学吸收法的比较 化学吸收法因工艺简单 技术较为成熟 近几十年在国内外得到了广泛的研究和应 用 且由于电厂烟气中二氧化碳的摩尔含量仅 13 左右 其分压不高 因此对电厂中烟 气的捕集适宜采用化学吸收法 各种不同的化学吸收法的比较见下表 表5 3 不同化学吸收法的比较 化学吸收法优缺点 热钾碱法 吸收剂相对易得 吸收剂成本较低 但是 K2CO3吸收 CO2速 率较慢 常压下不适用于电厂烟气捕集 且溶液对设备的腐蚀性较 大 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 16 氨水吸收法 氨水法即以氨水为吸收剂 该法脱碳吸收效率高 氨容易再生 并可得到高纯度的CO2 所得副产品NH4HCO3是我国农业上广泛应 用的氮肥 具有一定的经济效益 但氨水脱碳工艺中常常存在一些 问题 如NH4HCO3稳定性较差 作为肥料施加到土壤里以后 很快 就会分解释放CO2 使其重新返回到大气中 醇胺法 醇胺法吸收速率快 吸收效率高 工艺发展时间长 技术成熟 但醇胺存在一定的降解和腐蚀性 首先热钾碱法在常压下吸收二氧化碳速率缓慢 对烟气加压后有较好的吸收效果 考虑到吸收的烟气量巨大 如采用加压吸收 能耗太大 操作成本太高 因此不适宜本 项目 其次对于氨水吸收法 其吸收的二氧化碳最终还是以二氧化碳的形式回到了大气 违背了捕集二氧化碳的初衷 醇胺法虽然存在一定的降解与腐蚀性 但是可以通过向吸 收剂中添加缓蚀剂钒酸钠来缓解其对设备的腐蚀 通过加入抗氧化剂亚硫酸钠 醋酸铜 来有效降低醇胺吸收剂的降解问题 综上所述本项目最终选定的化学吸收法为醇胺法 5 4 2 吸收剂的选择 不同的醇胺溶液在相同的浓度对二氧化碳的脱除率不同 一下是各种醇胺溶液对二 氧化碳的脱除率的差异 见下图 图5 1 不同醇胺溶液常压下对烟气中二氧化碳的脱除率 考虑到本项目对烟气中二氧化碳的脱除率要高于80 最终选择一乙醇胺 MEA 作为 本项目的二氧化碳的吸收剂 5 5 捕集技术的确定 结合二氧化碳的捕集路线和捕集法的比较 本项目选择采用燃烧后捕集 以醇胺法 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 17 吸收二氧化碳 吸收剂采用一乙醇胺 MEA 其理由如下 1 本项目是在已有燃煤电厂的基础上实施二氧化碳捕集 采用其燃烧后的烟气作为 原料 富氧燃烧 燃烧前脱碳以及化学链燃烧技术都需要对原电厂本身进行较大的改进 不适用于本项目 因此采用燃烧后捕集 2 电厂烟气二氧化碳的摩尔分率在13 左右 分压低 同时后续制甲醇工段对二氧 化碳的纯度有一定的要求 而化学吸收法具有吸收速度快 吸收能力强 处理量大的优 点 综合考虑应该采用化学吸收法 3 考虑到醇胺法具有吸收速率快 吸收效率高 发展时间长 技术成熟易行等优点 因此本项目采用醇胺法 4 吸收剂的选择 一乙醇胺具有单位质量吸收二氧化碳量大的特点 且在广泛的浓 度内对二氧化碳的脱除率较高 考虑到本项目对二氧化碳的脱除率在80 以上 综合考虑 选择一乙醇胺 MEA 作为吸收剂 选定的方案为用MEA溶液吸收二氧化碳 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 18 第六章 甲醇合成技术 因本项目的原料为捕集的二氧化碳 即原料路线已经确定 本章对甲醇合成技术的 介绍主要集中在甲醇反应器和催化剂的选择上 以下将主要对主流反应器和催化剂进行 介绍比较以及筛选 6 1 合成反应介绍 OHOHHCOH 2322 C3 催化剂 3C26 25222 副反应 催化剂 OHOHHCOH 3C26 23322 副反应 催化剂 OHOCHHCOH 以上是二氧化碳加氢合成甲醇反应的主反应和两个最主要的副反应 6 2 反应器的选择 甲醇合成反应器的类型很多 很难将其准确分类 以下主要介绍集中比较主流的反 应器 6 2 1 主流反应器的介绍 ICI冷激型反应器冷激型反应器 ICI 冷激型甲醇合成塔是针对使用 51 1 型铜基催化剂的时空产率低 催化剂用量大 床层控温困难 催化剂易失活等缺陷而开发的一种绝热型轴向流动的低压合成反应器 其结构简单 由塔体 喷头 菱形分布器等组成 合成气预热到 230 250 进入反应器 段间用菱形分布器将冷激气喷人床层中间降温 根据规模大小 反应器一般有 3 6 个床 层 典型的是 4 个 上面 3 个为分开的轴向流床 最下方为轴一径向流床 在 5 MPa 230 一 270 条件下合成甲醇 与高压反应器相比 该类反应器的优点是 结构简单 塔内未设置电加热器或换 热器 催化剂利用效率较高 由于采用菱形分布器 保证了反应气体和冷激气体的均匀 混合 使同一床层温差控制变得容易 适用于大型化甲醇装置 易于安装维修 高 活性 高选择性催化剂选择余地大 可使用国内外生产的多种型号催化剂 如美国 UCIC79 2 和 G106 催化剂 ICI 生产的 ICI 51 1 51 2 51 3 催化剂 西南化工研 究院开发的 C302 和兰化院生产的 NC 系列催化剂等 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 19 该类反应器的缺点是 床层温度随其高度的变化而不同 床层温度波动较大 致 使不同高度的催化剂活性不同 催化剂的整体活性不能有效发挥 其时空产率和经济效 益表现较低 温度控制不好时 易导致催化剂局部过热而影响催化剂的使用寿命 反 应器结构松散 出口的甲醇浓度低 导致大部分原料气不能参与合成反应 必须保持 10 倍左右的循环气量 压缩功能耗高 约占总能耗的 24 同时相同产能的反应器体积比 Lurgi 反应器大 其一次性投资也比 Lurgi 的多 能源利用不合理 不能回收反应热 产品综合能耗较高 催化剂时空产率不高 用量大 Lurgi管壳型甲醇合成塔管壳型甲醇合成塔 德国 Lurgi 公司开发设计的管壳式甲醇合成反应器是一种轴向流动的低压反应器 该 反应器采用管壳式结构 操作条件是 压力 5 2 7 MPa 温度 230 255 反应器内部 类似列管式换热器 列管内装催化剂 管外为沸腾水 反应热很快被沸水移走 2 种气体 分别呈轴向流动 合成塔壳程的锅炉水是自然循环的 通过控制沸腾水的蒸汽压力 可 以保持恒定的反应温度 这种合成塔温度几乎是恒定的 从而有效地抑制了副反应 延 长了催化剂的使用寿命 该塔使用高含量铜基催化剂时 可达到较高的单程转化率 其 最大生产能力为 1 500 t d 根据国内应用的情况来看 大部分催化剂均可使用 对生产影 响不大 与 ICI 反应器相比 该反应器的优点是 热量利用合理 可副产大量低压蒸汽 每吨 甲醇最大可产 4 MPa 蒸汽 1 4 t 可用于驱动离心式压缩机 也可用于天然气蒸汽转化 满足甲醇装置的蒸汽需求 装置投产后不需外供蒸汽 合成反应几乎是在等温条件下进 行 反应器除去有效的热量 可允许较高的 CO 气体 采用低循环气流限制了最高反应温 度 使反应等温进行 副反应少 粗甲醇杂质少 用双塔精馏技术精制即可达到国家标 准 催化剂床层温度容易控制 不同床层的温差较小 操作平稳 出口甲醇浓度较高 甲 醇含量约 7 总的循环气量比 ICI 几乎少 1 2 同产能下 催化剂用量较少 该反应器的缺点是 其壳体和管板 反应管之间采用焊接结构 为消除热应力 对 塔体的制造 材料要求均比较高 结构复杂 制造难度大 维护成本高 因采用列管式 列管占用了反应器大量的空间 使得催化剂的装填量仅占反应器的 30 由于管内外传 热温差较小 所需传热面积大 比冷面达 125 m2 m3 该反应器用副产蒸汽直接从催化 剂床层移热 由于受蒸汽压力限制 在催化剂后期难以提高使用温度 限于列管长度 扩大生产时 只能增加列管数量 扩大反应器的尺寸 生产操作弹性较小 日本东洋公司日本东洋公司MRF反应器反应器 MRF 反应器是日本东洋公司与体本三井化学公司联合开发的一种多段 间接冷却的 径向反应器 由壳体 催化剂床层 催化剂筐 列管及集气盒组成 反应器内装有 1 个 直径较小的内胆用以改变物料流向 在其中心 轴向安装 1 个带外壳的集束管 用于收 集反应后的气体 外壳开有直径小于催化剂颗粒的小孔 收集的反应气沿径向从外壳上 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 20 的小孔流入 管束内通过反应后的高温气体 反应器内还装有冷却管束和催化剂托架 沿轴心均匀布置 冷却管束为双层同心管 沸水从内管导人内外管间的环隙吸引反应热 后生成高压蒸汽驱动蒸汽透平 催化剂装填在冷却管束外面 垂直地安装在催化剂床层 与水平径向流动的合成气垂直 锅炉给水从炉底通人冷却管 产生的蒸汽汇集在蒸汽室 内 冷却管的排列是 MRF 反应器的专利 反应器外形为圆筒状 有上下 2 个端盖 下端 盖可以拆卸 以便于将中心集气管抽出 使催化剂装填和内部设施检修更加方便 该反应器的优点是 由于气体径向流动 流道短 空速小 因此压降也较小 约为 轴向反应器的 1 10 合成气垂直流经冷却列管 床层与冷管之间的传热效率较高 单程 转化率较高 循环气量较小 由于压降降低以及循环气量减少 合成循环系统的能耗从 冷激反应器的 111 6 MJ t 降低到 57 6 MJ t 其缺陷是 催化剂床层的温度难以控制 沿径向离冷却管越远的催化剂越容易出现 因局部过热现象 从而产生石蜡 氨 甲胺等 使粗甲醇的杂质含量增高 绝热绝热 管壳式甲醇反应器管壳式甲醇反应器 绝热 管壳式甲醇反应器由华东理工大学开发成功 该反应器由绝热段与管壳段组成 催化剂填充在管壳段 反应热传给管外的沸水 以蒸汽的形式回收热量 通过调节蒸汽 压力来实现催化床的等温分布 该反应器是基于 Lurgi 列管式反应器的改进型并有一定创 新 为了解决 Lurgi 反应器的壁效应问题 将原反应器的列管从 38 根增加到 44 根 高度 不变 改变了床层内径与催化剂颗粒直径之比 在相同产能时 反应器体积较小 可节 约设备投资 其优点有 反应器对进口气体的温度适应性强 操作弹性大 副产中压蒸汽 热量 利用合理 接近均温操作 催化剂使用寿命长 6 2 2 甲醇反应器的选择因素 反应器的选择应该考虑以下几方面的因素 1 原料因素每一种反应器均应根据特定的原料组成进行研究和开发 有的反应器适 用于天然气 有的适用于石油原料 同一类反应器应用于不同原料时 能否达到预期的 效果 需要在同类装置进行验证 这就是不同的厂家对同一类型反应器的使用效果不一 样的主要原因旧 J 2 侧重点开发商所处的角度不同 开发的重点就不一样 有的反应器侧重于节能 有的反应器侧重于反应器的单产扩大 有的侧重于降低产品副产物 还有的侧重于装置 结构紧凑 节约用地 现在没有 将来也不会有只有优点而没有缺点的反应器 往往是 在克服一种缺点的同时又带来了新的缺点 3 装置规模有的反应器比较适用于小规模生产 从小规模放大到若干倍 需要解决 的工程问题比较多 有的反应器则适用于大规模生产 符合规模经济 将大反应器缩小 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 21 若干倍 同样会遇到工程问题 并可能导致生产成本上升 4 制造因素有的反应器结构简单 对设备供应商的依赖程度低 容易培养维修人员 维修简单 容易仿制和扩能 有的反应器结构复杂 对设备供应商的依赖程度高 生产 维护成本高 制造难度大 不易扩能 5 投资及可获得性选择国外反应器 具有使用厂家多 技术成熟 制造经验丰富 运行比较可靠 但一般来说投资比较高 选择国内反应器针对性较强 因我国的原料特 点 新开发的反应器大多适用于以煤或重油为原料的装置 生产规模一般较小 但具有 技术支持方便 价格便宜 比较适用中国国情等特点 6 2 3 反应器的确定 按照选型立足于国内的原则 决定采用国内华东理工大学开发的绝热 管壳式反应 器 可节省投资 反应器技术也相对先进 而且考虑二氧化碳和氢气反应热不如一氧化 碳和氢气的反应热大 绝热 管壳式反应器的绝热层可以让反应原料气迅速升温达到最佳 反应温度 6 3 催化剂的选择 现今用于二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂还没有工业化 性能上也有待改进 可获 取的资料很少 在此不一一比较 本项目最终决定采用西南化工设计院发表的专利催化剂 公开号 CN 101386564A 该催化剂性能优良 西南院的甲醇催化剂催化剂在多套甲醇装置上取得良好的效果 因 此选用其开发的催化剂 催化剂参数参考 XNC 98 的参数如下表 表6 1 XNC 98催化剂参数 直径 mm 高 mm 堆密度Kg L径向抗压碎强度 N cm 551 3 1 5 200 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 22 第七章 CCS 441Pa 离地面 20 米 常年主导风向北北东 常年次导风向西南西 风频 21 降雨量 暴雨强度公式按照手册上重庆地区公式计算 年平均降雨量1158 8 年最大降雨量1490 8 日最大降雨量235 8 5 小时最大降雨量63 0 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 31 10 分钟最大降雨量25 2 雷电 年雷电日数44 天 无霜 无霜期331 天 长江水位 长江最高水温27 6 长江最高洪水183 25m 绝对标高 长江最低洪水144 5m 绝对标高 8 2 3 基础设施 工业气体工业气体 由德国林德气体公司 美国普莱克斯气体公司合资建设 为入园企业提供充足的氧 气 氮气及仪表用气等工业气体 供电 公用工程供电 公用工程 由法国达尔凯集团 重庆长扬热能有限责任公司合资建设的热电联供项目 总投资 32亿人民币 一期2台130吨 小时燃煤高温高压循环硫化床锅炉和1台25兆瓦发电机组已建 成 可为园区企业提供中压蒸汽 3 6MPa 和低压蒸汽 1 0MPa 保证入驻企业的蒸 汽用量 二期建设1台220吨 小时燃煤锅炉 1台25兆瓦发电机组 三期建设3台470吨 小 时燃煤锅炉 2台120兆瓦发电机组 1台50兆瓦发电机组 其他其他 园区还有化学危险品储运公司 化工专业维修企业 化工机械制造企业 化工消防 站等生产配套 极为方便 8 3 厂址选择 该项目拟建于重庆 长寿 化工园区 厂址交通运输便利 基础设施功能完备 工 业基础雄厚 门类齐全 综合配套能力强 科技教育力量雄厚 人才相对富集 能源供 应的保障程度高 因此是一个较理想的厂址 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 32 第九章 社会及经济效益分析 9 1 投资估算 固定投资估算方法Chilton系数法 表 9 1 工厂总投资的 Chilton 系数 估算工厂总投资的 Chilton 系数 项 目 项目名称系数所乘项目 1设备购置费1 001 2已安装设备费1 4 2 21 0 07 0 102 0 10 0 302 3 工艺配管 工厂类型 固体 固体 流体 流体0 30 0 602 0 02 0 052 0 05 0 102 4 仪表 数量 很少或没有 有一些 很多0 10 0 152 02 0 05 0 202 0 20 0 602 5 建筑和场地平整 工厂类型 现有 室外 室内 室外 室内0 60 1 002 02 0 00 0 052 0 05 0 252 6 辅助设施 动力 蒸汽 水 程度 无 增加很少 增加较多 新设施0 25 1 002 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 33 0 00 0 052 0 05 0 152 7 外管 装置 一体化 分开 分散0 15 0 252 8装置实体费用 1 2 3 4 5 6 7 0 20 0 3589 设计施工费 复杂程度 简单 复杂0 35 0 608 10应急预备费用0 10 0 508 0 00 0 058 0 05 0 158 11 规模系数 装置 大 小 试验性0 15 0 358 12固定投资 8 9 10 11 9 1 1 设备费用估算 根据设备计算结果以及竞赛指导书所提供的调研数据和网上询价估算设备购置费用 结果如下表 表 9 2 设备购置费用 设备费用 序号设备名称设备质量 t材料价格 元 t 设备数量 个 设备成本 元 主设备 1吸收塔28 0363600011009296 2解吸塔12 411360001446796 3反应器12000000 4常压精馏塔10 241110001112651 5加压精馏塔9 421110001103631 6汽提塔0 5541100016094 罐类设备 7甲醇洗涤器0 087110001957 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 34 8汽包1 39115000120865 9烟气洗涤罐111000111000 10澄清槽0 41100014400 11尾气洗涤罐0 41100014400 12气液分离器 10 51100015500 13气液分离器 20 311000413200 14气液分离器 30 61100016600 15气液分离器 40 21100012200 16气液分离器 50 21100012200 17混合器0 31500014500 18MEA 储罐14360001504000 19粗甲醇储罐511000155000 20精甲醇储罐 149110001539000 21精甲醇储罐 255110001605000 22杂醇油储罐10110001110000 23闪蒸罐0 61100016600 24加压塔回流罐0 51100015500 25汽提塔回流罐0 51100015500 流体输送及辅助设备设备价格 元 26尾气洗涤用泵10000110000 27烟气洗涤用泵10000110000 28富液泵30000130000 29贫液泵30000130000 30解吸塔回流31CO2加压32常压塔进料泵40000140000 33加压塔进料泵30000130000 34常压塔回流泵20000120000 35加压塔回流泵20000120000 36旋风分离器1000001100000 37离心压缩机50000021000000 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 35 38制冷压缩机1500001150000 39风机1000001100000 40螺杆压缩机2000003600000 换热类设备 41洗涤水冷却器0 21100012200 42贫富液换热器2 15436000177544 43贫液冷却器3 624360001130464 44解吸塔冷凝器0 8251100019075 45解吸塔再沸器5 827360001209772 46CO2一级冷却器0 4011100014411 47CO2二级冷却器0 3961100014356 48CO2三级冷却器1 95215000129280 49CO2冷凝器2 10015000131500 50制冷剂冷却器2 411000126400 51原料预热器3 01315000145195 52循环气冷却器1 72215000125830 53粗甲醇预热器0 2711100012981 54常压塔冷凝器1 08211000111902 55常压塔再沸器1 38211000115202 56加压塔再沸器1 82611000120086 57精甲醇冷却器 10 3931100014323 58精甲醇冷却器 20 3931100014323 59汽提塔再沸器0 5721100016292 60汽提塔冷凝器0 99311000110923 填料 元 m3 61Mellapak250Y79 8m31900151520 62CY70017 6m3480084480 63总计总计843万元万元 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 36 9 1 2 固定投资估算 根据设备购置费估算固定投资 表 9 3 固定投资估算 固定投资 项目号项目名称项目费用 万元 说明 1设备购置费843 2已安装设备费1264 5系数取 1 5 3工艺配管505 8属流体加工系数取 0 4 4仪表126 45增加较多系数取 0 1 5建筑和场地平整126 45属于半室外系数取 0 1 6辅助设施 动力 蒸汽 水 63 225增加很少系数取 0 05 7外管63 225装置集中系数取 0 05 8装置实体费用 1 2 3 4 5 6 7 2149 65 9设计施工费644 895装置一般系数取 0 3 10应急预备费用644 895装置不成熟系数取 0 3 11规模系数644 895试验性装置系数取 0 3 12固定投资 8 9 10 114085 9 1 3 总投资估算 重庆地区杂运费为 8 9 到货设备费可取设备购置费的 1 1 倍 流动资金按文献 提供系数估计流体加工约为到货设备费的 0 9 到货设备费用 927 3 万元 因此流动资金 为 835 万元 总投资为 4920 万元 9 2 项目财务评价 选取的财务评价指标 投资利税率 投资利润率 静态还本期 动态还本期 净现 值 内部利润率 9 2 1 产品成本估算 以竞赛指导书所提供的信息及市场询价作单位产品的成本估算 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 37 表 9 4 成本估算 单位 吨 产品成本 原料名称说明单耗 价格 元 吨成本 元 主 辅原料 二氧化碳1 04 吨00 氢气0 189 吨5000945 MEA纯度 99 5 1 85E 3 吨1200024 催化剂参考 XNC 98 价 格 寿命四年 7 14E 5 m311 万元 m37 85 公用工程 中压蒸汽3MPa 370 0 455 吨20091 低压蒸汽143 6 饱和蒸汽2 66 吨100266 电力241 96 度0 6145 2 冷却水2920 258 4 工艺水0 307 吨82 46 经营费用 人工费定员 60 人 工资按 200 万元 年计57 制造费用折旧 维修等取直接材料费 直接工资之和的 15 239 5 管理费用制造费用的 6 14 3 销售成本销售收入的 1 23 总计 1873 7 9 2 2 销售收入 据网上查询甲醇售价 2150 2500 元 吨 我们取 2300 元 吨 产量 3 5 万吨 年 因此 年销售收入为 8050 万元 9 2 3 总成本估算 年总成本年总成本 6557 95 万元 原料及公用工程费用 5389 7 万元 固定成本固定成本 人工费 管理费用 制造费用 催化剂 销售费用 1115 28 万元 可变成本可变成本 5442 7 万元 增值税增值税 增值税税率为 0 17 销项税额 含税销售收入 税率 1 税率 1169 66 万元 进项税额 含税购入成本 税率 1 税率 783 12 万元 应缴增值税额 销项税额 进项税额 386 54 万元 城建税城建税 厂址属于县镇地区城建税额为增值税额的 5 应缴城建税额 19 327 万元 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 38 教育费附加税教育费附加税 为增值税额的 2 应缴税额 7 73 万元 所得税所得税 所得税率 32 应缴税额 388 353 万元 9 2 4 现金流量 假定建设期一年第二年投产 投产后第一年达到生产能力 80 第二年达到设计生 产能力后以后生产能力均为 100 投资较小全部为自有资金 因此没有建设期利息 盈利以前不缴纳所得税 设备残值 5 表 9 5 现金流量表 现金流量表 单位万元 折现率 0 11 第一年第二年第三年第四年第五年 现金流出 4919 335 5800 316 6971 578 6971 578 6971 578 固定投资 4084 335 流动资金 投入 835 000 可变成本 4354 160 5442 700 5442 700 5442 700 固定成本 1115 280 1115 280 1115 280 1115 280 增值税 309 230 386 540 386 540 386 540 城建税 15 462 19 327 19 327 19 327 教育费附 加 6 185 7 731 7 731 7 731 所得税 现金流入6440 000 8050 000 8050 000 8050 000 销售收入6440 000 8050 000 8050 000 8050 000 流动资金 回收设备残值 现金流量 4919 335 639 684 1078 422 1078 422 1078 422 累积现金 流量 4919 335 4279 651 3201 229 2122 807 1044 385 折现现金 流量 4919 335 576 292 875 272 788 533 710 390 累积折现 现金流量 4919 335 4343 043 3467 772 2679 239 1968 848 第六年第七年第八年第九年第十年 现金流出 6971 578 7316 673 7316 673 7316 673 7316 673 固定投资 流动资金 投入 50kt a 二氧化碳捕集及 35kt a 甲醇合成可行性研究报告 39 可变成本 5442 700 5442 700 5442 700 5442 700 5442 700 固定成本 1115 280 1115 280 1115 280 1115 280 1115 280 增值税 386 540 386 540 386 540 386 540 386 540 城建税 19 327 19 327 19 327 19 327 19 327 教育费附 加 7 731 7 731 7 731 7 731 7 731 所得税 345 095 345 095 345 095 345 095 现金流入8050 000 8050 000 8050 000 8050 000 8050 000 销售收入8050 000 8050 000 8050 000 8050 000 8050 000 流动资金 回收设备残值 现金流量1078 422 733 327 733 327 733 327 733 327 累积现金 流量 34 038 767 365 1500 692 2234 019 2967 346 折现现金 流量 639 991 392 067 353 213 318 210 286 676 累积折现 现金流量 1328 857 936 791 583 578 265 368 21 308 第十一年第十二年第十三年第十四年第十五年 现金流出 7316 673 7316 673 7316 673 7316 673 7316 673 固定投资 流动资金 投入可变成本 5442 700 5442 700 5442 700 5442 700 5442 700 固定成本 1115 280 1115 280 1115 280 1115 280 1115 280 增值税 386 540 386 540 386 540 386 540 386 540 城建税 19 327 19 327 19 327 19 327 19 327 教育费附 加 7 731 7 731