七台河吉伟焦炉气制液态甲烷工程方案.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 七台河吉伟焦炉气制液态甲烷工程方案第1章 项目概述 我国的能源结构是“缺油、少气、富煤”,煤炭资源相对丰富,煤化工发展迅速。根据我国石油天然气总公司预测，2015年常规天然气生产量为1780亿立方米，天然气需求量为2400亿立方米，供需缺口为620亿立方米。20102020年期间，我国天然气需求量受城市气化率的提高以及天然气替代工业燃料领域消费的驱动将大幅度增长，消费结构将进一步优化。天然气的价格这几年一直稳中有升，今后几年，随着市场需求的进一步增加，价格仍将有所提高。利用该契机,积极发展焦炉煤气制天然气( SNG)用于替代天然气或城市煤气,不仅可以降低进口天然气市场给我国带来的潜在风险,满足日益增长的市场需求,而且对我国的能源安全、节能减排等方面也具有战略意义。针对以上发展趋势，吉伟焦炉煤气提出制液态甲烷的项目方案，煤气液态甲烷的工艺流程大致如下：CO2排入空气除尘湿法脱硫焦炉煤气焦炉气压缩精脱硫MDEA脱碳干燥往复压缩（1、2段）往复压缩（3、4段）焦炉气压缩（4、5段）甲醇合成甲醇精馏存储干燥液化LNG储存装车0.8MPa1.4MPa根据以上工艺流程可以将整个工艺分为：原料气的净化和脱硫、MDEA脱碳干燥、CH4分离干燥液化、焦炉气的压缩、甲醇的合成等工段。第2章 各个工段工艺流程控制2 . 1 焦炉煤气的净化工艺焦炉煤气的净化要求：焦炉煤气中杂质含量高 ,净化难度大 ,净化成本高 ,制约了其作为化工原料气的用途和经济性 有微量焦油 、 苯 、 萘 、 氨 、 HC N、 C l。通常经过焦化厂化产回收预处理的焦炉煤气 , 仍然含不饱和烯烃 , 以及 H2S 、 噻吩 ( C4 H4S) 、 硫醚 、 硫醇 、 C O S 、 CS2 等杂质 。 其中 ,焦油 、 苯 、 萘 、 不饱和烯烃会在后续的焦炉煤气转化和甲醇合成中分解析碳影响催化剂的活性 ; 由无机硫与有机硫组成的混合硫化物和 C l-及羰基金属等杂质是焦炉煤气转化和甲醇合成催化剂的毒物 ,会导致转化与合成催化剂永久性中毒失活 。因此 ,彻底脱除杂质 , 深度净化焦炉煤气 , 是焦炉煤气资源化利用的关键 。焦炉煤气中含有的噻吩 、 硫醚 、 硫醇等有机硫 ,形态复杂 ,化学稳定性高 ,现有的湿法脱硫对其几乎不起作用 ,必须采取干法脱硫将有机硫脱除。若来自焦化厂的煤气是只焦不化的粗煤气 , 则必须先进行化产湿法脱硫 , 使原料气中的硫含量尽可能减少 ,以减轻干法脱硫负担 ,延长加氢转化脱硫剂使用寿命 。 然后再进行干法加氢转化精脱硫 , 即采取湿法与干法脱硫相结合的方式进行净化精制 。首先 ,粗煤气先进入化产装置 ,通过冷凝 、 电捕焦油 、湿法脱硫 、 脱氰 、 脱氨 、 洗苯脱苯等操作 ,脱除焦炉煤气中的焦油 、 萘 、 硫化氢 、 氰化氢 、 氨 、 苯等物质 ,并回收焦油 、 硫 、 氨 、 苯等化工产品 。 经化产和湿法脱硫后 ,可将焦炉煤气中的 H2S脱至 20 m g /m3以下 , 同时可脱去少量有机硫 , 但有机硫含量仍然较高 。然后再进行干法精脱硫 , 使焦炉煤气满足净化后总硫体积分数 0 . 1 10- 6的要求 。精脱硫工艺技术方案焦炉煤气中含有的绝大部分无机硫和极少部分的有机硫可在焦化厂化产湿法脱硫时脱掉 , 而绝大部分有机硫只能采用干法脱除 。 干法脱除有机硫有4种方法 ,即吸收法 、 热解法 、 水解法 、 加氢转化法 ,目前国内外主要采用水解法和加氢转化法脱除有机硫。水解法脱除有机硫由于操作温度为中低温 , 可避免强放热的甲烷化副反应发生 , 是目前国内外脱除煤气中有机硫十分活跃的研究领域 。 但水解催化剂的活性随温度的升高和煤气中氧含量的增大而急剧下降,且对 C O S 、 CS2 水解效果好 , 对煤气中的噻吩 、 硫醚 、 硫醇基本不起作用 , 这是水解法脱除有机硫的致命缺陷 。焦炉煤气经湿法脱硫后可脱去绝大部分的 H2S和少量的有机硫。脱硫的技术瓶颈是如何深度脱除形态复杂 、 难以用常规方法分解脱除的有机硫 ,尤其是化学稳定性高 、 难以分解的噻吩 、 硫醚 、 硫醇类有机硫 ,需采用加氢转化法转化为无机硫后才能脱除 。 常用的有机硫加氢转化催化剂有钴钼 、 铁钼 、镍钼等类型 ,加氢转化的氢气来自于焦炉煤气 。由于焦炉煤气含有较高浓度的 C O 和 C O2, 选择加氢脱硫方案时应注意 : a . 对噻吩类有机硫加氢分解性能好的加氢催化剂会诱导碳氧化物发生对加氢工艺不利的强放热的甲烷化反应 ,应尽可能避免或减轻 C O 和 C O2 在加氢催化剂上发生甲烷化反应 。b . 应尽可能提高噻吩 、 硫醚 、 硫醇等有机硫的加氢转化率 。c . 应避免 C O 和不饱和烯烃在加氢转化时分解析碳而降低催化剂的活性 。传统的钴钼加氢催化剂价格昂贵 , 主要用于以天然气为原料的加氢转化精脱硫 。 在 C O、 C O2 含量较高的气体中 ,易发生析碳和甲烷化副反应 。通常焦炉煤气中含有体积分数为 5 % 8 %的 C O , 不宜采用钴钼加氢催化剂脱硫方案 。根据焦炉煤气中有机硫的含量和形态 , 总结近几年国内建设的几套焦炉煤气制甲醇加氢脱硫装置的经验教训 ,对焦炉煤气有机硫净化可采取铁钼 +镍钼两级加氢 、 铁锰 +氧化锌两级吸收的方式 。操作条件为 : 温度约 350 、 压力约 2 . 3 M Pa 。 工艺流程为 : 铁钼加氢转化 铁锰粗脱硫 镍钼加氢转化 氧化锌精脱硫 。2 . 2 焦炉煤气MDEA的脱碳干燥工艺粗原料气在 2.8MPa下进行二段溶液洗涤的吸收塔，下段用降压闪蒸脱吸的溶液进行吸收，为了提高气体的净化度，上段再用经过蒸汽加热再生的溶液进行洗涤。从吸收塔出来的富液相继通过两个闪蒸槽而降压，溶液第一次降压的能量由透平回收。回收的能量用于驱动半贫液循环泵。富液在高压闪蒸槽释放出的蒸汽中有较多的氢和氨，可压缩送回脱碳塔，出高压闪蒸槽溶液继续降压后，在低压闪蒸槽中释放出绝大部分 CO2。获得的半贫液大部分用循环泵打入吸收塔下段，一小部分送入蒸汽加热的再生塔再生，所得贫液送入吸收塔上段使用。再生塔塔顶所得含水蒸气的CO2气体，送入低压闪蒸槽作为脱气介质使用。 工艺操作要点 (1) 贫液与半贫液的比例贫液/半贫液比例一般为1/31/6，它决定于原料中CO2的分压。CO2分压高，x大，则采用比例可高一些( 如1/6 )，这样热能耗就降低，贫液的温度一般为 55 70。(2) 贫液与半贫液的温度 半贫液一般为7080，进液温度高，热能耗就低，但过高又影响吸收塔底温度，使溶液的吸收能力变小，反而是热能耗增加，对不同的原料气工况，都有一个最适宜的溶液温度比例。既能保证净化度又充分利用其物理性能，使其热能耗降到最低限度。(3) CO2脱除及消耗在吸收压力为2 .7 MPa时，CO2可脱除至0.005以下，CO2净化度在0.1%以内。其消耗的热能取决于原料气中CO2的分压。分压高， 热能耗低，一般在一段绝热式脱除CO2 流程中。原则上不需消耗热能，但要维持稳定的吸收及解析温度，要靠原料气、净化气和再生气之间的热平衡。通常由于再生气中带走热量多，就需补充热量( 如用热水等低位能)来保持温度。 (4) 高压闪蒸与回收CO2的纯度MDEA溶液中非极性气体氢、氮、甲醇、CH 及其它高级烃类化合物等的溶解度低，因此被净化气体的损失很少，但吸收压力高时，再生气中CO2小于98%，如吸收压力为2.7MPa，流程中有高压闪蒸汽提高CO2 的纯度，闪蒸压力根据纯度要求加以选择，一般可回收96%左CO2， 其纯度可达99.5, 当吸收压力 280 时易过热失活 ,因此必须及时将反应热移走 , 使合成反应尽可能接近反应平衡曲线 ,同时避免因反应热的积累而烧坏催化剂 。 管壳式甲醇反应器利用管间沸腾水副产中压蒸汽及时移走反应热来保持催化剂床层温度稳定 ,既有利于合成反应的进行 , 又保护了合成催化剂 。 副产的中压蒸汽与催化转化工段的副产蒸汽并网过热后 ,用于合成气压缩机驱动透平的动力 。 合成甲醇是一个多相催化反应过程 , 受催化剂选择性的限制以及合成压力 、 合成温度 、 合成气组成等合成条件的影响 ,反应过程中 C O、 C O2 与 H2 除生成甲醇外 , 还发生一系列副反应 , 生成烃 、 高碳醇 、醛 、 酸 、 酯 、 醚及单质碳等逾 40 种副产品, 合成产物是甲醇和水及多种有机杂质的混合物 , 即粗甲醇 。 粗甲醇经冷却降温至 40 ,进入甲醇分离器 ,冷凝分离出的粗甲醇液体进入甲醇膨胀槽 ,减压闪蒸除去溶解在粗甲醇中的气体后送入甲醇精馏工段 。 分离和闪蒸出的气体大部分送合成气压缩工段与新鲜合成气混合加压后进入合成塔循环反应 , 小部分作为弛放气 ,主要用作转化加热炉的燃料 。甲醇合成工艺的追求目标是 : 最高的反应物单程转化率和最低的副产物产率, 对于生成物体积缩小且强放热的甲醇合成反应 , 低压法合成甲醇的单程转化率主要取决于催化剂的活性和选择性及工艺操作水平 。2.5.2甲醇精馏工艺粗甲醇的精馏采用由预精馏塔 、 加压精馏塔 、 常压精馏塔组成的三塔精馏系统 ,其工艺流程见图 粗甲醇精馏工艺流程预精馏塔的主要作用是脱除粗甲醇中的低沸点轻馏分副反应杂质 , 如二甲醚 、 甲醛 、 乙醛等 。 由加压塔和常压塔组成的主精馏塔的作用是分离出高沸点重馏分副反应杂质 ,如水 、 异丁醇 、 异丁醚等 ,将粗甲醇制成符合 G B 338 92 工业甲醇 优级品标准的精甲醇 。精甲醇由常压精馏塔顶部和加压精馏塔顶部( 小部分 )采出 ,且常压精馏塔顶采出的精甲醇质量要高于加压精馏塔顶采出的精甲醇质量 ; 低沸点轻馏分杂质和不凝气由预精馏塔顶采出 ; 高沸点重馏分杂质异丁醇 、 异丁醚等由常压塔下侧采出 ; 精馏残液 ( 主要是水 )从常压塔底排出 , 经汽提预处理回收甲醇后送污水处理站进行生化处理 。三塔精馏相对于两塔精馏的特点是 :a . 乙醇和其他有机物杂质的含量大幅度减少 ,大大提高了精甲醇的质量b . 将加压塔塔顶出来的甲醇蒸气作为常压精馏塔的热源 ,节约了蒸汽和冷却水 , 能耗低 , 操作费用省 ,相对于两塔精馏可节能 10 %。c . 流程加长 ,造价约增加 10 %。第三章 设备清单序号型号规格名称单位数量制造厂家一、控制软件部分1ST9433正泰中自工业控制应用软件V8.0（无限点开发运行版）套2正泰中自2ST9436正泰中自工业控制应用软件V8.0（无限点运行版）套10二、操作站和工程师部分1ST9643SNET交换机台8D-link三、现场控制站1ST9006标准机柜（8006002200）台3正泰中自2ST9004通讯电缆套3正泰中自3ST9005机柜内附件套3正泰中自4ST91116U工业标准机笼台9正泰中自5ST91216U总线底板（含正泰中自总线底板模板软件V1.0）块9正泰中自6ST9132系统电源组件（含正泰中自通用电源板软件V1.0）块18正泰中自7ST9133系统散热组件（含正泰中自通用电源板软件V1.0）块9正泰中自8ST913424VDC电源组件（含正泰中自通用电源板软件V1.0）块3正泰中自9ST9144标准串行通讯模板（含正泰中自通讯模板软件V1.0）块1正泰中自10ST9161控制模板(正泰中自实时控制软件V8.0)块6正泰中自11ST926232路集成型开关量输入输出模板(含正泰中自开关量模板软件V1.0)块16正泰中自12ST927116-32路万能调理模板(含正泰中自调理模板软件V1.0)块50正泰中自13ST9315单路全隔离万能AI模块(含正泰中自AI模块软件V1.0)块672正泰中自14ST9321单路全隔离电流AO模块(含正泰