焦炭、纯氧、二氧化碳制一氧化碳气化工艺技术经济分析.doc

焦炭、纯氧、：二氧化碳制一氧化碳气化工艺技术经济分析马斌 (鸢泰I程公司) 邓蜀平 阁亚明(中国科学皖山蔼煤化所)黼近年来我国有机合成发展迅猛，甲酸、醋酸、醋酐、MDII、TDI等产品越来越紧俏，甲薛 的牛产也需开拓后续产品各牛产厂家都存寻求先进、可靠、具有竞争力的CO牛产技术，以 发展后续产品，占领国内市场。我国CO生产已有ILH年的历史，但制各CO气体发生炉仍采 j；j五十年代引进苏联和七十年代引进臼本的设备a其设备结构简单，生产和排渣阀间断进行， 这种生产：艺采用纯氧和冶金焦炭(或沥青焦)为原料。其缺点是单台设备产景仅100Nm3t1 左右。锕二氧化碳纯氯焦炭连续气化制一氧化碳气，国外一些公司也在探索开发，到目 前为止，只有专刹报道，尚没有工业化生产装置的应用。化_部华泰工程公司凭借其多年来在 煤化工领域丰富的知识积累和设计经验，在巾226米固定床气化炉上进行大胆改造，采用氧 气和废弃的c02做气化剂，连续生产cO气体产气量大，每小时2000-,-2500m3CO气体(折 标100C0)。该项技术1993年完成设计，1997年在济南石化集团股份有限公司建成运行，一次试车投产成功，达到了设计指标，现已申请了国家专利，为我国制造CO气体开辟了一条新的途径。1国内外生产技术11国内啦产现状】1】小光气的CO生严装置 我国目前有数十套小：t气生产装置，其用气量较小而且都是问歇生产冈而普遍采用问歇式纯氧、焦炭CO气体发生炉。此炉是五斗年代从苏联引进；结构简单、操作方便、产品气CO 含量商，缺点是单台产气量小，气化强度低，间歇生产不能满足大、中型生产装置的需要。1 I 2两段式变压吸附 该方法是由化工部西南化工研究设计院变压吸附分离工程研究所开发的，其原糕是水烘气半水煤气以及其它H2、N2、CO、C02等组分的混合气，压缩到05MPa(袭压，下同)，134在第一段变压吸附中，吸附除去二氧化碳、水及微量硫，来被吸附的气体混合物在o 35MPa 下进入第二段变压吸附装置，在此分离出氢气和氮，被吸附的一氧化碳经减压真空解吸收集f 气柜，其中部分经压缩返回吸附床用作置换气另一部分作为产品气输出，从第二段变压吸 附排出的氢氯混合气返回第一段变压吸附用于二氧化碳解析时的冲洗气。该生产-：艺l对内已有-生产装置。，12犀汐技术现状l2 1掘美国专利(U S P456413，1986年)报道，BEYI?,R公司曾对CO气化炉生产工艺 进行过研究，&口用纯氧和二氧化碳的混合气与焦炭进行气化此混合气通过一个或几个朝下、 可冷却的装在发生炉失套上的喷嘴喷入发生炉。喷嘴与芨生炉炉底隔开一定距离。炉渣收集于 炉底。此工艺通过添加助剂降低熔渣的熔点硼日歇或连续地排出液渣。产品气量1600Nm，hi 4“7CO含量98(v)。1 2 2据日本特许公司公开卜一164713(1989年)报道，日本钢管株式会式进行过高纯度 CO|；!j备的研究，也是用纯氧和CO的混合气与焦炭气化，炉渣液，柑排出，炉渣温度约1500。C。 其产气量1000Nm(标)，CO含量97 6(V)。1 23 Wellmma。Galusha气化炉可片j纯氧一二氧化碳作气化剂生产高纯度CO气，I)ravo公 司目前已建jZ套用纯氯作气化剂的工业实验装簧，并为上海一i-万吨醋酸的CO装置作r气化 实验，其以冶金焦为原料，粗煤报中CO含量85 55(v)。I 3新型CO发生炉及CO制备工艺目f诲我国运行的气化炉中，能连续生产商纯度co的气化炉尚没有。本气化炉采用纯氧、 CO，为气化剂，从吸热的角度来看。用co,作气化剂比用蒸汽作rqk,齐rj在吸放热平衡上更只有 优势。经综合比较，确定采用常压、连续固体排渣、间歇二段加料、炉体带夹套，喷口向下倾 斜并带冷-kH自cJ原料气喷嘴。炉底带有排涟和布气装置以及传动结构的新型气化炉。花工艺开发过程中逐步攻克了炉体结佝、炉内温度控制等技术难点，选取了台理的氧气和 I氧化碳配比，通过在济南2万吨甲酸年装置上的运行旺明各项括标均好于预期值，设计 参数及预期结果如下：炉体外形尺寸：巾19807000mm 产气能力：2501kn3h标准) 粗煤气中CO含量：6574 0(V，。F同) 粗煤气中Cn含量；2530其余为酸性气和惰性气经有美净化工序，将粗煤气中CO：气体循环使用，其它惰性组 分分离出后可获得CO含量98 5的产品气。 烟道气剧收CO：采州MEA法，MEA法吸收C02总的反应式如下：COz+(CHzCHzOn)NH2埘20一(CH2。CH2OH)NH3HC03峒MEA法的主要优点是吸收能力较强，同时设备简单、操作可靠。其缺点是I嫂收、再生过 程温差较大，故水、电等消耗定额较高，且育氧化、降解副反应物生成。当温度高予100。C 时，对碳钢有腐蚀性。净化采用MEDA法即液相法脱碳，它是70年代德围BA；gF公司开发的物理、化学吸收法， 在国外使用较广泛。国内南化院也开发出此技术，并有几套苎产装置运行使用。该法脱碳净化 度高，C02纯度高t溶液腐蚀性小，cQ和H2S可分塔再生，脱硫、脱碳后的气体经分子筛分 离吸附，进一步获得高纯度的CO产品气。该设备可用碳钢，在热法脱碳中热耗最低(，-2 09(iJ标nt3CO，)。2二段PSA法与舵C02焦炭法技术经济分析如上所述二段PSA法与02c02_礁炭法是国内目前制取CO成熟、可靠且已工业化的生产工艺。本报告拟对一个10万吨年醋酸厂，采用上述=种方法制CO进行初步列比分析。 两段PSA法工艺按没有工业废气源(黄磷尾气、电石尾气、乙炔尾气或高炉气)采考虑，凶此需建煤气化设施，奉工艺拟采用固定床水煤气发生炉。水煤气的组成如下(v)H2C0 Ctt4 C02N2Ar 02 S49 90 36 50t 006 50 5 50O 52 399mCO回收率按8(糯考虑，鉴于醋酸乍产不需要H2，故尾气只作为低热值煤气使朋。10万 吨年的醋酸厂，以年7200小时工作时间计算，所需co(折纯)约为6600Nrn3hi。：E艺流程 如下所示。无烟煤CO产品气尾气(丰要是氢)图1 两段PSA法工艺流程j璺CO产品气；。图2 02一CO广一焦炭法工艺流程图2 I投资伯算(生产CO界区内建设投资，1998年上?阵#价) 两段pSA法投资：8410万元人民币 O。C02焦炭法投资：4570万元人民币2 2每小时原材料、动力消耗(吨，、删)项目 单价 两段PSA法02COf一焦嵌法 煤 150元吨13 95 焦炭 420元吨 4227 电0 34元，k讪389,1 2922 循环水 0 1元吨14951712蒸汽 68元吨2420刖产气 0 I元标m3 14400|23毕位生产成术23 1计算基准 两种CO常4造方法的计算基准： (t)工人定员为t00人，工资1000G元r人年，福利费取工资的14。 (2)生产年限为15年采用平均年限法折旧，残值率为5。 (3)修理费与其它制造费率分别取吲定资产投资“除建设期利息)的4。oNI 1。2 3 2单位p产成本估算(元10000Nm3(：O)甲位生产成水序号 项目单位两段PSA法C02矗一Or焦炭法()原材料 3i7(14268：99煤吨317 042焦炭吨，268 99(二) 燃料及动力 470 52 382 461循环水 吡22 65 25 92电Kwh2006 150 53 蒸汽 吨 247 27 20606 (三) 工资及福利 23 98 23 98 (四) 制造赞用 200 S7 08 99 (五) 副产品回收 21818单位生产成本 793 93 784 4124经济效益分析从以上结果可以看出，02一or焦炭法生产CO气体在成本上与两段PSA法生产CO气 体基本持平，但如果副产品气体得不到有效利用，则两者的经济效益有一定的差距，且两段法 大量的废气排空对环境有污染。总之两种