word2010设计文档集0-项目摘要

5.5亿Nm3/a COG处理项目项目摘要/项目摘要/I西南石油大学Infinite5.5亿Nm3/a COG处理项目项目摘要目录一 项目简介1二 原料及产品方案2三 工艺流程3动态控制3四 设备设计及选型6五、控制方案7六、节能降耗8其他节能降耗8七、厂区选址与布置91 总厂布置92 车间及管道布置9八、安全与环境11九、经济分析13十、项目总结14I西南石油大学Infinite一 项目简介本项目是设计一座以含硫废焦炉煤气（COG）为主要原料进行脱硫处理并深度资源化利用的装置。该项目有效结合干法脱硫与湿法脱硫，充分利用焦炉煤气资源以及焦炉烟气资源，达到环境友好，实现深度脱硫并利用的目的。本项目处理5.5亿Nm/a焦炉煤气，SNG年产2.47亿Nm，建于山西省吕梁市三泉焦化园区。本团队在工艺设计中，兼顾经济效益和清洁生产，思路明确，亮点突出，其主要体现在如下几个方面：（1）本项目原料来源均来自园区内焦化项目，化产回收装置和炼焦装置，充分利用园区资源，深度深入脱硫项目宗旨。（2）工艺流程新颖，结合干法脱硫和湿法脱硫，以及脱硫捕碳一体化流程，实现硫化物的深度利用。同时对二氧化碳进行深度利用。（3）采用中间冷凝技术，物流间换热，反应器创新、热量副产大量低压蒸汽。（4）两级加氢脱硫，均采用不同的催化剂填料，节省装置，达到脱除效果。产品分离采用超音速分离器脱水，高效节能。（5）创新设计甲烷化反应器，采用列管式，并设有冷激段与绝热段，在进料处分成两股不同温度进料，达到冷激，并用高压饱和水维持恒温。充分利用能源。二 原料及产品方案本项目主要原料是焦炉煤气，每年处理量为5.5亿Nm/a，其成分组成如表2-1所示：表2-1 焦炉煤气组成组成摩尔分率组成摩尔分率CO20.033CO0.087N20.00495CH40.23O20.004COS1.8610-6C2H40.028C4H82.610-6H20.613C4H4S4.910-6H2S2.4310-5使用补加的碳源的烟气组成如表2-2所示：表2-2烟气组成组成摩尔流量(kmol/h)组成摩尔流量(kmol/h)CO20.033SO213.60H2O0.229NO1.902O2161.179N21637.35产品方案如表2-3所示：表2-3 产品方案项目制甲醇制尿素制天然气用气量/m3h-1300003000030000销售收入/万元年-1264603587020870利润/万元年-16643105607928煤气折价/元m-30.280.700.33投资估计/万元456509783013830能量转化率/%50-82.8能量利用率/%43.26-76.1其他产能过剩，价格低迷产能过剩，价格波动不大市场需求稳定，有并网条件经过比选最终确定为SNG.三 工艺流程图3-1 生产工艺流程图本项目采用加氢转化法串联氧化锌脱硫槽脱硫，以及氨法脱硫补碳工艺相结合生产SNG。主要分为三个工段：第一工段，碳捕集工段；第二工段，COG预处理工段；第三工段SNG工段；主要产物为SNG、硫酸铵等产品。碳捕集工段分为：烟气净化系统、贫液再生系统、碳回收系统。主要工艺为烟气先经过脱硝，再经过脱硫脱碳一体化，将其中的硫元素和碳元素用氨水吸收以亚硫酸铵和碳酸铵的形式富集在塔底，再送入氧化槽，将亚硫酸铵氧化。根据硫酸铵和碳酸铵受热分解温度不同，控制温度，使二氧化碳以气体的形式释放补加到第三工段的甲烷化反应里面。硫酸铵则送去结晶。吸收塔净化气体经过闪蒸分离出一部分水后排空，这部分水中的四分之一循环到吸收塔，剩余的送至污水处理。硫酸铵结晶前闪蒸出的八分之七气体经过精馏塔吸收精馏，高浓度氨水循环至吸收塔，剩余七分之一直接送回吸收塔，通过不同位置进料，同时达到吸收以及解决氨逃逸的问题。原料气经过升温至340进入加氢反应器，主要选择固定床反应器，用于脱除COG中的有机硫气体，将含硫元素COS、转化为H2S。同时床层下部填有除氧催化剂，除去COG中少量氧气。经过加氢后的320气体，通过装填有氧化锌和活性炭催化剂的床层，氧化锌主要用于脱除H2S。活性炭用于脱除噻吩，两者结合将COG中硫含量降至0.1PPM，送去甲烷化反应。经过预处理的COG，先经过一段甲烷化、床层温度为320的等温列管式反应器进行一段甲烷化，剩余含氢40%（mol）的富氢体系与碳捕集工段而来的320、6barCO2气体进行混合送入二段甲烷化反应器内。由二段甲烷化反应器出来的气体，经过换热两次降温闪蒸至30，脱除大部分水。剩下的进入超音速分离器脱水，产品气送入储罐。动态控制对于流程中，我们以T0301为例进行了动态模拟，分别对塔顶冷凝器压力，塔顶液位以及塔釜液位进行控制，以下是动态控制图：图3-2 塔顶压力控制图3-3 塔顶液位控制图3-4 塔釜液位控制图3-5 塔顶与塔釜流量变化图（绿色为塔釜）由以上动态分析，经过一定时间后，达到稳定值，该控制可行。四 设备设计及选型本项目根据Aspen Plus的模拟结果，我们对工艺流程中的甲烷化反应器R0301、氨水再生塔T0103、换热器E0106进行了详细设计，包括基本的设备设计参数和特殊内构件的设计。利用COMSOL Multiphysics对甲烷化反应器进行反应体积的模拟以及反应器的长径比的优化和确定。利用SW6-2011及KG-Tower软件对流程中的全部塔设备进行了工艺设计、基本参数设计和机械强度校核。利用EDR和SW6-2011对换热器进行了工艺设计、选型、基本参数设计和机械强度校核。此外还对泵、压缩机、储罐、气液分离器、回流罐等设备进行了合理选型。以甲烷化反应器为例，讲述设计思路如下：目前国内外主要的焦炉气甲烷化合成SNG技术虽然有所不同，但是其主要思路相似。都是采用的高温绝热反应器，前几个主反应器是甲烷化反应的核心装置，大部分的反应将发生在第一和第二甲烷化反应器，因此更多的热量都集中在此。但是高温也造成了对催化剂的碳化影响，如何将温度降下来是攻克甲烷化技术的主要难题。本设计采用列管式反应器，以维持甲烷化反应在较低温度范围内进行。通过COMSOL模拟，传统列管式反应器难以达到反应的低温要求，我们对其结构加以改进，增加中心管通入原料气激气，能很好的将甲烷化反应维持在较低范围内。反应器结构示意图如图4-1：图4-1 反应器结构示意图五、控制方案本项目设计中，首先考虑了正常生产时的稳态控制策略。在控制系统方面主要由DCS集散型控制系统组成，同时结合SIS控制，主要用信息反馈来控制泄压阀的开启、阀门流量以及显示各压力容器和管路的压力、温度、液位等，实现分散控制集中管理，加强安全性。本厂厂区内的生产装置、公用工程及辅助设施利用DCS集散控制系统进行集中操作、控制和管理；此外，为了应对生产过程中可能发生的危险，本项目对加热炉、SCR脱硝反应器、甲烷化反应器设计了SIS安全仪表系统，充分保障了加热炉和反应器的使用安全；同时全厂采用了ESD紧急停车系统，事故一旦发生能够得到有效控制。选择的控制系统除满足以上要求之外，还从SNG生产规模、系统投入、系统性能及实用性等多方位考虑。对一些关键设备，特别是塔设备，我们考虑了非正常情况下（进料流量发生）控制，利用Aspen Dynamics软件对T0103其进行了动态模拟。设计中对各工段详细绘制了P&ID工艺管道及仪表流程图，具体详见AutoCAD图纸源文件及项目图纸集。六、节能降耗本项目为了充分利用能量，通过使用Aspen Energy Analyzer软件，根据夹点设计法，结合实际情况，进行流股匹配，设计出了一种最优的冷热流股匹配方案。同时将优化后的换热网络返回流程模拟和PID图纸，对比分析得出最优。详见Aspen流程模拟源文件和PID图纸。以下是换热前后冷热流股匹配方案。图6-1 匹配前换热网络图6-2 匹配后换热网络全场节能效果对比：项目热公用工程/ kJ/h冷公用工程/ kJ/h换热单元数/个匹配前1.0681081.80210817匹配后6.8341071.73510820物流匹配节能百分率36.01%3.72%其他节能降耗甲烷化反应产生大量高压蒸汽，除去自用外剩余的送至发电机组发电。七、厂区选址与布置厂址选在山西省汾阳市吕梁三泉焦化工业园区内，园区作为山西省石油化工重点发展的化学工业基地之一，公共设施完善，企业集群使内部产业链优势明显。原料焦炉煤气直接来自园区内山西焦煤集团五麟煤焦开发有限责任公司，方便快捷。三废处理、公用工程均有配套产业供应。园区还得到了政府的政策扶助优惠和资金技术支持，注重产业的健康可持续发展。1 总厂布置总图布置贯彻“十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护耕地”的基本国策，因地制宜，节约用地，提高土地利用率。坚持做到：符合国情，布置合理，生产安全，技术先进，保护环境，节省投资，运营费低。根据人车分离理念，分设车流通道和人员通道，减少交通阻力。采用了平行布置，将生产区与生活区布置在厂区径向干道两侧，使二者互不影响。并且根据紧凑集中理念，合理布置厂区内建筑及车间位置，达到高效稳定安全的生产布置。厂区长360m，宽260m，总占地面积93600m2，主要包括行政办公及生活服务区、辅助生产区、生产区和储运区等区域。我们使用AutoCAD进行厂区的平面设计（厂区平面布置图如图7-1所示），并用Plant 3D、Sketch Up、Lumion等软件绘制了厂区的立体效果图，有助于直观地了解厂区的全貌。图7-1 厂区总平面布置图2 车间及管道布置本项目使用Plant 3D对SNG工段进行了设备布置和详细的管道布置，确定了管道的走向，并得到了每根管道的轴测图。另外，还利用AutoCAD对进行了设备布置图的绘制。车间三维布置图如图7-2所示。图7-2 车间三维布置图八、安全与环境1、本项目采用RiskSystem软件对工厂的罐区及生产区进行了重大危险源辨识，并根据物质的物性进行了罐区物质的源相分析，继而根据源相分析的结果进行了池火事故模型预测、沸腾液体扩展蒸汽爆炸预测、蒸汽云爆炸模型预测分析了事故的伤害范围。采用道化学火灾、爆炸危险指数评价对重大危险源进行风险预评估。2、本项目采用HAZOP分析方法，分别以氨水分离T0103塔、SNG储罐、氨水分离塔顶冷凝器为节点进行分析。根据该设备可能产生的偏差如：进料流量增大、回流比增大等进行系统分析，根据分析结果对可能产生的危险源和隐患进行有效的预测，研究出偏离后果如：传热效果下降，分离效果降低等，采取一系列安全措施如：液位指示、进料流量控制等，以此实现对该设备和系统的稳定控制。3、在厂区布置中使用ALOHA软件对危险有害物质进行了事故伤害范围的模拟，总图布置严格按照石油化工企业设计防火规范等设计规范4、三废处理：本项目使用的“化学反应沉淀、隔油、二级气浮、A/O生化”工艺。可有效地去除有机物、NH3-N和TN，污水处理效率较高。为了确保生化处理后的污水达到国家排放标准，在生化处理后设有絮凝沉淀和活性炭吸附工艺，以进一步有效去除悬浮物和某些有机物，降低污水中的COD。污水处理场还设有污泥处理设施，可使“三泥”得到处理，最后外运或综合利用。工艺流程如8-1，污水经格栅井去除大颗粒杂质后进入提升池，由提升泵打入5000m调节罐，再由调节罐自流进入平流隔油池，在隔油池内污水中污油被收集到污油池，由泵送至污油罐内，油泥通过刮泥系统进入油泥浮渣池，然后由泵送至“三泥”处理系统。污水由集水池经泵提升再进入浮选装置，在此装置内大量的乳化油被去除。生化装置由缺氧池、好氧池、沉淀池3部分组成，均自流而入，从沉淀池至缺氧池有200%的硝态液回流，至好氧池则有50%100%的活性污泥回流。处理后的污水水质可达到GB8978-1988污水综合排放标准一级（新扩版）标准及GB 3351-1983煤炼制工业污水污染物排放标准中一级一类标准。图8-1 污水处理流程图催化剂由厂家回收再利用。三废安全排放无污染。并且，选用低噪音设备，做好隔声、消声、吸声措施。另外，在厂区进行绿化，改善生态平衡。九、经济分析通过对该项目进行投资估算和财务评价，全厂的综合经济技术指标如表9-1所示。表9-1 综合经济技术指标序号指标名称单位数值1设计规模Nm3/a5.5亿2占地面积平方米936003建筑面积平方米256884年操作时间小时/年72005工程项目总投资万元64693.776固定资产投资万元35165.117直接材料费万元/年12245.458总定员人1289年成本费用万元/年26942.4610全厂总产值万元/年69032.7211年净利润总额万元/年42090.2612投资利润率%41.6513投资利税率%67.9314内部收益率%21.0015投资回收期年9.4016投资净现值（税后）万元/年58127.53十、项目总结本项目依据相关规定，以“安全生产、节能环保、资源化利用、可持续发展”为本，对相关过程进行设计，有效利用资源，深度契合主题。前期根据大量文献调查，以及资料收集，确定了以焦炉煤气补碳制SNG路线的工艺流程，并对此用Aspen plus进行流程模拟。对全流程优化后，采用夹点分析技术结合Aspen Energy Analyzer软件对过程进行了热集成分析，确定了本项目的节能方案，并对