co2捕集项目技术方案

7.8万吨CO₂捕集系统工程详细设计(二)2011年10月16日 1 31.1本技术方案编制依据 3 4 41.3.1概述 41.3.2工艺方案框图如下 51.3.3各工序主要技术参数如下 51.3.4本装置的组成 61.3.5物料平衡(干基) 61.3.6CO₂总收率及产量 72.0各工序技术方案及预算 7 72.1.1工艺原理概述 72.1.2变换工艺流程简述 82.1.3变换主要设备清单 82.1.4变换公用工程消耗表 92.1.5变换投资估算 9 2.2.3脱碳工艺流程框图 2.2.6脱碳投资估算 2.3.1脱硫方法的选择 2.3.4脱硫工艺流程框图 2.3.5脱硫主要设备清单 2.3.7脱硫投资估算 2.4CO₂压缩液化工序 2.4.1CO₂液化基本原理 2.4.2CO₂液化工艺流程简述 2.4.3CO₂液化工艺流程框图 2.3.4CO₂液化主要设备清单 2.3.5CO₂液化公用工程消耗表 202.3.6CO₂液化投资估算 2.3.7CO₂液化设备布置及占地面积 21 23.0电气设计 213.1设计范围划分 21 3.3电源情况 22 2 3.6变电所综合自动化系统 3.7电缆敷设 254.0控制系统 254.1控制系统选型 254.2现场仪表选型 5.0项目总体预算 5.1项目总占地面积 5.2项目总投资估计 5.3项目总消耗指标 276.0工程概算合理性及控制造价措施 28 3华能集团基于IGCC的7.8万吨CO₂捕集系统工程详细设计技术方案1.0总体技术方案(1)《设计招标文件》;(2)《详细设计要求》:《要求》的主要技术路线：来自于气化工艺的水洗煤气首先进行耐硫变换反应，将煤气中的CO转换为H₂和CO₂,变换气经MDEA脱硫及脱碳后，富H₂气体回注燃气轮机燃烧，脱碳过程回收的CO₂可作为工业级应用于EOR或地质封存实验。MDEA脱硫排放的H₂S与CO₂气体直接排入大厂的硫回收系统。主要技术经济指标：(a)变换气CO<1%;(b)产品为工业级液体CO₂;(c)系统能耗较低；(d)CO₂总收率高于85%。(3)《基于IGCC的CO₂捕集示范装置工艺包》。由工艺包提供的煤气组成如下：∑气量：10000Nm³/h压力：2.8MPa;温度：129.4℃4指标优等品一级品合格品二氧化碳纯度(V/V),%≥游离水含量(m/m),%≤油份不得检出不得检出气味无异味无异味(5)装置负荷范围：30～110%。1.3总体方案5率高(≥86%),完全满足要求。净化气煤气(1)变换工序：指标压力温度S变换气(干基)14250.20Nm³/h(干基，V)(2)脱碳工序： 6指标压力温度S富CO₂气-—富H₂+CO气指标成份压力温度S指标成份(V/V)压力温度S产品CO₂(液体)1.3.4本装置的组成序号主项编号主项名称主项内容备注1变换工序Co-Mo耐硫变换2脱碳工序aMDEA脱碳3脱硫工序保碳脱硫4液化工序压缩液化贮存1.3.5物料平衡(干基) 71气化煤气2参与变换的工艺蒸汽3变换气4脱碳净化气(去燃气机)5解吸气(富CO₂气)7脱硫后CO₂气8液化尾气(放空)9产品CO₂与水蒸汽在耐硫变换催化剂(Co-Mo系催化剂)的作用下反应，将CO变换生成CO₂8CO+H₂O(g)CO₂+H₂△H₂98=-41.44反应为放热反应，所以在反应器中必须采取适当措施由于煤气中CO(～60%)含量较高，目前国内采用的流程有高水气比(>1.0)流程和低水气比(≤1.0)流程两种。高水气比(≥1.0)流程运行的主要问题是一段温度出变换一段变换气温度～380℃,CO含量约38%(vol,干基);添加蒸汽后进1#淬冷出变换二段变换气温度～380℃,CO含量约12.5%(vol,干基),经2#淬冷器激冷到~1煤气分离器台12过滤器台23煤气预热器台1 94变换炉台25锅炉水加热器台16软水预热器台17变换气冷却器台18废热锅炉台19淬冷器台2变换分离器台1开工电炉台1冷激水泵台2序号小时耗量备注123备用4冷激泵用电380V一开一备5电炉用电380V开车用62.1.5变换投资估算序号分项名称设备费 1工艺设备2工艺管道及安装3催化剂4自控设备及安装5电气工程合计装置占地面积：～26x25m²2.2脱碳工序2.2.1aMDEA脱碳原理简述子式：CH₃-N(CH₂CH₂OH)₂,分子量：119.2,沸点：246～248℃,密度：成水溶性胺盐(即吸收过程),在高温(>105℃)下胺盐又分解成H₂S和CO₂及甲基二乙醇胺(即解吸再生过程),使MDEA得以再生，循环使用。H₂S+R₂NCH₃→R₂NH*CH₃+HS-CO₂+H₂O+R₂NCH₃→R₂NH*CH₃+HCO₃- 液相的湍动等凡能强化扩散的措施均能强化H₂S的吸收过程，设备内持液量的多少对吸收速率没有多大影响。反应(2)由于MDEA缺少自由氢离子，不能和CO₂直接反应。必须先经过CO₂水解产生H+。然后MDEA再与溶液中的H+结合成R₂NH*CH₃,由于水解速度慢，需要足够的停留时间和接触面积才能充分反应，整个吸收过程受到了反应速率的限制。但如果在MDEA溶液中加入1~5%的活化剂(如R₂NH)后，反应就按下式进行：R₂NH+CO₂==R₂NCO0HR₂NCOOH+R₂NCH₃+H₂O==R₂NH+R₂CH₃R₂NCH₃+CO₂+H₂O==R₂CH₃NH++HCO₃-由式(3)~(5)可知，活化剂吸收了CO₂,向液相传递CO₂,大大加快了反应速度，而MDEA又被再生。1台12吸收塔台13再生塔台4贫富液换热器板式台5贫液水冷却器管壳式台6净化冷却器管壳式台1 7CO₂水冷却器管壳式台18净化气分离器台19蒸汽再沸器台2CO₂分离器台1溶液过滤器台1机械过滤器台2溶液贮槽台2地下槽台1贫液泵台2地下泵台2序号小时耗量备注1复合MDEA溶液223电380V4蒸汽0.57MPa(饱和)5序号分项名称设备费1工艺设备2工艺管道及安装34自控设备及安装5电气工程合计装置占地面积：～26x25m²2.3脱硫工序可使CO₂不受损失，但脱硫效果差、脱硫剂更换频繁(约100天1次),成本高，投入40℃的CO₂气进入脱硫塔的下段(脱硫段),与从上向下的脱硫液逆流接触，气体中的绝大部分硫化物被除去后，进入脱硫塔上段(洗涤段),用洗涤水将气体中夹带的脱硫剂清洗下来。清洗液自流入清洗槽，用泵加入带的雾沫后后进入CO₂压缩。用泵加入脱硫塔循环使用。当脱硫液达到一定浓度后将其引入氧化槽，在氧化槽中配入空气，将吸收了硫化物的偏式盐溶液氧化为亚硫酸后，进入中和罐，加入碳酸盐溶液，亚硫酸生成硫酸盐沉淀后，经过离心分离，贫CO₂气 1脱硫塔台1碳钢+内衬2脱硫泵台23洗涤泵台2碳钢4脱硫液贮槽台15氧化槽18m³带搅拌台1组合件6中和罐15m³带搅拌台1组合件7离心机台1组合件8分离器台19干燥箱台1组合件序号小时耗量备注1脱硫剂5kg/周20.1t3电380V4蒸汽0.57MPa(饱和)5序号分项名称设备费1工艺设备2工艺管道及安装3脱硫液及催化剂4自控设备及安装5电气工程5合计装置占地面积：～20x15m²中有微量的无机硫(以H₂S为主),无机硫则利用精脱硫剂将其脱除。CO₂精馏NH₃压缩CO₂液化1缓冲罐台12CO₂压缩机台2组合件3精脱硫塔台24干燥塔台25吸附塔台26电加热器台7预冷器台28螺杆机组台29液氨贮槽台1 集油器台1液氨循环泵台1屏蔽氨泵台2空冷器台1空气分离器台1紧急泄氨器台1精馏塔台1全凝器台1再沸器台1过滤器台2产品贮(球)罐台2装车泵台2小时耗量备注1液氨20.1t34电10KV5电380V6序号分项名称设备费1工艺设备2工艺管道及安装3脱硫剂及分子筛4液氨55自控设备及安装6电气工程合计：～3.0电气设计3.2设计标准：建筑设计防火规范建筑照明设计标准10KV及以下变电所设计规范低压配电设计规范建筑物防雷设计规范(2000年版)并联电容器装置设计规范石油化工企业生产装置电力设计技术规范石油化工企业工厂电力系统设计规范3.3电源情况本装置建设于天津临港新区华能集团IGCC示范工程场地内，IGCC工程也建有总变及电站，富余容量完全能保证本装置用电负荷的要求，本工程拟从IGCC工程的总变引两路10KV电源和一路380V电源。3.4用电负荷及负荷等级本装置属连续的化工生产装置，为IGCC工程提供原料，突然停电会引起原材料的浪费及IGCC装置的停厂，会造成较大的经济损失。因此，本装置应为二级供电负荷。根据工艺提供的用电负荷条件，本工程正常用电负荷需要容量为2379KW(其中：10KV负荷：2160KW;380V负荷：219KW),开工最大需要容量2634KW。单台最大设备容量为1100KW。详见下表：序装置名称低压负荷kW(0.4kV)高压负荷kW(10kV)照明总负荷 号安装需要安装需要负荷正常生产负荷1变换工序十52脱硫工序3脱碳工序4液化工序5综合楼小计合计二开工负荷1变换工序开工电炉三最大负荷四根据以上负荷，本装置拟选择一台400KVA的变压器为低压用电设备供电，开车初期超载运行，开车后负荷率约50%,另从IGCC装置变所引一路380V电源作为低压正常运行负荷时的备用电源。3.5供电方案AC380V50Hz,三相四线制TN-C-S系统AC10KV三相200kW以下电机AC380V三相2)供电方案3)设备的起动及控制方式(1)本装置10KV及380V电机功率均不大，全采用直接起动方式。所有电机均3.7电缆敷设 MNS型抽屉式4.0控制系统控制网络I/0总线1)所有现场检测仪表和气动控制阀门(带远传信号)均采用露天安装，均采用本序号工序编号项目名称占地面积备注1变换工序2脱碳工序3脱硫工序4液化工序序号工序编号项目名称投资估计(万元)