德士古煤氣化和殼牌煤氣化工藝生產(chǎn)甲醇的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較.doc

德士古煤氣化和殼牌煤氣化工藝生產(chǎn)甲醇的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較胡四斌(五環(huán)科技股份有限公司，湖北武漢 430223) 2007-11-01進(jìn)入21世紀(jì)以后，國際原油價(jià)格大幅攀升，而我國的資源分布情況又屬缺油少氣，基于此，國內(nèi)開始大力發(fā)展煤化工，尤其是以煤為原料生產(chǎn)甲醇及其下游產(chǎn)品。近十年來，煤氣化技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，成功開發(fā)了煤種適應(yīng)性廣、氣化壓力高、生產(chǎn)能力大、氣化效率高、污染低的新一代煤氣化工藝，主要有德士古(Texaco)水煤漿煤氣化工藝和殼牌(Shell)干粉煤氣化工藝。 2006年，五環(huán)科技股份有限公司根據(jù)某業(yè)主的要求為其醋酸裝置提供甲醇及CO項(xiàng)目的工程技術(shù)咨詢。工程技術(shù)咨詢的內(nèi)容為：采用不同煤種分別運(yùn)用德士古水煤漿氣化工藝和殼牌干粉煤氣化工藝生產(chǎn)甲醇及聯(lián)產(chǎn)CO，從工藝方案、單元配置、裝置投資、消耗以及公共工程能力和建設(shè)周期等方面對(duì)2種氣化工藝進(jìn)行了綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。工程技術(shù)咨詢結(jié)論為：采用不同的煤氣化工藝生產(chǎn)甲醇及其下游產(chǎn)品，其工藝路線、公用工程配置、項(xiàng)目投資、產(chǎn)品成本以及工廠的經(jīng)濟(jì)效益是各不相同的。筆者對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。1 德士古煤氣化工藝生產(chǎn)甲醇及CO1.1 基本要求 (1)原料煤和燃料煤 原料煤采用神華煤，燃料煤采用義馬煤。煤質(zhì)典型組分見表1和表2。 (2)裝置能力 根據(jù)2臺(tái)3.2 mm氣化爐在壓力6.5 MPa下的產(chǎn)氣能力，氣化裝置總有效氣(CO+H2)為180000m3h，由此可確定工廠產(chǎn)品能力為：精甲醇54 104ta(67.43 th)；一氧化碳34.5104ta(34 500 m3h)。 (3)外供蒸汽 要求為醋酸裝置提供的蒸汽品質(zhì)為1.8 MPa，340，100th。1.2 工藝技術(shù) 1.2.1 工藝流程和物料平衡 工藝方框流程見圖1，物料平衡見表3。1.2.2 工藝技術(shù)方案和裝置能力配置 (1)煤氣化裝置 煤氣化采用GE公司水煤漿激冷流程，氣化壓力為6.5 MPa壓力，主要工藝過程包括水煤漿制備、水煤漿氣化、灰水處理等。煤磨機(jī)選用4 m6.7 m濕式溢流型棒磨機(jī)3臺(tái)，2開1備。單臺(tái)磨機(jī)的煤處理能力為62.5 th。氣化爐配置3臺(tái)25 m3急冷式氣化爐，2開1備。 (2)空分裝置 空分采用內(nèi)壓縮液氧泵流程，主要工藝過程包括空氣的過濾和壓縮、預(yù)冷和純化系統(tǒng)、冷量制取、空氣精餾、液體產(chǎn)品貯存和氮壓站等。煤氣化正常工況下需氧量為73 000m3h，選用2套40000m3h制氧能力的空分?？諌簷C(jī)流量為230 000m3h，Ne=19600kW，2臺(tái)全開?？諝庠鰤簷C(jī)流量為120 000m3h，Ne=12 000 kW，2臺(tái)全開。空壓機(jī)和空氣增壓機(jī)采用高壓蒸氣透平驅(qū)動(dòng)。 (3)一氧化碳變換及熱回收 一氧化碳變換采用一段2層耐硫變換，變換余熱用于副產(chǎn)中壓蒸汽、低壓蒸汽、預(yù)熱鍋爐給水、除鹽水，冷凝液經(jīng)低壓蒸汽汽提回用。 變換爐直徑為3 200 mm，選用熱壁爐，1臺(tái)。催化劑型號(hào)為K8-11H，裝填量為上層8 m3，下層32 m3。 (4)酸性氣體脫除 酸性氣體脫除采用低溫甲醇洗工藝技術(shù)，低溫甲醇洗為2套吸收系統(tǒng)，分別用于變換氣和煤氣的酸氣脫除，再生系統(tǒng)1套共用。變換氣甲醇洗滌塔為2 800mm47450mm，1臺(tái)。煤氣甲醇洗滌塔為2 000mm59 000mm，1臺(tái)。 (5)合成氣壓縮 合成氣壓縮采用離心式聯(lián)合壓縮機(jī)組，新鮮氣壓縮至7.6MPa(絕)，循環(huán)氣壓縮至8.3 MPa(絕)，壓縮機(jī)軸功率為5 075 kW，中壓蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。 (6)甲醇合成 甲醇合成采用國外甲醇合成技術(shù)，合成壓力8.3 MPa(絕)，甲醇催化劑由國外專利商供貨，甲醇合成塔國產(chǎn)。甲醇合成塔3 800 mm，H=14 000mm，2臺(tái)。甲醇催化劑裝量為38 m3臺(tái)。 (7)甲醇精餾 甲醇精餾采用三塔精餾工藝，在常壓塔后增設(shè)回收塔。塔內(nèi)件采用塔板和規(guī)整填料。加壓精餾塔2900mm，H=38 000mm，1臺(tái)。 (8)CO分離 CO分離采用引進(jìn)深冷分離技術(shù)，冷箱整體引進(jìn)，產(chǎn)品CO純度大于98.5。CO壓縮機(jī)選用離心式CO壓縮機(jī)，1臺(tái)，從國外引進(jìn)。CO分三段進(jìn)壓縮機(jī)，產(chǎn)品CO的出口壓力為3.5MPa，壓縮機(jī)軸功率為1 080kW，電驅(qū)動(dòng)。 (9)冷凍 冷凍采用節(jié)能型雙級(jí)離心式氨壓縮制冷循環(huán)，離心式制冷壓縮機(jī)采用中壓蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。離心式制冷氨壓縮機(jī)制冷量29 160 MJ11 520MJ，蒸發(fā)溫度404，軸功率為5490kW，1臺(tái)。1.3 公用工程 (1)循環(huán)冷卻水站 根據(jù)工藝裝置和熱電站循環(huán)冷卻水消耗，循環(huán)水站設(shè)計(jì)規(guī)模為54 000m3h。循環(huán)冷卻水給水壓力0.40 MPa，回水壓力0.2MPa，給水溫度32，回水溫度42，溫差10。全廠補(bǔ)充一次水量為1 550m3h。 (2)除鹽水站 為了節(jié)約占地，節(jié)省投資，將冷凝液處理站與除鹽水站合建。除鹽水制備設(shè)計(jì)(制水)規(guī)模為360 m3h，冷凝液精制設(shè)計(jì)規(guī)模為600 m3h。 (3)污水處理站 污水處理站主要處理裝置內(nèi)煤氣化污水、甲醇精餾生產(chǎn)污水、裝置地面沖洗水、洗罐水及生活污水。裝置設(shè)計(jì)能力為200m3h。 (4)供電 按照熱能綜合利用的原則設(shè)置熱電站，電源側(cè)總計(jì)算負(fù)荷為34 077 kW。設(shè)置1臺(tái)25MW和1臺(tái)12MW汽輪發(fā)電機(jī)組。正常工況下的發(fā)電量為38 450kW，此時(shí)可向外供電4 373 kW；當(dāng)1臺(tái)鍋爐停運(yùn)時(shí)，發(fā)電量為29 530 kW，此時(shí)可向外供電78 kW；當(dāng)最大的1臺(tái)發(fā)電機(jī)因故停止發(fā)電時(shí)需外供電21 002kW。 (5)供熱 根據(jù)工藝裝置蒸汽負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷及電負(fù)荷的情況，供熱站配置3臺(tái)額定蒸發(fā)量240th高壓循環(huán)流化床鍋爐和1臺(tái)25MW抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組、1臺(tái)12 MW背壓汽輪發(fā)電機(jī)組。正常工況下2臺(tái)鍋爐和2臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，高壓蒸汽消耗量為480 th，除滿足供汽需要外，單抽汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電30 000 kW，背壓汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電8 450kW，共發(fā)電38 450kW，為工藝裝置提供用電。全年燃料煤消耗量為67.05萬t。1.4 能耗、操作成本和投資 全廠綜合能耗和原材料單價(jià)見表4(折精甲醇82.70th，以噸甲醇計(jì)算)。全廠投資估算見表5。2 殼牌煤氣化工藝生產(chǎn)甲醇及CO2.1 基本要求 (1)原料煤和燃料煤 原料煤和燃料煤均采用義馬煤，其煤質(zhì)典型組分見表2。 (2)裝置能力 根據(jù)1臺(tái)4850 mm氣化爐在壓力4.2 MPa下產(chǎn)氣能力，氣化裝置總有效氣(CO+H2)為150000m3h，因此確定工廠產(chǎn)品生產(chǎn)能力為：精甲醇42.8104ta(53.49 th)；一氧化碳34.5104ta(34 500m3h)； (3)外供蒸汽 要求為醋酸裝置提供的蒸汽品質(zhì)為1.8 MPa，340，100 th。2.2 工藝技術(shù)方案2.2.1 工藝流程及物料平衡 工藝方框流程見圖2，物料平衡見表6。2.2.2 工藝技術(shù)方案和裝置能力配置 (1)煤氣化裝置 煤氣化采用Shell公司干粉煤氣化廢鍋流程，采用CO2輸送煤粉，氣化壓力為4.2 MPa，其主要工藝過程包括：磨煤及干燥、煤加壓及輸送、煤氣化、除渣、除灰、濕洗、初步水處理等。煤磨機(jī)選用輥盤式中速磨煤機(jī)2臺(tái)，2臺(tái)全開。單臺(tái)處理能力為61.5th。氣化爐配置1臺(tái)，4850mm，內(nèi)件為水冷壁式結(jié)構(gòu)。 (2)空分裝置 空分采用內(nèi)壓縮液氧泵流程，主要工藝過程包括空氣的過濾和壓縮、預(yù)冷和純化系統(tǒng)、冷量制取和空氣精餾、液體產(chǎn)品貯存等。煤氣化正常工況下需要氧氣量為58 000m3h，故選用1套60 000m3h制氧能力的空分?？諌簷C(jī)流量為277 000m3h，Ne=23 610 kW?？諝庠鰤簷C(jī)流量為181 000m3h，Ne=15 190kW?？諌簷C(jī)和空氣增壓機(jī)采用高壓蒸氣透平驅(qū)動(dòng)。 (3)一氧化碳變換及熱回收 一氧化碳變換采用兩段耐硫變換，變換余熱用于副產(chǎn)低壓蒸汽、預(yù)熱鍋爐給水、除鹽水，冷凝液經(jīng)泵加壓送煤氣化。第一變換爐3 000mm，選用熱壁爐，1臺(tái)，催化劑型號(hào)K8-11H，裝填量27m3。第二變換爐3400mm，選用熱壁爐，1臺(tái)，催化劑型號(hào)K8-11H，裝填量42m3。 (4)酸性氣體脫除 酸性氣體脫除采用低溫甲醇洗工藝技術(shù)，低溫甲醇洗為2套吸收系統(tǒng)，分別用于變換氣和煤氣的酸氣脫除，再生系統(tǒng)1套共用。變換氣甲醇洗滌塔規(guī)格為3 500 mm62 800mm，1臺(tái)。煤氣甲醇洗滌塔規(guī)格為2 000 mm59 000mm，1臺(tái)。 (5)合成氣壓縮 合成氣壓縮采用離心式聯(lián)合壓縮機(jī)組，新鮮氣壓縮至7.6MPa(絕)，循環(huán)氣壓縮至8.3 MPa(絕)，壓縮機(jī)軸功率為8 578 kW，中壓蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。 (6)甲醇合成 甲醇合成采用國外甲醇合成技術(shù)，合成壓力8.3MPa(絕)，甲醇催化劑由國外專利商供貨，甲醇合成塔國產(chǎn)。甲醇合成塔直徑3 800mm，H=14 000mm，1臺(tái)。甲醇催化劑裝量為44m3臺(tái)。 (7)甲醇精餾 甲醇精餾采用三塔精餾工藝，在常壓塔后增設(shè)回收塔。塔內(nèi)件采用塔板和規(guī)整填料。加壓精餾塔2 800mm，H=38 000mm，1臺(tái)。 (8)CO分離 CO分離采用引進(jìn)深冷分離技術(shù)，冷箱整體引進(jìn)，CO純度大于98.5。CO壓縮機(jī)選用離心式CO壓縮機(jī)，1臺(tái)，從國外引進(jìn)。CO分3段進(jìn)壓縮機(jī)，產(chǎn)品CO的出口壓力為3.5 MPa，壓縮機(jī)軸功率為1 600 kW，電驅(qū)動(dòng)。(9)冷凍 冷凍采用節(jié)能型雙級(jí)離心式氨壓縮制冷循環(huán)，離心式制冷壓縮機(jī)采用中壓蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。離心式制冷氨壓縮機(jī)制冷量25 920MJ8 280MJ，蒸發(fā)溫度-404，軸功率為5 030kW，1臺(tái)。2.3 公用工程 (1)循環(huán)冷卻水站 根據(jù)工藝裝置和熱電站循環(huán)冷卻水消耗，循環(huán)水站設(shè)計(jì)規(guī)模為42 400m3h。循環(huán)冷卻水給水壓力0.40 MPa，回水壓力0.2MPa，給水溫度32，回水溫度42，溫差10。全廠補(bǔ)充一次水量為1 446m3h。 (2)除鹽水站 為節(jié)約占地，節(jié)省投資，冷凝液處理站與除鹽水站合建。除鹽水制備設(shè)計(jì)(制水)規(guī)模380m3h，冷凝液精制設(shè)計(jì)規(guī)模460m3h。 (3)污水處理站 污水處理站主要處理裝置內(nèi)煤氣化污水、甲醇精餾生產(chǎn)污水、裝置地面沖洗水、洗罐水及生活污水。裝置設(shè)計(jì)能力為50m3h。 (4)供電 按照熱能綜合利用的原則設(shè)置熱電站，電源側(cè)總計(jì)算負(fù)荷為35 721 kW。設(shè)置1臺(tái)25 MW和1臺(tái)12 MW汽輪發(fā)電機(jī)組。正常情況下的發(fā)電量為38 450kW，此時(shí)可向外供電2 729kW；當(dāng)1臺(tái)鍋爐停運(yùn)時(shí)，自備電站的發(fā)電量為29 530kW，此時(shí)需外供電1 865 kW；如果最大1臺(tái)發(fā)電機(jī)因故停止發(fā)電時(shí)需外供電22 945 kW。 (5)供熱 根據(jù)工藝裝置蒸汽負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷及電負(fù)荷的情況，供熱站配置3臺(tái)額定蒸發(fā)量220th高壓循環(huán)流化床鍋爐和1臺(tái)25 MW抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組、1臺(tái)12 MW背壓汽輪發(fā)電機(jī)組。正常工況下2臺(tái)鍋爐和2臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，高壓蒸汽消耗量為440t?h，除滿足供汽需要外，單抽汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電30 000 kW，背壓汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電8 450kW，共發(fā)電38 450kW，為工藝裝置提供用電。全年燃料煤消耗量為65.44萬t。2.4 能耗、操作成本及投資 全廠綜合能耗及原材料單價(jià)見表7(折精甲醇68.76th，以噸甲醇計(jì)算)。全廠投資見表8。3 綜合比較結(jié)果分析 通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較以及借鑒國內(nèi)2種氣化工藝已成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論。 (1)從已運(yùn)行的工業(yè)化裝置來分析，德士古煤氣化工藝比殼牌煤氣化工藝對(duì)煤種的選擇性要求高，國內(nèi)適合德土古煤氣化工藝且有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的煤種不多。由于受到資源及儲(chǔ)量等方面限制，適合于德土古煤氣化工藝的煤價(jià)會(huì)越來越高，其經(jīng)濟(jì)性也將受很大影響。 (2)從工藝路線來分析，2種氣化工藝配置差別不大，氣化壓力高的有一定優(yōu)勢(shì)。 (3)從全廠綜合能耗來分析，采用殼牌煤氣化工藝生產(chǎn)甲醇的全廠綜合能耗明顯低于德士古煤氣化工藝，噸甲醇能耗差值達(dá)到11.21 GJt。綜合能耗低的主要原因是殼牌煤氣化工藝的熱效率比德士古煤氣化工藝高，熱能利用率也高，德士古煤氣化工藝大量的低品位能量(低壓蒸汽為30.4th)無下游用戶，而且碳轉(zhuǎn)化率也較低。 (4)從全廠投資來分析，采用德士古煤氣化工藝的投資為4 730元t甲醇，采用殼牌煤氣化工藝的投資為5 500元t甲醇，兩者相差770元t甲醇。主要原因是殼牌煤氣化裝置引進(jìn)范圍較大，投資較高。 (5)從操作成本來分析，以市場(chǎng)神華煤的價(jià)格570元t、義