水煤浆气化压力对甲醇生产影响的比较

14CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2011,21(5)水煤浆气化压力对甲醇生产影响的比较于清*华陆工程科技有 限责任公司西安710065摘要介绍8.7MPa和6.5MPa两种水煤浆气化压力下生产甲醇的流程、消耗和投资;分析这两种水煤浆气化压力对甲醇产品经济性的影响。关键词水煤浆气化 压力消耗投资经济性我国能源特点是缺油少气，煤炭资源相对丰发热量(b, d): 27. 25 MJ/kg富。随着石油价格的高涨，以煤为原料的煤化工灰熔点:得以发展。煤气化工艺技术是煤化工的基础，其IT: 1250C中水煤浆气化应用最广。水煤浆气化技术是美国ST: 1260CCE (原Texaco)公司以油气化技术为基础开发出HT: 1270C来的。它在煤中加人添加剂、助熔剂和水，磨成FT: 12909水煤浆，加压后喷入气化炉，与纯氧燃烧发生部2工艺流程配 置比较分氧化反应。气化温度1300~ 1400C，气化压力有2. 8MPa、4. 0MPa、6. 5MPa和8. 7MPa。两种气化压力下甲醇装置的流程配置比较见随着煤化工的发展，国家发改委要求煤制烯烃装表3。置规模要在500kt/a以上，煤制甲醇装置规模要在表3两种气化压力 下甲醇装置的流程配置比较1000 kt/a以上,煤化工装置规模有大型化的趋势。8. 7MPa6. SMPa水煤浆气化压力对甲醇生产有很大的影响,空分装置20000Nm2/h 0220000Nm2/hO2采用较低的气化压力会增大1000ktVa以上甲醇装气煤浆制备6套磨机 .6套磨机华气化4+1系列气化5+2系列气化置的设备尺寸，同时装置系列数也会增多。根据置灰水处理.4+1系列闪蒸5+2系列闪蒸目前国内煤化工大型化的趋势，本文以1800kt/a变换2系列2系列.甲醇装置为基础，比较6. 5MPa和8. 7MPa水煤浆花低温甲醉洗2系列装冷冻站气化压力下甲醇装置的流程、消耗和投资。硫回收1系列甲合成气压缩仅需要循环气压缩机 新鲜气+循环气两段压缩1分析比较基础谷甲醉合成1系列1系列.成甲醉精馏1系列装置规模: 1800kt/a 甲醇年操作时间: 8000h8.7MPa气化压力下每台气化炉正常设计产有需有效气量(CO + H2): 50337Nm'/h .效气(CO+H2) 为130300Nm2/h,故需要气化炉原料煤的工业分析数据见表1。4+1台;而6.5MPa气化压力下每台气化炉正常设表1原料煤的工业分析数据(wt% )计产有效气(CO + H2)为89000Nm2/h,若按气项目larMadAcId化炉的正常产气量，需要配置6+2台气化炉,但参数.13.52. 4812. 3631.16 56.48根据目前神华包头的设计运行情况，5+2台气化，原料煤的元素分析数据见表2。炉也可满足1800kt/a 甲醇的要求，只是备用系数表2原料煤的元素分析数据(wt%)较低。相比之下8. 7MPa气化压力下4+1台气化项目CdHd_ Naod St, dAd_炉配置比6.5MPa气化压力下5 +2台气化炉的备参数8.01 5.092.1 12.02 0. 43用系数高。●于清:工程师。2001年毕业于西北大学化工工艺专业主要从事化工工艺设计工作。联系电话: (029) 87988687, E - mail:yq1886@ chinahualueng, com。2011 ,21(5)于清水煤浆气化压力对甲醇生产影响的比较53.2低温 甲醇洗需要冷量3消耗比较低温甲醇洗是以甲醇为吸收剂吸收粗合成气.气化压力对整个甲醇装置的公用工程消耗影中的酸性气体，属于物理吸收。在吸收的过程中,响较大，以吨DMTO级甲醇消耗为基准，包含空甲醇吸收剂的吸收容量随酸性组分分压的提高而分、气化、净化、甲醇合成工段(不含硫回收)增加，操作压力提高，温度降低，溶液循环量减8.7MPa气化和6.5MPa气化压力下公用工程的消少，故粗煤气压力升高，低温甲醇洗甲醇循环量耗比较见表4。会降低，需要的冷量减少。8. 7MPa气化压力装置表4两种气化压力 下吨甲醇公用工程消耗比较低温甲醇洗需要冷量为6620kW,而6. 5MPa气化8. 7MPa6. 5MPa压力装置低温甲醇洗需要冷量为13800kW.原料煤(收到基水分13.5%),t~1.631.633.3 甲醇合成压缩机氧气(99.6% (V)) ,Nm3-925.9~925. 9循环水(Ot=10C),t215.9247.48.7MPa气化压力下至甲醇合成处新鲜气的压新鲜水,2.122. 1力约7.4MPa,新鲜气不需要压缩即可实现等压合脱盐水,0.070.1成，甲醇合成压缩机仅需将循环气压缩即可，使锅炉给水,t得甲醇合成压缩机的功率降低，其功率为电,kWh18018513640kW。6. 5MPa气化压力甲醇合成压缩机分为0. SMPa( C)饱和蒸汽,t-0.261. 0MPa( C)饱和蒸汽,t-0.7-0. 65.新鲜气压缩段和循环气压缩段，新鲜气需从.1. 8MPa( C)过热蒸汽,t-1.08 .5. 4MPa压缩至7. 4MPa,甲醇合成压缩机的功率约4. 0MPa( C)过热蒸汽,t.83为23386kW。9.8MPa(C)过热蒸汽,12.021.953.4循环水消耗0. 35MPa(C)氮气,Nm2204仪表空气,Nm’15.617由于气化压力高，使得冷冻站的功率及甲醇液化石油气,kg0.370. s8合成压缩机的功率大幅度下降，透平冷凝液需要凝液.kg-3. 03-3.19的循环冷却水相应降低较多。两种压气化力下各注:“一”表示副产。装置的循环水消耗比较见表6。3.1原材料消耗及粗煤气组成表6两种气化压力下各装置的循环水消耗(Vh)气化压力高，粗煤气中有效气成分会略有下降，氧耗和原料煤消耗会略有增加，但两种压力空分16750气化96698889下消耗相差小于0.2%,对吨甲醇产品的消耗影响变换3915甚微。从已投产和正在设计的6. 5MPa气化和低温甲醇洗312032228. 7MPa气化相比，两种气化压力下的粗煤气中的冷冻站43209005有效气都在78% ~ 84%，碳转化率也都在96% ~甲醇合成及精馏6480甲醉合成压缩机740798%。鉴于粗煤气中有效气成分相差甚微，两种气化压力下粗煤气的主要组成见表5。3.5新鲜水消耗表5粗煤气主要组成 .V%(干基)甲醇装置新鲜水消耗用户主要是制浆和灰水名称含量处理灰水补充水，故两种压力下新鲜水消耗相当。36.323.6锅炉给水- -氧化碳40.62锅炉给水主要用于甲醇装置的变换、甲醇合二氧化碳21. 12成单元副产蒸汽，其次用于气化仪表的冲洗和变甲烷0.04换气洗氨。两种压力下变换、甲醇合成单元副产氩0.13氮气0.69蒸汽和变换气洗氨用锅炉给水量相同;气化仪表硫化氢0.15冲洗水由于气化系列数的差别，所要冲洗的仪表硫氡化碳0.01数量不同，6. 5MPa气化要比8. 7MPa气化消耗的0.93锅炉给水多- -些。CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2011 ,21(5)3.7电耗3.8.4高压过热蒸汽虽然8.7MPa气化压力较6. 5MPa气化工段高9.81MPa (G) 高压过热蒸汽用于空分装置的压煤浆泵的电耗高，但净化采用低温甲醇洗，气空压机，由于气化压力的变化，氧气压力不同,化压力的升高使得循环甲醇量大幅度减少，从而对空压机略有影响。低温甲醇洗工段的电耗相应降低较多。两种气化3.9 氮气压力下装置电耗比较见表7。8. 7MPa和6.5MPa气化压力下氮气消耗的差表7两种气化压力 下装置电耗比较别主要在于低温甲醇洗的气提氮气。压力高使得8. 7MPa6. SMPa低温甲醇洗甲醇循环量降低，故H2S浓缩塔需要高压煤浆泵功率600 x4450 x5的气提氮气的量相应就会降低。8. 7MPa气化压力低温甲醉洗装置电耗76208530下消耗低温甲醇洗气提氮气为45900Nm3/h,6.5MPa气化压力下消耗低温甲醇洗气提氮气为3.8 蒸汽60300 Nm3/h。3.8.1低压饱和蒸汽3.10仪表空气 .0.5MPa (G)和1.0MPa (G)饱和低压蒸汽两种气化压力下仪表空气消耗的差别在于主要来自变换工段副产蒸汽,无论何种气化压力,6.5MPa'下气化、净化的系列数增加，气动阀门的粗煤气的水汽比均约为1.4,故变换副产的低压蒸个数增加使得仪表空气的消耗增加。汽相当。0.5MPa (C)和1.0MPa (G)饱和低压3.11液化石油气蒸汽的主要用户为低温甲醇洗的再沸器和DMTO级甲醇的精馏。两种气化压力下，DMTO 级甲醇精选用8. 7MPa气化压力，1800kt/a 甲醇装置需馏所用的蒸汽量相同;由于气化压力的不同，气要4 +1台气化炉;选用6.5MPa气化压力，化压力高使得低温甲醇洗循环甲醇量降低，故1800kUa甲醇装置需要5+2台气化炉;水煤浆气8.7MPa气化比6.5MPa气化吨甲醇低压蒸汽消耗化炉运行45天左右需要更换烧嘴一次， 同时备用低，相应副产的低压蒸汽量较多。两种气化压力的气化炉需热备，气化炉热备的台数越多消耗的下低压蒸汽消耗比较见表8。液化石油气量也就越多。表8两种气化压力 下饱和低压蒸汽消耗比较(th)3.12冷凝液 .8.7MPa6. 5MPa由于6.5MPa气化需要的动力蒸汽和加热蒸汽低温甲醇洗0.5MPa饱和蒸汽38.167.2比8.7MPa气化多，故相应产生的冷凝液也多。低温甲醇洗1. 0MPa饱和蒸汽31.242.84经济性比较3.8.2 1. 8MPa (G)过热蒸汽.1. 8MPa (G)过热蒸汽来自甲醇合成副产蒸4.1投资汽(经弛放气过热后),两种气化压力甲醇合成副4.1.1气化装置产的蒸汽相同。(1)煤浆制备:对于1800k/a甲醇装置，两3.8.3 4. 0MPa (C)过热蒸汽种气化压力下煤浆制备均需要6台磨机,故两种气4.0MPa (G)过热蒸汽来自变换副产蒸汽,化压力下煤浆制备工段的投资相同。不足部分由抽气补充。两种压力下变换副产的.(2)气化:选用8.7MPa气化压力, 1800kt/a4. 0MPa (G)过热蒸汽相同。4.0MPa (G)过热甲醇装置需要4+1台气化炉，总投资约12.71亿蒸汽作为动力蒸汽，其用户为冷冻站丙烯压缩机元;选用6.5MPa气化压力, 1800kt/a 甲醇装置需和甲醇合成压缩机。两种气化压力下4. 0MPa (G)要5+2台气化炉，总投资约13.2亿元。过热蒸汽消耗比较见表9。(3)灰水处理:选用8.7MPa气化压力,表9两种气化压力 下4.0MPa( G)过热蒸汽消耗比较(vh)1800kUa甲醇装置需要4+1套闪蒸, 3套澄清系6.5MPa统，2+1台细渣过滤机，总投资约2.35亿元;选冷冻姑丙烯压缩机41.686.7用6.5MPa气化压力, 1800kt/a 甲醇装置需要4+1甲醇合成压缩机99.4套闪蒸，3套澄清系统, 2+1台细渣过滤机，总投2011 ,21(5)于清水煤浆气化压 力对甲醇生产影响的比较17资约2.66亿元。0.5MPa饱和蒸汽年节约成本:8. 7MPa气化压力气化装置的总投资约16亿(0.44-0.26) x 180 x56 =1814.4万元元; 6. 5MPa气化压力气化装置的总投资约16.81. 0MPa饱和蒸汽年节约成本:亿元。(0.7-0.65) x180x56 =504万元4.1.2净化装置4. 0MPa过热蒸汽年节约成本:对于1800kt/a甲醇装置，虽然8.7MPa气化压(0. 83 -0.44) x 180 x67 =4703.4万元力和6.5MPa气化压力均设2套变换、2套低温甲9. 8MPa过热蒸汽年节约成本:醇洗、2套冷冻站，但由于压力高单系列的设备、(1.95-2.02) x180x90= -1134万元管道直径相应会减小，以低温甲醇洗单系列为例,氮气年节约成本:(268 -204) x180x0.1=1152 万元两种气化压力下各塔径比较见表10。表10两种气化压力下各塔径比较( mm)液化石油气年节约成本:(0. 58-0.37) x180x4.5=170.1 万元.8. 7MPa6. 5MPa凝液年节约成本:甲醉洗涤塔φ3600φ4200(3.03-3.19) x180x10 = -288万元H2S依缩塔φ4000 .4000热再生塔φ3800 .合计:醇水分离塔φ20001134 +450 + 1814.4 +504 + 4703.4 -1134 + 1152 +尾气洗涤塔φ3000φ3800170.1 - 288 =8505.9万元压力高设备壁厚增大，但设备直径减小，根由以上计算可见，1800kt/a 甲醇装置选用据已设计工程的比较，两种气化压力下变换、低8. 7MPa气化压力比6. 5MPa气化压力每年生产成温甲醇洗工段投资相当，8. 7MPa气化压力下略低.本可节约8505.9万元。由于压力提高，气化、变换和低温甲醇洗系一点。列数减少，日常检修维护的人力、物力也会相应4.1.3甲醇合成8.7MPa气化压力下甲醇合成装置的投资较降低。6. 5MPa气化压力略低-一点，主要原因是8. 7MPa5操作和运行气化压力下仅循环气压缩段需甲醇合成压缩机。水煤浆气化技术在我国使用最多，两种气4.2运行费用化压力的气化炉均为成熟炉型，各个压力级别公用工程的价格见表11。的气化压力均有，相比而言6. 5MPa气化压力运.表11公用工程的价格行装置最多，如渭河化肥厂、金陵化肥厂、浩项目单价良河、陕西神木化工、新奥集团、山东利华益循环水，元t.2和神华包头等;而8. 7MPa气化压力在南化、大电，元/kWh.5化两套工业化装置运行。两种气化压力的气化0.5MPa/l.0MPa (C)低压饱和蒸汽,元/t561. 8MPa/4. 0MPa (C) 中压过热蒸汽,元/t67炉对煤种的适应性、气化炉烧嘴使用寿命、耐9.8MPa (C)高压过热蒸汽,元/90火砖、操作温度、气体组分方面的差别不大，液化石油气，元/t4500技术参数特别是碳的转化率和冷煤气效率方面氮气,元/Nm'.1也没有大的差别。凝液，元/t10气化压力从6.5MPa提高到8.7MPa,大部分根据表4中两种气化压力下吨DMTO级甲醇.管道和阀门压力等级并没有提高，仅部分管道和公用工程消耗比较，每年装置运行成本费用比较.阀门提高一个压力等级，压力等级提高的阀门主如下:要为氧气切断阀和锁渣阀等。同时气化压力提高,循环水年节约成本:单套装置能力增加的同时，管道和阀门尺寸也相(247.4-215.9) x180x0.2=1134 万元应增大，这就使得部分阀门在检修和安装方面较电年节约成本:6. 5MPa气化困难。(185-180) x180 x0.5 =450万元(下转第13页)2011 ,21(5)武登忠大型石化联合装置火炬系统设计要点3吹扫气以氮气最为常见，在生产装置各火炬大排放能力。支管起点和火炬总管起点及分液罐前或后设吹扫16 安全阀的背压气措施，保证火炬系统微正压来防止回火。气封包括速度封和分子封，气封用气的露点安全阀出口侧的压力称为背压。背压有总背应低于环境的最低温度，可以选用氮气和低分子压、静背压和动背压。总背压等于静背压加动背量气态烃。虽然分子封消耗气体较少，但建议还压之和。静背压为安全阀开启前出口侧的压力,是尽可能不用此种方式。而动背压为安全阀开启后，由于流体流动产生摩如无回收设施，可不采用水封罐，特别是在擦阻力，该摩擦阻力为动背压。寒冷地区要注意水的防冻问题。16.1 最大的动背压值作为静背压14火炬气回收能力在该种情况下，当操作压力接近安全阀设定为了节能减排，一般新建项目均设排放气回压力时，安全阀会因工艺条件变化增加起跳频率。收设施，但不容易确定其回收能力。除计算联合16.2安全 阀静背压为零装置正常排放量以外，还应结合经常性的间断排在这种情况下，因存在静背压，安全阀实际放量、安全阀及控制阀的泄漏量，以及其他类似起跳时易造成起跳时超过安全阀的设定压力,存在安全问题。项目的回收能力而定。排放气经压缩后，进人燃料气管网，实现节16.3以排放量最大的安全阀单独排放时的背压作为静背压能降耗的目的。可采用螺杆式压缩机和液环式压缩机。由于该情况，亦可能存在上述16. 1节的情况。螺杆式压缩机噪音大，维修工作量较大，还需建由于上述原因，各生产装置在确定安全阀的压缩厂房;而液环式压缩机则没有前述问题，操静背压时，均需对火炬系统进行充分的研究，并采用专业软件计算火炬系统压力分布。作弹性较大,但运行费用较高。布置火炬的地点，应充分考虑各种因素。应一般设两台 压缩机，不设备机。由于火炬总管较粗、较长，可以起到压缩机.远离人员操作区和交通密集区，且宜布置在全年最小频率风向的上风侧。缓冲罐的作用。参考文献15排放量峰值叠加1 API 520 -2000, Sizing, Slecion, and Isalalation of Peseure无论什么样的火炬系统，出现事故排放时总Relieving Dervices in Refineries [S].2 API 521, Presure - rliering and Depesuring System [S].会从小到最大峰值，再到零或正常排放量。3 AP1537 - 2003, Flare Detaile for General Refinery and Petro-但工程上，难以计算峰值出现的时间和最大chemical Serrice [S].火炬能力的关系。原因是在同- - 事故工况下，各4 HC/T20S70. 12 -95,火炬系统设置[S].生产装置内安全阀起跳、持续时间均无法确定，5 SH3009 -2001, 石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排而各项目的总图布置不尽相同。因此，排放气在放系统设计规范{S].6 CB 500S2 -95,供配电系统设计规范[S]. .很高速度下，很快达到峰值，而排放持续时间很(收稿日期2011 -07 -04)难量化，所以工程上多将峰值计算简化为等于最(上接第17页)但是压力的提高在操作运行上也有许多优势。6结语如南化已运行4年多，从操作来看，由于压力提高使灰水系统结垢较6.5MPa好得多,这就延长了黑综合以上比较，对于1800kt/a 甲醇装置,水管线的操作寿命，降低了黑水管线的清理和更.8.7MPa气化压力从投资和运行成本上均优于换频率。6. 5MPa气化压力，粗略估算运行成本每年可节约8505. 9万元，同时可降低日常维护管理工作量。(收稿日期2011 -07 -29)