xx煤制油有限公司180万吨年甲醇项目申请立项可行性研究论证报告.doc

归档资料，核准通过。未经允许，请勿外传！某某煤制油有限公司180万吨/年甲醇项目可行性研究报告XX工程科技有限责任公司本报告为专业设计院设计，其中工艺部分内容字体设置颜色较浅，下载后直接调成深色即可。可研报告后附设备一览表、物料平衡表及附图180热动力平衡图，CO变换，德士古气化，低温甲醇洗，甲醇合成及精馏，硫回收等图纸1.1 生产规模及产品方案1.1.1 生产规模及产品方案本项目作为XXX煤制油有限公司煤制烯烃项目60万吨/年MTO装置的配套工程，甲醇装置公称生产规模为180万吨/年,5500吨/日，年操作时间8000小时。同时，本项目年副产硫磺27072吨。1.1.2 产品、副产品质量指标1）甲醇本项目产品甲醇除了满足MTO装置对甲醇的质量要求外，同时要满足商品甲醇的需要。因此甲醇质量指标执行中华人民共和国国家标准工业甲醇（GB338-92）优等品的要求。中华人民共和国国家标准工业甲醇（GB338-92）项 目指标优等品一等品合格品色度（钼-钴）， 510密度（20）， g/cm30.791-0.7920.791-0.793温度范围（0，101325Pa）, 64.0-65.5沸程（包括64.60.1）, 0.81.01.5高锰酸钾试验，min 503020水溶液试验澄清-水份含量，% 0.100.15-酸度（以HCOOH计），% 0.00150.00300.0050碱度（以NH3计），% 0.00020.00080.0015羰基化合物（以CH2O计）， 0.0020.0050.010蒸发残渣含量， % 0.0010.0030.0052）副产品硫磺硫磺产品符合中华人民共和国国家标准（GB2449-92）优等品指标。项 目指标优等品一等品合格品硫，% 99.999.599.0酸度（以H2SO4计）, % 0.0030.0050.02水份，% 0.100.501.00灰份，% 0.030.100.20砷，% 0.00010.010.05粒度片状片状片状1.2 工艺技术选择1.2.1 原料路线确定甲醇是由一氧化碳与氢在催化剂存在的情况下进行化学反应而制得。煤、焦炭、天然气、炼厂气、石脑油（轻油）、渣油（重油）、焦炉气和乙炔尾气等均可用来制造一氧化碳和氢（合成气），作为合成甲醇的原料。在甲醇生产装置中，合成气的制备，在装置总投资中占绝大部分（约为60%），而甲醇的合成、粗甲醇的精馏以及公用工程等部分的投资所占比例较少，所以，甲醇生产原料路线的选择，主要是对合成气制备所用原料以及工艺路线的选择。甲醇生产装置各工序的投资比例见下表： 甲醇生产装置各工序投资比例表序号项 目占总投资的比例1合成气制备（包括气化、净化、冷冻）60%2甲醇合成10%3甲醇精馏10%4公用工程等20%选用生产甲醇合成气的原料，可以从原料储量、现有生产能力、原料价格、成本、投资费用与技术水平等进行综合考虑。XXX集团万利煤矿地处鄂尔多斯市，矿区有丰富的煤炭资源，从储量和目前的生产能力上看，完全可满足合成甲醇所需合成气原料的需要。以煤或天然气为原料制合成气的生产工艺都比较成熟，国内外都有大型工业化装置在运转。国外大型甲醇装置大多采用以天然气为原料的生产路线，主要原因除了一次性投资较低外，也与国外的天然气价格低有关。比如沙特阿拉伯1998年的天然气价格为0.15元/Nm3，目前价格为0.279元/Nm3。俄罗斯的天然气价格在0.20元/Nm3左右。因此中东地区及俄罗斯以天然气为原料的大型甲醇生产装置甲醇成本较低，约在100120美元之间。近年来，美国的天然气价格上涨幅度较大，由0.5元/Nm3涨到0.7元/Nm3，20012002年已先后关闭340万吨甲醇生产能力。一般认为，天然气价格高于0.7元/Nm3，则甲醇成本大于1100元/吨，已无竞争能力。与国外相比，我国以天然气为原料的甲醇厂由于规模小（目前最大能力为20万吨/年）、能耗高（一般为11001260Nm3/t，最高达1770Nm3/t甲醇），其成本一般为13001400元/吨。2002年我国进口179.96万吨甲醇，到岸价全年平均为154.88美元/吨（折人民币1285.5元），我国以天然气为原料的甲醇厂生产的甲醇在价格上无法与国外同类产品竞争。然而，以煤为原料的大型甲醇生产装置，则产品成本较低，且有成熟技术，可以与国外厂家相竞争。本项目推荐以煤为原料生产甲醇的技术路线。1.2.2 工艺技术方案比较与选择1） 气化工艺技术a) 国外气化工艺技术概况以煤为原料的气化方法主要有固定床和流化床、气流床等。固定床气化技术固定床气化技术在我国运用较广，较为先进的有鲁奇（Lurgi）气化技术。此技术经过英国煤气公司和鲁奇公司联合攻关，开发一种新炉型-BGL炉, 变干粉排渣为熔融排渣，气化效率和气体成分有了很大改进，污染问题也有所改善。现有一台工业示范炉在德国运行，用于处理城市垃圾，所用原料为各种城市垃圾、废塑料和烟煤。但因气化温度变化不大，生成气中甲烷及氮气含量大，不宜做合成气；但其热值较高，用于做城市煤气较好。流化床气化技术流化床气化技术主要有德国温克勒（Winkler）流化床粉煤气化技术。该技术压力较低，建有生产燃料气的装置，目前没有生产合成气的装置。气流床气化技术气流床气化技术有美国德士古气化（Texaco）技术和荷兰壳牌谢尔（shell）粉煤加压气化技术。b) 国内气化工艺技术概况固定床气化固定层间歇气化技术，该技术投资低，技术成熟，目前我国小氮肥、小甲醇厂90%以上采用该工艺生产。该技术气化效率低，单炉产气量少，常压间歇气化，吹风过程中放空气对环境污染严重，每吨合成氨的吹风放空气量达28003100立方米。该技术在国外已被淘汰。国内固定床气化还有富氧连续气化技术，虽然该技术连续气化无吹风气排放，污染较少，但只能采用焦炭或无烟煤作原料，原料价格高,且生成气中氮气含量高，不适合作合成甲醇的原料气。流化床气化国内流化床气化主要有中科院山西煤化学研究所开发的灰熔聚流化床粉煤气化技术，该技术可用多种煤质作原料，如烟煤、焦炭、焦粉等，使用粉煤在1100下气化，固体排渣，无废气排放。该技术工业示范装置已于2001年在陕西城固氮肥厂建成，小时耗煤量4.2吨。其煤种适应性广，操作温度约为1000，反应压力为0.03MPa(G)。气化炉是一个单段流化床，结构简单，可在流化床内一次实现煤的破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解。带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉，再次参加反应，有利于碳利用率的进一步提高。产品气中不含焦油，含酚量低。碳转化率为90%。主要的缺点是合成气中（CO+H2）为6872%，有效气体成分较低，其次是气化压力低、单炉产气量小。恩德粉煤气化恩德粉煤气化技术，在朝鲜有30多年的运行经验，适用于灰分不大于40%的褐煤、长焰煤、不粘或弱粘结的煤粉（010mm）。气化剂采用蒸汽和富氧，富氧分为两段加入气化炉，在常压下进行气化反应，反应温度为10001100，固态排渣，无废气排放。气化炉无炉筚，空筒气化，操作可靠，气化炉运转率可达92%。单炉产气量有10000Nm3/h，20000Nm3/h，40000Nm3/h等。合成气（CO+H2）为6265%，CO2为2728%，其它为惰性组分。由于气化剂为富氧，故合成气中氮气含量高，故此合成气适用于作为合成氨原料气。主要的缺点也是有效气体成分较低、且含氮高，气化压力低、单炉产气量小。气流床气化我国煤气化技术科研人员经过多年努力研究，开发出了具有中国知识产权的煤气化技术，即华东理工大学会同鲁南化肥厂等单位合作开发的水煤浆四喷嘴撞击流气化技术，该技术氧耗、煤耗比德士古气化技术低，碳转化率可达98，有效气体成分（COH2）8385，这些指标均比德士古气化技术高。采用该技术建立的日处理煤量20吨的工业性试验装置已运转400小时以上，并经过72小时考核，取得了国家专利，经过科技部组织的评审与验收。德州恒升公司大氮肥国产化工程及兖矿集团年产24万吨甲醇项目均采用了该技术，现正在设计、建设中。由于该技术中试试验时间较短，大型装置未投产验证，有一定的风险。气化炉烧嘴较多，停车检修或更换烧嘴时影响面较大，由于采用四喷嘴，需要配多台高压煤浆泵及相应管线和仪表控制系统，加之炉体加长，气化流程中增加了分离器等，投资与采用德士古水煤浆气化技术相比（计入德士古专利费后）略低。以日处理750吨煤的气化炉进行比较，初步估算投资费用差别如下： 德士古与四喷嘴炉投资比较气化技术德士古水煤浆气化水煤浆四喷嘴撞击流气化德士古炉-四喷嘴炉气化炉设备费（万元）1台1台-200煤浆泵设备费1台2台-200自控仪表材料费（万元）1套4套-500其他工程费（万元）-410软件费（万元）16602001460合计（万元）150从上表可看出，水煤浆四喷嘴撞击流气化炉和典型的德士古水煤浆气化炉相比，硬件投资增加，但软件投资可节省，两者相抵，总投资相差不多，采用国内有自主知识产权的四喷嘴撞击流气化炉稍微低一点。但鉴于该炉型尚无工业运行的经验，加之事故和停车的几率增加，运行的可靠性较差，故本项目暂不推荐。原化工部临潼化肥研究所（现西北化工研究院）早在60年代末就已开展水煤浆纯氧气化的研究，70年代初建立日处理50吨的气化装置。从水煤浆制备、纯氧气化、灰水处理等试验中取得工艺流程的优化，最终工艺条件的选择、设备材料的选择、自动控制，软件开发等一系列工程数据。本世纪初该院又开发了焦煤水加添加剂的混合煤浆气化技术，已成功地应用于油气化装置的改造，建有工业化装置，该技术已申请国家专利并获得批准，专利号00113911.8。为配合水煤浆气化的研究试验工作，洛阳材料研究所研究制成了水煤浆气化炉的耐火砖，原化工部化工机械研究所开发了二流道、三流道的烧嘴，重庆热工仪表研究所开发了适于水煤浆气化的测温度计等。这一系列科研成果得到了化工部科技司、国家科委的大力支持和技术鉴定，为今后我国水煤浆气化工程应用奠定了基础，也为工程设计提供了基础数裾。c) 气化技术的选择目前大型煤气化技术较为先进的有Texaco水煤浆气化，Shell粉煤加压气化，Lurgi固定床加压气化。国外大型气化技术比较表项 目Texaco Shell Lurgi(传统)气化压力3.06.52.04.03.0气化温度 1300140014001600850单炉最大能力吨煤/天50020002000600气化炉型式热壁式、单喷嘴冷壁炉、四喷嘴热壁炉进煤方式水煤浆浓度60%泵送煤粉用氮气输送粒度90%9990有效成份（CO+H2）较高 80%高 90%68%净化气中惰性气含量25%）。如果原料气硫含量偏低，整个装置出现低负荷运转，当低负荷于25%时，Sulfree装置便不能正常运行，因而总硫回收率受到影响。加拿大Delta公司的MCRC硫回收工艺是一种亚露点Claus转化，即改变了常规Claus反应的平衡条件，在低于硫的露点下操作，三级MCRC转化，硫回收率可达99%，它不仅是一种硫回收方法，也是较好的尾气净化方法；荷兰Comprimo公司开发的超级克劳斯硫回收工艺，一改以往单纯增加转化级数来提高H2S的方法，在两级普通克劳斯转化之后，第三级改用选择性氧化催化剂，将H2S直接氧化成元素硫，总回收率达99%以上，在国内外已有多套工业装置。第二类主要有国内的栲胶法，还有国外的LO-CAT工艺（空气资源公司开发）等。 栲胶法在国内合成氨厂已普遍使用，操作经验丰富，但设备数量多、投资大，且尚无用于高CO2含量酸气先例。本项目酸气中CO2含量较高，因此不适用此法。LO-CAT法工业化于1976年，该法流程简单。硫回收率高达99.85%，但容易起泡，引起堵塔等一系列操作问题，影响推广应用。由于项目用煤为低硫煤，低温甲醇洗浓缩的H2S气体浓度较低，故本项目采用Linde的Clinsulf硫回收工艺技术。4) 甲醇合成与精馏的工艺技术方案选择a) 国外工艺技术概况1923年，德国BASF公司在合成氨工业化的基础上，首先用锌铝催化剂在高温高压的条件下，实现了由一氧化碳和氢合成甲醇的工业化生产，从此逐步淘汰了由木材干馏制甲醇的生产方法。由于工业合成甲醇成本低，产量大，促进了甲醇工业的迅猛发展。甲醇消费市场的扩大，又促使甲醇生产工艺不断改进，生产成本不断下降，生产规模日益增大。1966年，英国ICI公司成功地实现了铜基催化剂的低压合成甲醇工艺，随后又实现了当时更为经济的中压法合成甲醇工艺。与此同时德国Lurgi公司也成功地开发了中低压合成甲醇工艺。虽然由CO加H2合成甲醇的工艺至今已有80年历史，尽管催化剂、工艺流程和主要设备的发展到现在已相当完善，但世界各国仍在不断地开发研究新型催化剂、新的合成工艺和新型反应器。目前甲醇的生产工艺路线主要是采用铜基催化剂的ICI中压法、低压法及Lurgi低压法、中压法和采用锌铬催化剂的高压法。二十世纪七十年代中期以后不但新建厂全部采用低压法，而且老厂扩建或改造也几乎都采用低压工艺。在今后一段时期内，高中压法将逐步由低压法取代。对甲醇合成工艺来讲，甲醇合成反应器是其核心设备，甲醇合成反应器的形式基本决定了甲醇合成工艺的系统设置，在选择甲醇合成工艺中，要考虑合成反应器的操作灵活性、操作灵敏性、催化剂的生产强度、操作维修的方便性、反应热的回收利用等因素，对于大型的单系列甲醇装置，还必须要考虑运输的方便性和可能性。国外的合成甲醇反应器主要有以下几种形式：ICI多段冷激型甲醇合成反应器ICI甲醇合成塔(反应器)为多段冷激型，其主要优点有：单塔操作，生产能力大；控温方便；冷激采用菱形分布器专利技术，催化剂层上下贯通，催化剂装卸方便，因此得到普遍使用。其主要缺点是：反应器因有部分气体与未反应气体之间的返混，催化剂空时产率不高，用量较大；仅能回收低品位热能。该技术在我国首先引进的厂家是四川维尼伦厂。Lurgi低压甲醇合成工艺及反应器Lurgi低压甲醇合成工艺采用列管式反应器，CuOZnO基催化剂装填在列管式固定床中，反应热供给壳程中的饱和锅炉水产生中压蒸汽，反应温度通过控制反应器壳程中饱和水的压力来调节，操作温度和压力分别为250260和510MPa。合成气由天然气、石脑油用蒸汽转化法或部分氧化法以及煤气化制取，它与循环气一起压缩，预热后进入反应器。Lurgi工艺可以利用反应热副产压力较高的中压蒸汽。Lurgi低压合成甲醇反应器的优点主要有：合成甲醇反应器催化剂床层内温度较为均匀，大部分床层温度在250-255之间，温度变化小，催化剂使用寿命长，并允许原料气中含有较高的CO；能准确、灵敏地控制反应温度，催化剂床层的温度可以通过调节蒸汽压力控制；回收的反应热位能高，热量利用合理；反应器出口甲醇含量较高，催化剂利用率高；设备紧凑，开停车方便；合成反应过程中副反应少，故粗甲醇中杂质含量少，质量高。其缺点是反应器结构较复杂。国内齐鲁公司第二化肥厂首先引进该工艺。TEC的新型反应器合成甲醇工艺该工艺及反应器由日本TEC（东洋工程公司）开发成功，由外筒、催化剂筐和许多垂直的沸水管组成，沸水管埋于催化床中。合成气由中心管进入，径向流过催化床，反应后气体汇集于催化剂筐与外筒之间的环形集流流道中，向上流动，由上部引出。反应热传给冷管内沸水使其蒸发成蒸汽。该反应器床层压降小，气体循环所需动力大幅度减少，床层温度分布均匀，甲醇生成的浓度和速度可大幅度提高，反应温度容易控制，催化剂用量减少，反应器结构紧凑。我国泸州天然气化工厂年产40万吨的甲醇装置引进了此项技术。MHI/MGC管壳-冷管复合型甲醇合成反应器该反应器为Lurgi反应器的改进型，由日本三菱公司开发，该反应器是在管壳反应器的催化管内加一根冷管，用于预热原料气，其主要特点是：一次通过的转化率高；可以高位能回收热量；在反应器中预热原料气，可以省去一个换热器。TOPSOL径向流甲醇合成反应器合成系统由三台绝热操作的径向流反应器组成，反应器之间设置外部换热器移走热量，气体在床层中向心流动，该反应器特点是：径向流动，压降较小，可增大空速，提高产量；可使用小粒径催化剂，提高粒内效率因子，提高宏观反应速度；可方便地增大生产规模，在直径不变的情况下，增加反应器高度，即可增大生产规模，单系列能力可达2000吨/天以上。Linde等温型甲醇合成反应器Linde等温型甲醇合成反应器，其结构与高效螺旋盘管换热器相似，盘管内为沸水，盘管外放置催化剂，反应热通过盘管内沸水移走，其反应器特点是：基本上在等温下操作，可防止催化剂过热；控制蒸汽压力调节床层温度冷却盘管与气流间为错流，传热系数较大。国外已有数套装置采用此种塔型。反应器的结构较复杂，制造费用高。液相法甲醇合成反应器技术1985年，Air Product Chemical公司开发了以液相热载体和浆态床反应器为基础的液相甲醇合成新技术，即LPMEOH技术。铜催化剂颗粒悬浮在惰性液体中，比传统固定床反应器温度更易控制。现已在美国田纳西州建成72kta工业实验装置。由于液相合成中使用了热容高，导热系数大的惰性液体，可以使甲醇的合成反应在等温条件下进行，同时，由于分散在液相介质中的催化剂的比表面积非常大，加速了反应过程，反应温度和压力也下降很多，该技术尚需要大型工程化的验证。国外低压甲醇合成反应器发展趋势适应单系列、大型化的要求（如Lurgi、ICI反应器等）；以较高位能回收反应热，副产蒸汽（如Lurgi、MHI/MGC、Linde反应器）；催化剂床层温度易于控制，可灵活调节温度（如Lurgi、ICI反应器）；床层内温度尽可能均温，以延长催化剂寿命（如Lurgi、MHI/MGC、Linde反应器）；催化剂生产强度大，反应中CO转化率高（如Lurgi、MHI/MGC反应器