15万吨低温甲醇洗脱碳建设可行性论证报告.doc

15万吨/年低温甲醇洗脱碳装置建议书

一、 低温甲醇洗工作原理
低温甲醇洗(Rectisol)是20世纪50年代初德国林德(Linde)公司和鲁奇(Lurgi)公司联合开发的一种气体净化工艺。第一个低温甲醇洗装置由鲁奇公司于1954年建在南非Sasol的合成燃料工厂，目前世界上有一百多套工业化装置，其中中国引进了十多套。该工艺为典型物理吸收法，是以低温甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的特性，脱除原料气中的酸性气体。由于甲醇的蒸汽压较高，所以低温甲醇洗工艺在低温(～－60℃)下操作，在低温下CO2与H2S的溶解度随温度下降而显著地上升，因而所需的溶剂量较少，装置的设备也较小。在－30℃下，H2S在甲醇中的溶解度为CO2的6.1倍，因此能选择性脱除H2S。该工艺气体净化度高，可将变换气中CO2脱至小于20ppm，H2S小于0.1ppm，气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段、选择性地进行，而CO2、H2S再生可在不同的塔中进行，分别得到合格的二氧化碳含量为99%的纯碱原料气和硫回收原料气。
二、低温甲醇洗对各气体的吸附比较

三、 设计的物料平衡和H2、N2损失
AA公司原壳牌制气低温甲醇洗脱碳装置设计变换气流量106310Nm3/h，压力3MPa，温度40℃，成分为H2 52.1％，N2 6.2%，CO 0.3％，CO2 40.4%，H2S＋COS 0.12%，Ar 0.2%，H2O 0.25%（饱和），以吨氨耗4200Nm3变换气计，设计生产能力为合成氨25.3t/h。
根据带物料点的流程图进行物料衡算，可知总物料平衡如下图。
进料
流量(Nm3/h)
H2
N2
CO2
CO
硫化物
Ar+CH4
水
变换气
106310
55388
6591
42949
319
149
478
266
百分数
100%
52.1
6.2
40.4
0.3
0.14
0.45
0.25
气提氮气
2400

2400

百分数
100％

100

水洗塔用水
1.3t/h

1.3t/h
百分数
100％

100
出料

净化气
62879
55334
6477
1.3
302
0.006
468

百分数
100%
88
10.3
20ppm
0.48
0.1ppm
0.74

CO2产品气
30191
54
188
29949

百分数
100%
0.18
0.62
99.2

放空气
542

59.62
368.6

113.82

百分数
100%

11
68

21

尾气
15091

2264
12601

7.5

百分数
100%

15
83.5

0.05

废水
1.5t/h
含微量甲醇、甲基硫等
99.8
H2回收率＝62879×0.88÷106310÷0.521＝99.9%
N2回收率＝62879×0.103÷106310÷0.062＝98.3%
四、15万吨/年固定床造气低温甲醇洗脱碳物料平衡
通过计算，可得15万吨/年固定床造气低温甲醇洗脱碳物料平衡如下图（设计生产能力为合成氨20吨/小时，吨氨耗变换气4295Nm3，由于硫化物含量不变，假定气提氮气量、放空气量和尾气量和原装置相比按比例缩小）。
进料
流量(Nm3/h)
H2
N2
CO2
CO
硫化物
Ar+CH4
水
变换气
85900
44000
14666
25490
270
120
1139
215
百分数
100%
51.2
17.1
29.7
0.31
0.14
1.32
0.25
气提氮气
1934

1934

百分数
100％

100

水洗塔用水
1.05t/h

1.05t/h
百分数
100％

100
出料

净化气
60088
43956
14546

260

1326

百分数
100%
73.2
24.2
20ppm
0.43
0.1ppm
2.2

CO2产品气
15100
42.3
108.7
14949

百分数
100%
0.28
0.72
99

放空气
438

52.6
297.8

87.6

百分数
100%

12
68

20

尾气
12194

1890
10243

6

百分数
100%

15.5
84

0.05

废水
1.2t/h

百分数
100%
含微量甲醇、甲基硫等
99.8
H2回收率＝43956/44000＝99.9%
N2回收率＝14546÷14666＝99.2％
后工序H2损失：甲烷化反应剩余的CO消耗H2：13×3＝39Nm3，加上微量CO2消耗的H2，合计损失H2 40Nm3/吨氨，因甲烷化反应增加的甲烷，导致合成放空增加H2损耗60Nm3/吨氨，合计H2总损失102Nm3/吨氨。
五、 甲醇洗涤塔塔径计算
现AA公司低温甲醇洗日产合成氨688吨/天，其中壳牌制气提供531吨/天合成氨气量，固定床造气提供157吨/天合成氨气量，甲醇洗涤塔已实现满负荷，壳牌制气吨氨需变换气4200Nm3，固定床造气吨氨需变换气4295Nm3，下段吸收温度为-30℃，上段吸收温度－45℃，吸收压力为3MPa，上段压力2.9MPa，甲醇循环量261吨/小时，洗涤塔塔径为DN2500×30×54185。
洗涤塔下段空速＝（4295×157/24＋4200×531/24）÷30×243.15÷273.15×4÷3.14÷2.44÷2.44÷3600＝0.2046m/s
洗涤塔上段空速＝（3004×157/24＋2484×531/24）÷29×228.15÷273.15×4÷3.14÷2.44÷2.44÷3600＝0.1277m/s
新装置甲醇洗涤塔下段空速取0.2m/s，上段空速取0.13m/s，通过计算可知，新洗涤塔下段内径需达到2.08m，上段内径需达到2.17m，建议新装置甲醇洗涤塔规格为DN2300×30。其中一、四段塔板数及塔板间距保持不变，二、三段各减少两块塔板。塔板间距不变。
六、 甲醇循环量计算
AA公司现甲醇洗涤塔共脱除CO2 4200×531/24×0.404＋1274.5×157/24＝45879Nm3/h＝90.12t/h
吨甲醇吸收CO2量为：45879/261＝175.8Nm3＝345kg
由于变换气中CO2浓度降低，新装置吨甲醇吸收CO2量会有所降低，以吨甲醇吸收160Nm3 CO2计，得新装置甲醇循环量＝1274.5×20÷160＝159.3吨/小时＝201.4m3/h
新装置甲醇泵的输送能力以250m3/h选型。
七、 现装置设计CO2回收率和需达到的CO2回收率
现装置设计CO2回收率＝30191×0.992÷106310÷0.404＝69.7%
AA公司公司现日产合成氨688吨，日产纯碱1950吨，吨碱耗合成氨353kg，耗CO2 350Nm3，如采用固定床制合成氨，CO2回收率需达到1/0.353×350÷1274.5＝77.8％
通过物料平衡表可知，如只使用CO2产品气，理论CO2回收率＝15100×0.99÷1274.5÷20＝58.6％，远远不能满足纯碱生产需要，所以需要把尾气中的二氧化碳加以利用，和产品CO2气混合作为纯碱碳化塔下段气来源。由于尾气中理论H2S含量为0.05×10×34/22.4＝0.76g/m3，需设置尾气脱硫及二氧化碳精脱硫装置。（AA公司公司现尾气的分析数据为硫化物含量3ppm，但总硫不平衡，硫化物有可能在废水中富集，如此数据为真，只需设二氧化碳精脱硫装置）
八、 气提氮气需求量
原软件包气提N2需求量为2400Nm3/h，此时变换气气量为106310Nm3/h。AA公司公司现气提N2使用量为1960Nm3/h，进口变换气量121021.5Nm3/h。由于气提氮气主要用于气提甲醇富液中的H2S，可以认为气提氮气使用量和进口变换气量成正比，如采用软件包数据，需N2量4295×20÷106310×2400＝1939Nm3/h，如采用生产数据，需N2量4295×20÷121021.5×1960＝1391Nm3/h，本装置气提氮气输送能力以2000Nm3/h设计，氮气由AA公司公司空分装置富余的氮气提供。
九、 冰机冷冻量计算及冰机选型
原软件包冰机主要用于循环甲醇深冷器、富甲醇深冷器1、贫甲醇深冷器、酸气深冷器。设计冷冻量为－40℃ 液氨 3480kW。即300万大卡/小时。
根据软件包的流程图和物料数据，冷冻量主要消耗在E-05（甲醇深冷器），E-04（富甲醇深冷器）E-13（贫甲醇深冷器）、E-17（酸气深冷器），各换热器需要的冷冻量分别计算如下：
E-05 Q1=2.48×203×14×1000+36×0.653×14×1000=7.38×106KJ
E-04 Q2=2.48×112×3×1000+45×0.653×3×1000=0.92×106KJ
E-13 Q3=203×1000×2.48×5=2.517×106KJ
E-17 Q4=132×1167+132×2.48×63+63×542/22.4×44×0.653=0.218×106KJ
总换热量Q=Q1+Q2+Q3+Q4=11.033×106KJ
总换热效率=11.033×106÷3600÷3480=88%
换热器E-05、E-04、E-13、E-17的冷冻需求量主要来自甲醇降温或冷凝，可认为冰机负荷及各换热器换热面积和甲醇循环量成正比，现有换热器和冰机可满足261t/h甲醇循环量需要，当甲醇循环量降为159.3t/h时，冰机制冷量=300×159.3÷261=183万大卡
整个系统的冷冻换热效率计算：
从整个系统来看，冰机的冷冻量主要用于进口气体降温和循环甲醇降温，其中进口气体温度从40℃降到30℃，甲醇温度从38℃降到24℃，气体降温需要冷冻量Q1=10×106310×0.35302×4.18=1.56×106KJ
甲醇降温需要冷冻量Q2=203×1000×2.48×14=7.048×106KJ
总冷冻效率=（Q1+Q2）/12528000=68.4%
新装置换热器E-05、E-04、E-13、E-17的相关参数如下：
E-05 甲醇深冷器现参数 DN1600×16×10150，F=161m2，SA-203GrD
新装置参数：DN1200×14，F=100m2，SA-203GrD
管程 吸收CO2的甲醇溶液180.5t/h，其中甲醇159.3t/h -21℃降温到-35℃ 壳程 液氨 -33℃蒸发为气氨，为甲醇溶液提供冷冻量
E-04 富甲醇深冷器参数 DN900×12×6320，F=69.5m2，SA-516Gr70
新装置参数：DN700×10，F=45m2， SA-516Gr70
管程 吸收CO2的甲醇溶液180.5t/h，其中甲醇159.3t/h -21℃降温到-35℃ 壳程 液氨 -33℃蒸发为气氨，为甲醇溶液提供冷冻量
E-13 贫甲醇深冷器参数 DN1100×12×8102，F=188m2，SA-516Gr70
新装置参数：DN1000×12，F=120m2，SA-516Gr70
管程 贫甲醇溶液159.3t/h， -31℃降温到-36℃
壳程 液氨 -36℃蒸发为气氨，为甲醇溶液提供冷冻量
E-17酸气深冷器 参数 DN700×10×4160，F=14.5m2，SA-516Gr70
新装置参数：DN700×10×4160，F=14.5m2，，SA-516Gr70
管程甲醇、二氧化碳、硫化氢等气体，其中甲醇95kg，不凝气体438Nm3/h，29.8℃降温到-33℃
壳程 液氨 -33℃蒸发为气氨，为甲醇溶液提供冷冻量
十、 未考虑的投资
变换触媒增加投资800万元（现变换装置触媒总投资1422万元，其中中变触媒K8－11 53.68吨，16万元/吨，低变触媒QCS－04 70.4吨，8万元/吨，预计新装置变换触媒总投资1100万元，比传统变换触媒投资增加800万元），尾气脱硫及冰机增加投资800万元。合计增加投资1600万元。

目 录

1 总 论 1
1.1 项目概况 1
1.2 建设单位概况 3
1.3 项目提出的理由与过程 3
1.4 可行性研究报告编制依据 4
1.5 可行性研究报告编制原则 4
1.6 可行性研究范围 5
1.7 结论与建议 6
2 项目建设背景和必要性 9
2.1 项目区基本状况 9
2.2 项目背景 11
2.3 项目建设的必要性 11
3 市场分析 14
3.1 物流园区的发展概况 14
3.2 市场供求现状 16
3.3 目标市场定位 17
3.4 市场竞争力分析  17
4 项目选址和建设条件 19
4.1 选址原则 19
4.2 项目选址 19
4.3 场址所在位置现状 19
4.4 建设条件 20
5 主要功能和建设规模 22
5.1 主要功能 22
5.2 建设规模及内容 26
6 工程建设方案 27
6.1 设计依据 27
6.2 物流空间布局的要求 27
6.3 空间布局原则 28
6.4 总体布局 29
6.5 工程建设方案 30
6.6 给水工程 33
6.7 排水工程 35
6.8 电力工程 38
6.9 供热工程 46
6.10 电讯工程 47
7 工艺技术和设备方案 51
7.1 物流技术方案 51
7.2 制冷工艺技术方案 67
8 节能方案分析 73
8.1 节能依据 73
8.2 能耗指标分析 73
8.3 主要耗能指标计算 74
8.4 节能措施和节能效果分析 76
9　环境影响评价 83
9.1 设计依据 83
9.2 环境影响评价应坚持的原则 83
9.3　项目位置环境现状 84
9.4　项目建设与运营对环境的影响 84
9.5　项目建设期环境保护措施 84
9.6 项目运行期环境保护措施 86
10 安全与消防 87
10.1　安全措施 87
10.2　消防 88
11 组织机构和人力资源配置 92
11.1 施工组织机构 92
11.2 基建项目部的主要职责 92
11.3 运营管理 93
11.4 人员来源、要求及培训 94
12 工程进度安排 96
12.1 建设工期 96
12.2 工程实施进度安排 96
13 投资估算与资金筹措 98
13.1 投资估算 98
投资估算包括建设项目的全部工程，主要内容有：主体建筑工程、道路硬化工程、绿化工程、其他费用及基本预备费。 98
13.2 资金筹措 99
14 财务评价 102
14.1 评价依据及方法 102
14.2 基础数据与参数选取 102
14.3 营业收入及总成本费用估算 103
14.4 利润总额估算 105
14.5 盈亏平衡分析 105
14.6 财务评价 106
15 综合效益评价 107
16 招投标管理 108
16.1 编制依据 108
16.2 招标原则 108
16.3 招标方案 109
16.4 评标要点 110
17 结论及建议 111
17.1 结论 111
17.2 建议 112