煤制烯烃项目可行性研究报告样本.doc

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煤制油煤制烯烃项目60万吨/年MTO装置配套工程，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装置对甲醇质量要求外，同时要满足商品甲醇需要。所以甲醇质量指标实施中国国家标准工业甲醇（GB338-92）优等品要求。中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（包含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和氢在催化剂存在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），作为合成甲醇原料。在甲醇生产装置中，合成气制备，在装置总投资中占绝大部分（约为60%），而甲醇合成、粗甲醇精馏和公用工程等部分投资所占百分比较少，所以，甲醇生产原料路线选择，关键是对合成气制备所用原料和工艺路线选择。甲醇生产装置各工序投资百分比见下表： 甲醇生产装置各工序投资百分比表序号项 目占总投资百分比1合成气制备（包含气化、净化、冷冻）60%2甲醇合成10%3甲醇精馏10%4公用工程等20%选择生产甲醇合成气原料，能够从原料储量、现有生产能力、原料价格、成本、投资费用和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，矿区有丰富煤炭资源，从储量和现在生产能力上看，完全可满足合成甲醇所需合成气原料需要。以煤或天然气为原料制合成气生产工艺全部比较成熟，中国外全部有大型工业化装置在运转。国外大型甲醇装置大多采取以天然气为原料生产路线，关键原因除了一次性投资较低外，也和国外天然气价格低相关。比如沙特阿拉伯1998年天然气价格为0.15元/Nm3，现在价格为0.279元/Nm3。俄罗斯天然气价格在0.20元/Nm3左右。所以中东地域及俄罗斯以天然气为原料大型甲醇生产装置甲醇成本较低，约在100120美元之间。多年来，美国天然气价格上涨幅度较大，由0.5元/Nm3涨到0.7元/Nm3，已前后关闭340万吨甲醇生产能力。通常认为，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。和国外相比，中国以天然气为原料甲醇厂因为规模小（现在最大能力为20万吨/年）、能耗高（通常为11001260Nm3/t，最高达1770Nm3/t甲醇），其成本通常为13001400元/吨。中国进口179.96万吨甲醇，到岸价整年平均为154.88美元/吨（折人民币1285.5元），中国以天然气为原料甲醇厂生产甲醇在价格上无法和国外同类产品竞争。然而，以煤为原料大型甲醇生产装置，则产品成本较低，且有成熟技术，能够和国外厂家相竞争。本项目推荐以煤为原料生产甲醇技术路线。1.2.2 工艺技术方案比较和选择1） 气化工艺技术a) 国外气化工艺技术概况以煤为原料气化方法关键有固定床和流化床、气流床等。固定床气化技术固定床气化技术在中国利用较广，较为优异有鲁奇（Lurgi）气化技术。此技术经过英国煤气企业和鲁奇企业联合攻关，开发一个新炉型-BGL炉, 变干粉排渣为熔融排渣，气化效率和气体成份有了很大改善，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，所用原料为多种城市垃圾、废塑料和烟煤。但因气化温度改变不大，生成气中甲烷及氮气含量大，不宜做合成气；但其热值较高，用于做城市煤气很好。流化床气化技术流化床气化技术关键有德国温克勒（Winkler）流化床粉煤气化技术。该技术压力较低，建有生产燃料气装置，现在没有生产合成气装置。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) 中国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，现在中国小氮肥、小甲醇厂90%以上采取该工艺生产。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，每吨合成氨吹风放空气量达28003100立方米。该技术在国外已被淘汰。中国固定床气化还有富氧连续气化技术，即使该技术连续气化无吹风气排放，污染较少，但只能采取焦炭或无烟煤作原料，原料价格高,且生成气中氮气含量高，不适合作合成甲醇原料气。流化床气化中国流化床气化关键有中科院山西煤化学研究所开发灰熔聚流化床粉煤气化技术，该技术可用多个煤质作原料，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破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类裂解。带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉，再次参与反应，有利于碳利用率深入提升。产品气中不含焦油，含酚量低。碳转化率为90%。关键缺点是合成气中（CO+H2）为6872%，有效气体成份较低，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多年运行经验，适适用于灰分小于40%褐煤、长焰煤、不粘或弱粘结煤粉（010mm）。气化剂采取蒸汽和富氧，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，0Nm3/h，40000Nm3/h等。合成气（CO+H2）为6265%，CO2为2728%，其它为惰性组分。因为气化剂为富氧，故合成气中氮气含量高，故此合成气适适用于作为合成氨原料气。关键缺点也是有效气体成份较低、且含氮高，气化压力低、单炉产气量小。气流床气化中国煤气化技术科研人员经过多年努力研究，开发出了含有中国知识产权煤气化技术，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，有效气体成份（COH2）8385，这些指标均比德士古气化技术高。采取该技术建立日处理煤量20吨工业性试验装置已运转400小时以上，并经过72小时考评，取得了国家专利，经过科技部组织评审和验收。德州恒升企业大氮肥国产化工程及兖矿集团年产24万吨甲醇项目均采取了该技术，现正在设计、建设中。因为该技术中试试验时间较短，大型装置未投产验证，有一定风险。气化炉烧嘴较多，停车检修或更换烧嘴时影响面较大，因为采取四喷嘴，需要配多台高压煤浆泵及对应管线和仪表控制系统，加之炉体加长，气化步骤中增加了分离器等，投资和采取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吨煤气化炉进行比较，初步估算投资费用差异以下： 德士古和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其它工程费（万元）-410软件费（万元）16602001460累计（万元）150从上表可看出，水煤浆四喷嘴撞击流气化炉和经典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，二者相抵，总投资相差不多，采取中国有自主知识产权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经验，加之事故和停车几率增加，运行可靠性较差，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研究，70年代初建立日处理50吨气化装置。从水煤浆制备、纯氧气化、灰水处理等试验中取得工艺步骤优化，最终工艺条件选择、设备材料选择、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混合煤浆气化技术，已成功地应用于油气化装置改造，建有工业化装置，该技术已申请国家专利并取得同意，专利号00113911.8。为配合水煤浆气化研究试验工作，洛阳材料研究所研究制成了水煤浆气化炉耐火砖，原化工部化工机械研究所开发了二流道、三流道烧嘴，重庆热工仪表研究所开发了适于水煤浆气化测温度计等。这一系列科研结果得到了化工部科技司、国家科委大力支持和技术判定，为以后中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) 气化技术选择现在大型煤气化技术较为优异有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500600气化炉型式热壁式、单喷嘴冷壁炉、四喷嘴热壁炉进煤方法水煤浆浓度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%）。假如原料气硫含量偏低，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，所以总硫回收率受到影响。加拿大Delta企业MCRC硫回收工艺是一个亚露点Claus转化，即改变了常规Claus反应平衡条件，在低于硫露点下操作，三级MCRC转化，硫回收率可达99%，它不仅是一个硫回收方法，也是很好尾气净化方法；荷兰Comprimo企业开发超级克劳斯硫回收工艺，一改以往单纯增加转化级数来提升H2S方法，在两级一般克劳斯转化以后，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，在中国外已经有多套工业装置。第二类关键有中国栲胶法，还有国外LO-CAT工艺（空气资源企业开发）等。 栲胶法在中国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，所以不适用此法。LO-CAT法工业化于1976年，该法步骤简单。硫回收率高达99.85%，但轻易起泡，引发堵塔等一系列操作问题，影响推广应用。因为项目用煤为低硫煤，低温甲醇洗浓缩H2S气体浓度较低，故本项目采取LindeClinsulf硫回收工艺技术。4) 甲醇合成和精馏工艺技术方案选择a) 国外工艺技术概况1923年，德国BASF企业在合成氨工业化基础上，首先用锌铝催化剂在高温高压条件下，实现了由一氧化碳和氢合成甲醇工业化生产，以后逐步淘汰了由木材干馏制甲醇生产方法。因为工业合成甲醇成本低，产量大，促进了甲醇工业迅猛发展。甲醇消费市场扩大，又促进甲醇生产工艺不停改善，生产成本不停下降，生产规模日益增大。1966年，英国ICI企业成功地实现了铜基催化剂低压合成甲醇工艺，随即又实现了当初更为经济中压法合成甲醇工艺。和此同时德国Lurgi企业也成功地开发了中低压合成甲醇工艺。即使由CO加H2合成甲醇工艺至今已经有80年历史，尽管催化剂、工艺步骤和关键设备发展到现在已相当完善，但世界各国仍在不停地开发研究新型催化剂、新合成工艺和新型反应器。现在甲醇生产工艺路线关键是采取铜基催化剂ICI中压法、低压法及Lurgi低压法、中压法和采取锌铬催化剂高压法。二十世纪七十年代中期以后不仅新建厂全部采取低压法，而且老厂扩建或改造也几乎全部采取低压工艺。在以后一段时期内，高中压法将逐步由低压法替换。对甲醇合成工艺来讲，甲醇合成反应器是其关键设备，甲醇合成反应器形式基础决定了甲醇合成工艺系统设置，在选择甲醇合成工艺中，要考虑合成反应器操作灵活性、操作灵敏性、催化剂生产强度、操作维修方便性、反应热回收利用等原因，对于大型单系列甲醇装置，还必需要考虑运输方便性和可能性。国外合成甲醇反应器关键有以下多个形式：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，其关键优点有：单塔操作，生产能力大；控温方便；冷激采取菱形分布器专利技术，催化剂层上下贯通，催化剂装卸方便，所以得到普遍使用。其关键缺点是：反应器因有部分气体和未反应气体之间返混，催化剂空时产率不高，用量较大；仅能回收低品位热能。该技术在中国首先引进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取列管式反应器，CuOZnO基催化剂装填在列管式固定床中，反应热供给壳程中饱和锅炉水产生中压蒸汽，反应温度经过控制反应器壳程中饱和水压力来调整，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和煤气化制取，它和循环气一起压缩，预热后进入反应器。Lurgi工艺能够利用反应热副产压力较高中压蒸汽。Lurgi低压合成甲醇反应器优点关键有：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，温度改变小，催化剂使用寿命长，并许可原料气中含有较高CO；能正确、灵敏地控制反应温度，催化剂床层温度能够经过调整蒸汽压力控制；回收反应热位能高，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。中国齐鲁企业第二化肥厂首先引进该工艺。TEC新型反应器合成甲醇工艺该工艺及反应器由日本TEC（东洋工程企业）开发成功，由外筒、催化剂筐和很多垂直沸水管组成，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，反应后气体聚集于催化剂筐和外筒之间环形集流流道中，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降低，床层温度分布均匀，甲醇生成浓度和速度可大幅度提升，反应温度轻易控制，催化剂用量降低，反应器结构紧凑。中国泸州天然气化工厂年产40万吨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反应器改善型，由日本三菱企业开发，该反应器是在管壳反应器催化管内加一根冷管，用于预热原料气，其关键特点是：一次经过转化率高；能够高位能回收热量；在反应器中预热原料气，能够省去一个换热器。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，提升产量；可使用小粒径催化剂，提升粒内效率因子，提升宏观反应速度；可方便地增大生产规模，在直径不变情况下，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，其结构和高效螺旋盘管换热器相同，盘管内为沸水，盘管外放置催化剂，反应热经过盘管内沸水移走，其反应器特点是：基础上在等温下操作，可预防催化剂过热；控制蒸汽压力调整床层温度冷却盘管和气流间为错流，传热系数较大。国外已经有数套装置采取此种塔型。反应器结构较复杂，制造费用高。液相法甲醇合成反应器技术1985年，Air Product Chemical企业开发了以液相热载体和浆态床反应器为基础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工业试验装置。因为液相合成中使用了热容高，导热系数大惰性液体，能够使甲醇合成反应在等温条件下进行，同时，因为分散在液相介质中催化剂比表面积很大，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，可灵活调整温度（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）；采取径向或轴径向流动，压降低（如TOPSOL、TEC、Casale反应器）；结构简单紧凑，催化剂装卸方便（如ICI反应器）；所选择材料含有抗羰基化物生成能力及抗氢脆能力（如Lurgi、ICI反应器）。b) 中国工艺技术概况中国在甲醇技术开发和实现工业化历史也有几十年，在甲醇合成催化剂开发中，有多家单位开发成功，并用于工业化生产。在甲醇合成反应器开发中，开发成功单套管及双套管反应器。在甲醇新型反应器开发中，也有较大技术突破，尤其是九十年代以后，有最大规模达成58万吨/年中国自主开发甲醇新型反应器应用于工业化。在甲醇合成整体工艺开发中，联醇工艺是中国甲醇合成工艺富有特色工艺，为处理当初中国甲醇需求作出了较大贡献，一大批联醇厂纷纷建成投产，从造气、脱硫脱碳、甲醇合成到精馏等，处理了一大批技术难题。近几年，在低压合成甲醇技术国产化方面取得了很大进展，南化、西南化工研究院已成功地开发了Lurgi型低压甲醇合成催化剂，1520万吨/年大型反应器中国已经有制造经验。华东理工大学开发并取得专利低压甲醇反应器即“绝热管壳外冷复合型”气固相催化反应器。它充足发挥了鲁奇管壳式反应器优点又克服了其缺点，节省了投资，可节省大量外汇投资，但中国现在运行最大装置为约10万吨/年。采取“绝热管壳外冷复合型”气固相催化