焦爐氣生產(chǎn)合成

1、藁城市化肥總廠25000Nrr/h焦爐煤氣利用工程產(chǎn)品規(guī)劃河北省石油化工設(shè)計院2021年7月13日目錄前言3方案一焦爐煤氣生產(chǎn)尿素3一、生產(chǎn)合成氨工藝路線31 .濕法脫硫32 .干法脫硫43 .轉(zhuǎn)化44 .變換45 .脫碳46 .甲醇化57 .氨合成5二、尿素裝置5三、本錢及效益51 .本錢52 .經(jīng)濟效益6四、主要設(shè)備及投資71 .主要設(shè)備72 .投資估算7五、工程占地約200畝.8方案二焦爐煤氣生產(chǎn)液化天然氣副產(chǎn)合成氨方案9一、產(chǎn)品規(guī)模91 .LNG生產(chǎn)規(guī)模92 .氨醇生產(chǎn)規(guī)模9二.、工藝方案91 .各工序工藝簡述112 .公用工程153 .主要工藝設(shè)備16三、投資估算17四、本錢估算18

2、、乙刖百25000Nrmih焦爐煤氣利用工程產(chǎn)品規(guī)劃,對焦爐氣的再處理和使用,規(guī)劃出2個產(chǎn)品方案.1 .甲烷轉(zhuǎn)化制氫,作為合成氨原料氣合成氨,副產(chǎn)甲醇的“方案一焦爐煤氣生產(chǎn)尿素；2 .將甲烷液化別離,剩余的氫氣和碳氧化物再繼之合成氨工藝做合成氨,副產(chǎn)甲醇、液氨的“方案二焦爐煤氣生產(chǎn)液化天然氣副產(chǎn)合成氨方案.方案一焦爐煤氣生產(chǎn)尿素藁城市化肥總廠搬遷后與煉焦企業(yè)合作,利用煉焦副產(chǎn)的焦爐煤氣生產(chǎn)合成氨副產(chǎn)甲醇,加工成尿素.既可解決本廠的生產(chǎn)原料問題,也可防止焦爐煤氣放散造成的能源浪費和對環(huán)境的污染.年產(chǎn)100萬噸焦炭的煉焦裝置約可副產(chǎn)焦爐煤氣2X108N而a,裝置運行時間按8000h/a計,小時副產(chǎn)

3、焦爐氣25000NM焦爐煤氣組成%:H2CH4N2COCO2O2/Ar總硫58.1 23.964.598.664.380.3117g/Nm一、生產(chǎn)合成氨工藝路線來自焦化裝置的焦爐煤氣,從下部進入脫硫塔與上部噴淋下來的脫硫液逆流接觸,脫除H2s后的焦爐煤氣經(jīng)過別離器,別離掉氣體中夾帶的溶液,除少局部供轉(zhuǎn)化加熱爐燃燒外,大局部送往氣柜.貧液槽內(nèi)貧液經(jīng)貧液過濾器由貧液泵送入脫硫塔上部,吸收HS后的富液從脫硫塔底部流出進小循環(huán)槽,經(jīng)富液泵分別進入十組噴射器噴射再生,再生后的貧液進貧液槽循環(huán)使用.噴射再生浮選別離出的硫泡沫去硫回收.2 .干法脫硫從氣柜來的焦爐煤氣,經(jīng)壓縮機加壓后進初預熱器殼程預熱至30

4、0C,送入鐵鋁轉(zhuǎn)化器、氧化鈕槽、氧化鋅槽,將焦爐煤氣中的有機硫和無機硫脫除,使出、,.、A一3口總硫含重020mg/Nm3 .轉(zhuǎn)化經(jīng)干法脫硫的焦爐煤氣與自產(chǎn)的蒸氣、富氧空氣集合進入轉(zhuǎn)化爐的頂部,在轉(zhuǎn)化爐上部燃燒室內(nèi),焦爐煤氣與富氧空氣進行局部氧化燃燒,高溫氣體再經(jīng)催化劑床層進行甲烷轉(zhuǎn)化,出口CHK0.5%.經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量產(chǎn)生蒸汽,自產(chǎn)的蒸汽供轉(zhuǎn)化和中溫變換用.轉(zhuǎn)化氣量：42869Nr3/h轉(zhuǎn)化氣組成%:H2CH4N2COCO258.830.3621.6912.56.62富氧空氣7488Nm3/h其中氧氣2995Nr3/h;氮氣4064Nri/h)4 .變換轉(zhuǎn)化氣經(jīng)回收熱量后進變換爐,中溫變

5、換用低溫變換,進行CO變換反響,變換氣中CO含量可依據(jù)甲醇的產(chǎn)量靈活調(diào)節(jié).問題：此處低變觸媒不能采用耐硫催化劑,由于在轉(zhuǎn)化之前已經(jīng)脫除了硫化氫)3變換氣量：47156Nn/h變換氣組成%:H2CH4N2COCO262.670.3319.622.2715.115 .脫碳將變換氣中的CO脫除,為合成提供合格的凈化氣,同時為尿素提供CO原料氣.脫碳氣量：40083Nri/h脫碳氣組成%:H2CH4N2COCO273.550.3923.262.670.13脫碳溶液再生解吸出CO氣體7073Nmh.6 .甲醇化原有的靜設(shè)備能滿足生產(chǎn)要求,可全部利用.甲醇化副產(chǎn)甲醇：1.523t/h12185t/a醇后原

6、料氣量：36885Nri/h.原料氣組成%:H2CH4N2CO+CO274.060.4225.360.157 .氨合成原有的合成塔及其他靜設(shè)備能滿足生產(chǎn)要求,可全部利用.按噸氨耗原料氣3300Nrr#合成氨產(chǎn)量：11.18t/h89418t/a二、尿素裝置原有的一套水溶液全循環(huán)工藝尿素裝置,經(jīng)技術(shù)改造已到達年生產(chǎn)16萬噸尿素的水平,能滿足生產(chǎn)要求,可全套利用.尿素產(chǎn)量：噸尿素耗合成氨0.580t11.18+0.58=19.3t/h154200t/a尿素生產(chǎn)每消耗1t氨需消耗二氧化碳1.3t1.3X11.18=14.53t/h脫碳回收二氧化碳7073+22.4X44=13.89t/h需補二氧化碳

7、碳：0.64t/h5120t/a不補充二氧化碳可產(chǎn)尿素：18.42t/h147360t/a由于因二氧化碳缺乏對尿素產(chǎn)量影響不大,故不建議補碳.充裕的3949t/a液氨可外銷,以節(jié)省投資.三、本錢及效益1.本錢合成氨、甲醇本錢工程單耗單價元本錢兀備注焦爐煤氣1968Nrm0.35688.8電1300kWh0.30390脫鹽水25t4100自來水7.5t2.720.25蒸汽2t100200職工工資及福利123.03折舊及大修120中小修理費30其他100合計<元/t)1772.08尿素本錢工程單耗單價<元)本錢<兀)備注合成氨0.581772.081027.81二氧化碳400Nr

8、m0.0416電160kWh0.348自來水2t2.75.4蒸汽1.5t100150包裝40職工工資及福利16.97折舊及大修40中小修理費10其他40合計<元/t)1394.182.經(jīng)濟效益產(chǎn)品市場價格尿素：15201540元/t液氨：21002200元/t甲醇：21002200元/t尿素年效益<1530-1394.18)X147360=2001.444萬元/a銷售液氨、甲醇效益2150-1772.08X16134=609.736萬元/a年總效益2001.444+609.736=2611.18萬元/a四、主要設(shè)備及投資1.主要設(shè)備搬遷后因原料路線的改變,需新增局部設(shè)備裝置,并盡量

9、利用原有的設(shè)備裝置.新增主要設(shè)備裝置廳P名稱規(guī)格數(shù)量備注1脫硫塔3600H=303001填料塔2溶液循環(huán)案Q=350r3/hH=66m3一臺備用3焦爐氣壓縮機_3Q=15000N/hP=21MPa3一臺備用4鐵鉗轉(zhuǎn)化器3000H=500015氧化鈕脫硫槽2800H=500016氧化鋅脫硫槽2600H=500017富氧轉(zhuǎn)化爐內(nèi)2500H=350018廢熱鍋爐21400F=70m219焦-烝預熱器21400F=400m110焦爐氣初預熱器1200F=160m2111加熱爐4600112濕式氣柜V=20000rm113變換爐2400H=130001中用低14高壓機Q=20000N3/hP=32MPa

10、3一臺備用15尿素造粒塔14000H=750001碎16蒸汽鍋爐50t/h117制氧2500Nri/h1套利舊：脫碳、雙甲、氨合成、冷凍、氨庫、脫鹽水、尿素及其他公用工程.2.投資估算本工程不計土地使用費用,利舊設(shè)備不計殘值,只計土建及安裝費用.比照類似工程工程的投資,估算本工程需投資2.85億元五、工程占地約200畝本工程大局部利用原有的裝置,只增加局部新裝置,投資省.用焦爐煤氣做原料,較以煤為原料,具有本錢低,廢物排放少,經(jīng)濟效益好的優(yōu)勢.方案二焦爐煤氣生產(chǎn)液化天然氣副產(chǎn)合成氨方案焦爐煤氣中含有H2、CH4、CO和CO2,可供生產(chǎn)的產(chǎn)品有液化天然氣、甲醇、液氨、尿素等,但有一個不爭的事實,

11、就是焦爐煤氣H2/CO+CO2=4.8,單純一焦爐氣生產(chǎn)任何一種產(chǎn)品,都不能使其充分利用,必須補入碳生產(chǎn)LNG、甲醇或氮生產(chǎn)合成氨.一、產(chǎn)品規(guī)模本方案本著投資較少、技術(shù)成熟、產(chǎn)品規(guī)模不能太小的原那么,產(chǎn)品方案為：首先從焦爐煤氣中提取甲烷生產(chǎn)LNG,剩余的氫氣補入適量的氮氣生產(chǎn)合成氨并副產(chǎn)甲醇.小時焦爐氣產(chǎn)量25000Nm3/h計,焦爐氣成分如下:成分H2CH4N2COCO2Ar合計含量58.123.964.598.664.380.31100數(shù)量1452559901147.52165109577.5250001 .LNG生產(chǎn)規(guī)模焦爐煤氣中甲烷含量23.96%,小時可提甲烷5990Nm3,LNG年

12、產(chǎn)量為4792萬Nm32 .氨醇生產(chǎn)規(guī)模焦爐煤氣中CO+CO2含量為60.46%,通過補氮全部用來生產(chǎn)液氨和甲醇按液氨計,小時可生產(chǎn)液氨7.9噸,年產(chǎn)氨醇6.3萬噸.二.、工藝方案焦爐煤氣經(jīng)脫硫、低壓機焦爐煤氣壓縮、變換、精脫硫、脫碳、枯燥除碳、冷凍別離、制氮補氮、高壓機原料氣壓縮、甲醇化、甲烷化、氨合成,產(chǎn)品液化天然氣在冷凍別離工序中產(chǎn)生,過程中產(chǎn)生.25000Nm3/h變換冷凍除碳精脫硫液氨在氨合成工序產(chǎn)生,甲醇在甲醇化4358Nm3/h35990Nm3/h液氨8.18t/h0.214t/h物料衡算表除標明外單位為Nm3/h成分H2CH4N2COCO2Ar脫碳補氮產(chǎn)品產(chǎn)量合計脫硫14525

13、59901147.52165109577.525000低壓壓縮1452559901147.52165109577.525000變換1651759901147.5173308777.526992脫碳1651759901147.51732477.5306323929枯燥除碳1651759901147.5173077.523905冷凍別離1651701147.5173077.5LNG599017915補氮1651705504.5173077.5435822272甲醇化1621705504.523077.5甲醇0.214t/h21822甲烷化16171235504.50077.521776氨合成液氨8

14、.18t/h1 .各工序工藝簡述1脫硫脫硫采用濕法脫硫主要脫除焦爐氣中的無機硫.采用榜膠液相催化脫硫,雙塔串聯(lián)工藝,可使出口H2s降至0.05g/m3以下.脫硫流程簡述如下：氣柜來的焦爐煤氣經(jīng)羅茨鼓風機加壓后進入1塔底部與塔頂下流的脫硫液逆流接觸,氣體從塔頂出來后,由2塔底進入與2塔頂下流的脫硫液逆流接觸,2塔頂出來的氣體經(jīng)氣水別離后去低壓機壓縮.兩塔脫硫液分別在兩個再生系統(tǒng)中再生.2低壓機壓縮脫硫后的氣體經(jīng)4級壓縮,壓縮到2.5MPa.每級壓縮設(shè)有水冷器以冷卻因壓縮升溫的焦爐煤氣.壓縮機入口狀態(tài)氣量為25000m3/h,即416m3/min,可選用200m3/min壓縮機兩臺.3變換焦爐氣中

15、含有8.66%的一氧化碳,必須經(jīng)變換使其變?yōu)闅錃夂投趸?因為焦爐煤氣中含有大量的甲烷,在變換過程中,不能造成甲烷損失.通過計算,甲烷在變換溫度及氣氛下,不會發(fā)生轉(zhuǎn)化反響.變換采用鉆鋁寬溫耐硫催化劑,為一段絕熱變換,變換后一氧化碳小于1%.變換流程如下：壓縮來的焦爐煤氣,經(jīng)煤氣預熱器后,參加蒸汽進入變換爐,在變換爐中進行變換反響,反響后的氣體溫度380c進入鉆鋁加氫轉(zhuǎn)化爐,使氣體中的有機硫全部轉(zhuǎn)化為硫化氫.出轉(zhuǎn)化爐的氣體經(jīng)煤氣預熱器、水冷器后去精脫硫.4精脫硫精脫硫采用濕法加干法脫硫.濕法脫硫采用純堿液相催化法脫硫,干法脫硫采用活性炭用常溫氧化鋅脫硫,可保證氣體中總硫小于0.1ppm以下.濕

16、法脫硫流程表達如下：變換來的變換氣從脫硫塔底部進入,與從脫硫塔塔頂下流的脫硫液逆流接觸,氣體從塔頂出來后經(jīng)其水別離器別離水后進入干法脫硫.塔底脫硫富液去再生系統(tǒng)再生.干法脫硫流程：變化氣濕法脫硫后,進入兩個串聯(lián)的活性炭脫硫罐,而后進入常溫氧化鋅脫硫罐.5脫碳變換后的氣體成分如下成分H2CH4N2COCO2Ar合計含量61.1922.194.250.6411.440.29100數(shù)量1651759901147.5173308777.526992變換后的氣體含有11.44%的二氧化碳,在甲烷提取前必須脫除.脫碳采用MEDA兩段脫除工藝,脫碳后氣體可到達0.1%以下.MEDA是以甲基二乙醇胺水溶液為根

17、底添加少量活化劑組成的多胺溶液,脫碳氣后二氧化碳可達0.01%,熱耗較低.一般熱量消耗低于1880小加3©02是較好的脫碳方法.流程表達如下：變換氣進入兩段吸收塔的下段底部,與下端頂部下流的吸收液逆流接觸,變換氣中的大局部C02被吸收,氣體從下段頂部進入上段底部與上段頂部下流的吸收液逆流接觸,氣體從塔頂出來后經(jīng)氣水別離后去下一工序o吸收塔下段出來的富液在常壓解吸槽閃蒸解吸進行再生后,用泵打到吸收塔下端頂部循環(huán)使用.吸收塔上段底部出來的富液,經(jīng)汽提塔再生后,進行冷卻加壓后循環(huán)使用.設(shè)備利舊.6枯燥、除碳原料氣中還含有0.1%的二氧化碳和微量的水,在制取LNG前必須脫除干凈,由于二氧化碳

18、和水凝固點低,在甲烷冷凝的過程中它們先凝固了,造成冷凍機組和管道閥門的堵塞,會嚴重威脅LNG的正常生產(chǎn).脫除少量的二氧化碳、水采用分子篩法.分子篩脫水凈化是利用吸附劑在高壓常溫將天然氣或合成氣中的水份H2O、二氧化碳CO2吸附,并在降壓和升溫的情況下,水份出0和二氧化碳CO2又從吸附劑中解吸出來,同時吸附劑得到再生.采用三塔流程,兩塔串聯(lián)吸附,一塔再生,連續(xù)自動操作.再生使用氮氣在變換預熱后再用電或中壓蒸汽加熱后通過再生塔進行.分子篩脫水、除碳后,原料氣中水分小于0.1ppm,C021ppm.可以到達制取LNG的要求.7冷凍、別離枯燥后的原料氣只有甲烷、氫氣、氮氣和少量的一氧化碳,可以進行冷凍

19、分離制取LNG了.枯燥后的原料氣成分成分H2CH4N2COAr合計含量69.0925.064.800.720.32100數(shù)量1651759901147.517377.523905LNG制取工序主要分為冷凍和別離兩局部.凈化好的原料氣約40c進入冷箱,在冷箱中首先與別離甲烷后的氣體換熱,而后在制冷機組的過冷器與低溫冷媒換熱,使氣體中的甲烷到達冷凝過冷狀態(tài),再進入別離器別離甲烷后氣相與入口的原料氣換熱后去后工序.冷凝后的液體進入精儲塔進行熱、質(zhì)交換,低沸點物質(zhì)才從塔頂采出重新回到原料氣中,塔底采出LNG去儲罐.整個系統(tǒng)冷量由氮氣循環(huán)閉式制冷系統(tǒng)提供.低壓氮氣經(jīng)壓縮機壓縮后,被循環(huán)水冷卻到40C,進

20、入冷箱主換熱器冷卻后進入透平機膨脹制冷.膨脹后的低溫氣體首先經(jīng)過精儲塔頂部的冷凝器,提供冷量后再經(jīng)過冷器和主換熱器后溫度到達常溫后再次進入壓縮機,依次循環(huán).氮氣循環(huán)壓縮機是用電機驅(qū)動的離心式壓縮機.8)LNG的儲存LNG儲存可分為常壓全冷凍式儲存和帶壓子母罐半冷凍式儲存.本方案暫采用帶壓儲存.每小時產(chǎn)液化天然氣5990Nm3,液態(tài)體積為10m3,日產(chǎn)液化天然氣240m3.考慮到生產(chǎn)水平、銷售和運輸?shù)?廠區(qū)暫設(shè)計2天的儲量.由于儲罐在充裝時需要留有一定空間,作為介質(zhì)受熱膨脹之用,故選用150m3雙層真空低溫儲罐4臺.9)制氮與補氮提取LNG后的氣體成分成分H2N2COAr合計含量92.206.4

21、00.960.44100數(shù)量165171147.517377.517915氣體中氫氣含量92.2%,流量為16517Nm3/h,需要補氮量為4357Nm3/h.制氮采用變壓吸附工藝,先將空氣壓縮到2.5MPa,經(jīng)吸附塔得到99.99%的氮氣.為了穩(wěn)定供氣,吸附塔采用三塔操作,兩塔吸附,一塔再生,連續(xù)自動操作.由于枯燥再生需要少量氮氣,故制氮機組選用6000Nm3/h一套.含氮量為99.99%的氮氣,通過加氮限制閥補入提取LNG后的原料氣管道中.10)原料氣壓縮補氮后的原料氣進入原料氣壓縮機進口經(jīng)三段壓縮到達13MPa后去甲醇化工序.從甲醇化、甲烷化回來的氣體進入壓縮機四段,壓縮到32MPa后去

22、氨合成工段.壓縮機各段采用冷卻水冷卻.進入原料氣壓縮的氣體成分補氮后氣體)成分H2N2COAr合計含量74.1624.710.780.35100數(shù)量165175504.517377.522272入原料氣壓縮機總氣量為22272Nm3/h,折成進口狀態(tài)為14.85m3/min,可選用進口2.5MPa、8m3/h,最終壓力32MPa壓縮機兩臺.11甲醇化、甲烷化原料氣提取甲烷后,還含有少量的一氧化碳.CO在氨合成過程中是有毒物質(zhì),能使氨合成催化劑中毒,以致合成反響無法進行,在氨合成氣氨必須除去.本方案脫除少量一氧化碳采用成熟的醇烷化工藝.甲醇化就是使原料氣中少量的一氧化碳與氫氣反響生成甲醇的過程,

23、甲烷化就是甲醇化后的氣體中未反響完的一氧化碳與氫氣反響生成甲烷的過程.甲醇化流程簡述如下：壓縮來的13MPa的原料氣進入甲醇工序的油水別離器,別離油水后的氣體與反響后的氣體換熱后進入甲醇合成塔,反響后的氣體與入塔氣換熱后經(jīng)水冷器、甲醇別離器、水洗塔后去甲烷化工序.甲醇別離器別離的甲醇去甲醇儲罐.如果進入甲醇化的氣體中一氧化碳含量較高,可采用循環(huán)機循環(huán)的方法,使循環(huán)機出口的循環(huán)氣與新鮮氣在油水別離器混合；反響后的氣體經(jīng)甲醇別離器后一局部去循環(huán)機加壓循環(huán).甲烷化流程簡述如下：甲醇化來的氣體,經(jīng)水別離器、預熱器、加熱器到甲烷化塔,在塔內(nèi)進行反響.反響后的氣體出塔后經(jīng)預熱器與進塔氣換熱后在水冷器冷卻至

24、常溫后去壓縮.甲烷化加熱器可用中壓蒸汽加熱.12氨合成氨合成是氮氣與氫氣在催化劑的作用下生產(chǎn)液氨的過程.由于需要利用舊設(shè)備,本方案仍采用32MPa壓力合成.合成塔采用三軸一徑內(nèi)件.氨合成流程簡述如下：循環(huán)機出口的循環(huán)氣進入油別離器,油別離后,分成兩股,一股約75%進入熱交管外加熱至246C,其中50%從合成塔底部進入二進塔內(nèi)換熱器管內(nèi),加熱后進入中央管,從中央管出來進入觸媒筐第一絕熱層反響,反響后熱氣利用從塔頂下來約50%的冷激氣降溫后進入第二絕熱層.另一股25%未反響氣體從合成塔下部進入環(huán)隙,由下而上到內(nèi)件頂部,與經(jīng)外熱交加熱后的25%氣體集合,從兩根導氣管進入至冷管束,氣體在冷管束內(nèi)加熱后

25、,經(jīng)上升管到達第二、第三絕熱層之間,做為從第二絕熱層、三段冷管層反響后的熱氣約470c480c的冷激氣,兩者混合后,溫度為410C420C,進入第三冷管層、第四絕熱層反響,反響后溫度為440c450C,進入塔內(nèi)換熱器管間,被冷卻至390c395C,從合成塔下部出來的熱氣,氨含量12-14%,進入廢熱鍋爐,溫度降至265C,進熱交換器,被冷卻至70C,進水冷排,冷卻至40C,進入冷交管間,溫度降至12C,進入氨冷器、氨別離器液氨別離后,進入冷交管內(nèi),回收冷量之后,氣體升溫至28C,進循環(huán)機壓縮,再進入油分,合成塔如此循環(huán).補充氣補在出口.內(nèi)件選用三徑一軸內(nèi)冷絕熱式具有高壓容器利用系數(shù)大、催化劑利

26、用系數(shù)高、催化劑升溫復原容易、操作彈性大的特點；且內(nèi)件結(jié)構(gòu)簡單可靠,塔阻力小,可自卸催化劑.13冷凍與儲存冷凍：需要2470kw螺桿式冷凍壓縮機2臺,每臺冷凍壓縮機配蒸發(fā)式冷凝器一臺.利舊儲存：按7天的儲量計,需要設(shè)置2000m3球罐2臺.2.公用工程1供電設(shè)置4萬kVA110kV電站一座.利舊2供汽設(shè)置3.8MP335噸鍋爐一臺.3供水設(shè)置50t/h反滲透+混床制水裝置一套.利舊3.主要工藝設(shè)備見主要工藝設(shè)備一覽表主要工藝設(shè)備一覽表廳P名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注一脫硫1氣柜500m臺12羅茨鼓風機217nm/min臺33脫硫塔力3000臺24再生槽力7000臺2二低壓壓縮1壓縮機200nVmin、終壓2.5MPa臺