克旗煤制气项目主要工艺.ppt

内蒙古大唐国际克什克腾日产1200万标方煤制天然气项目介绍,内蒙古大唐国际克什克腾煤制气项目筹备处2009年1月6日,团结、务实、追求卓越,一、化工界区主工艺流程图二、空分分厂工艺介绍三、气化分厂工艺介绍四、净化分厂工艺介绍五、甲烷化分厂工艺介绍六、环境工程分厂工艺介绍,主 要 内 容,灰处理,变换冷却,管道,克劳斯硫回收,氨压缩制冷,废水处理,焦油：16.2万吨/年粗酚：6.2万吨/年,硫磺：16.5万吨/年,石脑油：5.7万吨/年,天然气40亿Nm3/年,循环利用,中油：20万吨/年,动力车间,备 煤,空 分,煤气水分离,酚氨回收,原料煤1548.8万吨/年,燃料煤638.4万吨/年,空气,总煤量2187.2万吨/年,一、化工界区主工艺流程图,加压气化,甲醇洗,甲烷化,灰渣场,二、空分分厂工艺介绍,1.工艺概述1.1 装置组成 本界区空分装置共三期六套，其中主精馏塔由杭州杭氧股份公司制造，单套空分装置制氧能力48000Nm3/h，制氮能力80000Nm3/h；整个空分界区可分为两大块：压缩区域和空分精馏区域。压缩区域内包括六套一拖二空压机组、一套活塞式氮压机组、仪表空压机组以及和机组相配套的辅机、空冷器；在精馏区域内共有六套空分装置以及和装置相配套的相关设备。,1.2 空分流程方框图,空压机组,预冷系统,纯化系统,热交换器,精馏系统,氧氮产品,膨胀机,增压机,空分分厂工艺介绍,液体贮存系统,空气经下塔初步精馏后，获得液空和污液氮，并经过冷器过冷后节流进入上塔。经上塔进一步精馏后，在上塔底部获得液氧，并经液氧泵压缩后进入高压板式换热器，复热后出冷箱，进入氧气管网。在下塔顶部获得纯液氮，送入液氮贮存系统。在下塔顶部抽取压力氮气，复热后出冷箱，进入氮气管网。,空分分厂工艺介绍,蒸汽,空冷塔,膨胀机,空压机,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气去压缩机,分子筛,高压氧气,污氮气去水冷塔,粗氩气,低压氮气去水冷塔,污氮气去分子筛,KDON48000型空分装置简易流程,空分分厂工艺介绍,气化炉示意图,1、碎煤加压气化：本项目选用的碎煤加压气化技术是世界上成熟的煤气化技术之一。具有适应煤种广、建厂数量多、运行历史长的特点。目前国内外运行的同类气化炉超过百台。国内有山西天脊集团和义马气化厂共10台同类炉型。已运行10年以上。山西潞安煤基油的6台气化炉已于近期试车。本项目的48台气化炉全由国内制造。,三、气化分厂工艺介绍,气化分厂工艺介绍,2 气化炉概述：碎煤加压气化炉即鲁奇加压气化炉。出于规避专利或侵权的考虑，国内采用此称谓。气化炉结构：克旗煤制气项目使用的气化炉相当于第三代的MARKIV型鲁奇炉。炉体采用双层夹套式外壳，夹套采用锅炉水冷却，产生中压蒸汽。气化炉的主要内件：上部加煤套筒（或称波斯曼套筒，贮存炉内的冷煤）、排灰的宝塔形炉篦。除炉体外，气化炉的组成部分还有:上部加煤用的煤锁、底部排灰的灰锁、气化炉出口的洗涤冷却器。,气化分厂工艺介绍,3.工艺简述：碎煤加压气化炉属于移动床逆流工艺过程，从炉子的纵剖面看，自上而下可分为：干燥和预热层、干馏层、气化层、燃烧层和灰层。见右图。气化炉的加煤由煤锁间歇操作实现，灰锁也是间歇性排灰。,气化分厂工艺介绍,气化分厂工艺介绍,加压气化流程图,气化分厂工艺介绍,流程简述：装置运行时，煤经由自动操作的煤锁加入气化炉，入炉煤从煤斗通过溜槽由液压系统控制充入煤锁中。装满煤之后，对煤锁进行充压，从常压充至气化炉的操作压力。在向气化炉加完煤之后，煤锁再卸压至常压，以便开始下一个加煤循环过程。这一过程实施既可用自动控制，也可使用手动操作。用来自煤气冷却装置的粗煤气和来自气化炉粗煤气使煤锁分两步充压；煤锁卸压的煤气收集于煤锁气气柜，并由煤锁气压缩机送往变换冷却装置。,气化分厂工艺介绍,气化剂蒸汽、氧气混合物，经安装在气化炉下部的旋转炉蓖喷入，在燃烧区燃烧一部分煤，为吸热的气化反应提供所需的热。在气化炉的上段，刚加进来的煤向下移动，与向上流动的气流逆流接触。在此过程中，煤经过干燥、干馏和气化后，只有灰残留下来，灰由气化炉中经旋转炉蓖排入灰锁，再经灰斗排至水力排渣系统。灰锁也进行充压、卸压的循环。为了进行泄压，灰锁接有一个灰锁膨胀冷凝器，其中充有来自循环冷却水系统的水。,气化分厂工艺介绍,冷却工段。离开气化炉的粗煤气以CO、H2、CH4、H2O和CO2为主要组分。还有CnHm、N2、硫化物(H2S)、焦油、油、石脑油、酚和氨等众多气体杂质。离开气化炉的煤气首先进入洗涤冷却器。洗涤冷却器的用途首先是将煤气温度降至200左右，其次是除去可能夹带的大部分颗粒物。饱和并冷却后的煤气进入废热锅炉，通过生产0.5Mpa(表压)低压蒸汽来回收一部分煤气中蒸汽的冷凝热。离开气化工段的粗煤气在压力4000kpa(g)、温度180饱和状况下，通过粗煤气总管进入煤气变换,气化分厂工艺介绍,汽氧比及蒸汽、氧气流量调节 汽氧比即入炉蒸汽量和氧气量的比值，取决于原料煤的灰熔点。克旗气化炉的汽氧比在7.0kg/Nm3左右。气化炉的负荷调节 改变气化剂的入炉量即改变气化炉的负荷。为满足后工序的相对稳定，一般在气化装置出口煤气总管上设置自动调节系统，通过改变气化剂入炉量来稳定出装置的煤气流量和压力。炉篦转速调节 调节炉篦转速可增加或减少气化炉的排出灰量，以维持炉内反应层的高度。,气化炉运行中的主要调节,气化分厂工艺介绍,消耗和产出(基于4.0MPaA),煤:40.31t/h,氧气:5232Nm3/h,单炉产气量：38756Nm3/h,煤气成份%：氢气 39.04一氧化碳 14.45二氧化碳 31.89甲烷 12.82C2+0.50硫化氢 0.70,（一）净化界区在煤制气项目中的位置,灰处理,动力车间,备 煤,空 分,加压气化,煤气水分离,变换,甲醇洗,甲烷化,克劳斯硫回收,氨压缩制冷,酚氨回收,废水处理,焦油：16.17万吨/年中油：19.98万吨/年粗酚：6.18 万吨/年,硫磺：16.2万吨/年,石脑油：5.73万吨/年,原料煤1548.8万吨/年,燃料煤798万吨/年,天然气1200万Nm3/d,循环利用,空气,四、净化分厂工艺介绍,火 炬,1、去除有害和不用杂质、调节气体成份：通过部分变换，为后工序提供合格的气体，如本项目要求为甲烷化入口提供/.05的气体。、回收有用物质：如本项目将2S酸性气送克劳斯装置生产硫磺；回收石脑油；O2也可根据用户需要回收利用。,A、将有害（或不用）的物质转换为有用的物质，如O变换转换为2;B、去除有害杂质(如2S、COS)和不需要的物质（如O2)。,净化的目的和意义,净化分厂工艺介绍,气体变换、冷却：本项目中变换主要目的是调节进甲烷化入口的氢碳比，根据目前设计，粗煤气中约15%的气体需进行变换。低温甲醇洗脱硫脱碳：根据不同气体、物质在低温甲醇中溶解度不同的原理，脱除气体中有害和不需要的物质(如硫组份和O2等)。氨压缩制冷：通过离心压缩机为氨循环提供动力，利用氨的相变（液氨-气氨）吸热效应，为低温甲醇洗提供冷量。硫磺回收：采用克劳斯斯科特工艺，回收硫磺，实现尾气达标排放。火炬系统：火炬系统用于处理各装置发生事故时或正常生产中排放的大量易燃、有毒、有腐蚀性气体，通过明火燃烧，达到烧掉气态污染物的目的，达到国家排放标准。,净化主要工段的划分,净化分厂工艺介绍,1 工艺概述1.1 岗位任务,调节甲烷化入口H/C比：将粗煤气中的CO部分变换为2，以满足甲烷合成对气体的要求(H/C=30.05)；回收变换反应热：利用变换气中的显热和水蒸汽冷凝潜热生产低压蒸汽及预热锅炉给水后，最终用循环水冷却至2540去低温甲醇洗。,粗煤气变换、冷却工段介绍,净化分厂工艺介绍,净化分厂工艺介绍,1.2 反应原理,CO+H2O=H2+CO2Q 变换反应是一个可逆、等体积的放热反应，提高反应物浓度、降低温度对反应平衡有利，提高压力对反应平衡影响不大，但压力增高，反应速度加快，对变换反应进行是有利的。由于要变换的CO不多，工艺上根据甲烷化对H/C的要求，采用部分的粗煤气（约15%左右）进变换装置，其余气体走旁路，这样也可降低变换部分的投资。,净化分厂工艺介绍,1.3 变换催化剂(采用钴钼耐硫催化剂),工业上，CO变换反应均在催化剂存在下进行。20世纪60年代前，主要应用以Fe2O3为主体的催化剂。随着国内近年来越来越多的先进煤气化工艺被采用，针对直接回收热能的激冷、废锅流程，为提高能量利用率，已无法延续传统的先脱硫再变换的方法，目前煤气化工艺普遍采用耐硫变换催化剂，其主要优点如下：Co-Mo耐硫催化剂适用于原料气中硫含量较高的变换气，因此流程设置上不需先脱硫，使后续的流程更简单；Co-Mo耐硫催化剂起活温度较低，温区宽，活性温度范围为：180-480，流程上可以实现一次变换。,净化分厂工艺介绍,1.4 主要工艺流程方框图,粗煤气,煤气洗涤,预变换,主变换,废锅,煤气洗涤,循环水冷却,余热回收,去甲醇洗,低温塔供货周期：12个月,变换炉供货周期：12个月,净化分厂工艺介绍,1.5 主要设备（变换炉),净化分厂工艺介绍,变换、冷却工段原材料及动力消耗（六套),1、工艺概述1.1 岗位任务,通过物理吸收脱除粗煤气中的有害杂质(甲醇洗出口气体H2S0.1PPm，CO21%)，为后工序的甲烷合成提供合格的原料气。根据不同物质在低温甲醇中的溶解度不同，可以将低温甲醇洗理解为三段吸收过程：预洗段：脱除煤气中的石脑油、烃类和HCN等有害杂质；脱硫段：脱除煤气中的硫组份(包括COS、H2S等)；脱碳段：脱除煤气中的CO2，控制甲烷化入口CO21%。,净化分厂工艺介绍,低温甲醇洗工段,净化分厂工艺介绍,低温甲醇洗工艺是20世纪50年代德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化技术，后来两家公司分离，分别为林德甲醇洗和鲁奇甲醇洗技术。两者为战略合作伙伴关系。国产化情况：化二院在对众多引进装置消化吸收的基础上，解决了低温甲醇 洗设计所需的物性数据库问题，并建立了完整的低温甲醇洗数 据库和模拟计算数学模型，从而实现了国产化；化二院低温甲醇洗技术先后用于山西天脊和云南解化扩建改造,义马煤气厂二期150万Nm3/d 城市煤气，神华宁夏煤业集团25万t/a甲醇，山西潞安等项目。,1.2、技术来源,1.3 流程方框图(我厂采用鲁奇九塔流程),净化分厂工艺介绍,九塔分别为：1、H2S吸收塔2、CO2吸收塔3、CO2闪蒸塔4、H2S闪蒸塔5、热再生塔6、尾气洗涤塔7、预洗闪蒸塔8、共沸塔9、甲醇水分离塔,低温塔供货周期：12个月,净化分厂工艺介绍,1.4、长周期或关键设备（塔）,净化分厂工艺介绍,1.5长周期或关键设备,进口贫甲醇泵：供货周期16个月,绕管换热器：供货周期12个月,净化分厂工艺介绍,克旗项目甲醇洗工段分为三系列共六套低温甲醇洗装置，六套共处理粗煤气 1860270 Nm3/h，出口净化气1264797 Nm3/h。副产石脑油：5.7万吨/年 副产硫磺：16.5万吨/年,义马低温甲醇洗装置,多伦低温甲醇洗装置,净化分厂工艺介绍,低温甲醇洗原材料及动力消耗（六套),1.1 岗位任务 原料煤加压气化时,煤中80%的硫进入粗煤气中，在低温甲醇洗H2S先被吸收，然后H2S气体又被解析出来，解析出的H2S气体若不加以回收,不但造成当地环境污染,而且浪费宝贵的硫资源。三期硫磺产量达到16.5万吨/年。本装置的作用是将低温甲醇洗主酸性气中的H2S、COS和SO2转化成单质硫磺，尾气中SO2850mg/m3达标排放(满足大气污染物综合排放标准GB16297-1996的规定标准)。,1、工艺概述,硫磺回收装置介绍,净化分厂工艺介绍,1.2“硫”回收技术选择“硫”回收方法根据工艺流程选择和当地产品销路情况，产品可以是硫磺（S）或硫酸(H2SO4)；本项目若选择硫酸(H2SO4)存在交通运输限制、安全及产品大量贮藏等制约因素，综合对比选择制硫磺工艺；目前，为实现达标排放，产品为硫磺的酸性气处理工艺通常采用带有SCOT尾气处理的克劳斯硫回收工艺。,净化分厂工艺介绍,1.3 Claus-Scot工艺原理1.3.1 Claus（克劳斯）反应原理 H2SO2=SO2+H2O 2H2S+SO2=Sx+2H2O CS2+H2O=COS+H2S COS+H2O=H2S+CO2 1.3.2 Scot（斯科特）反应原理 SO2+3H2=H2S+2H2O S+H2=H2S COS+H2O=H2S+CO2 CS2+2H2O=2H2S+CO2,(1)(2)(3)(4),(1)(2)(3)(4),净化分厂工艺介绍,1.4 工艺路线选择克劳斯工艺路线主要有二种类型：部分燃烧法、分流法。部分燃烧法：全部酸性气进制硫燃烧炉，通过控制空气加入量使1/3的酸性气部分燃烧；分流法：1/3的酸性气进燃烧炉燃烧，另外的2/3酸性气走旁路，两者汇合后再进行克劳斯反应。鲁奇炉加压气化工艺，酸性气中含有5.18%左右的烃类，目前国内鲁奇加压气化的硫回收均为化二院设计，全部采用分流法，如云南解化、河南义马、哈气化均无法避免析碳的问题，所产硫磺为黑硫。云解化和义马厂经过专业硫回收工程公司进行技术改造后，采用部分燃烧法，目前运行正常。,净化分厂工艺介绍,1.5 工艺流程简图,制硫燃烧炉,一、二级克劳斯反应,加 氢反 应,吸 收再 生,尾气焚烧炉,烟囱,预洗闪蒸气,主酸气,空气,煤气水分离酸气,酚回收酸气,S02850mg/m3达标排放,空气,净化分厂工艺介绍,6、主要设备 燃烧炉火嘴、高温掺合阀,净化分厂工艺介绍,高温掺合阀,燃烧炉火嘴,2.1 硫磺产量：16.5万吨/年(共三套)硫磺质量：GB/T2449-2006国标优等品。工业硫磺指标表(m/m),净化分厂工艺介绍,净化分厂工艺介绍,硫磺回收主要消耗及副产,1.1 岗位任务 在低温甲醇洗工艺中，甲醇为保持较好的物理吸收特性，需要在较低的温度操作，所需冷量除富液甲醇闪蒸和CO2解析时释放出的冷量外，主要的一个冷源靠压缩制冷装置提供，在本项目中，氨压缩制冷装置提供两个级别的冷源，-40级和0 级。在本项目中，每两套压缩制冷装置并联为一套低温甲醇洗装置提供冷量，三期共12套氨压缩制冷装置。每期氨压缩制冷装置提供-40级冷量16194KW/h和0 级冷量2352KW/h。,1、工艺概述,净化分厂工艺介绍,氨压缩制冷装置介绍,制冷的方法很多，可分为物理方法和化学方法。但绝大多数为物理方法。目前人工制冷的方法主要有相变制冷、气体绝热膨胀制冷和半导体制冷三种。在本项目中，采用相变制冷方法。相变制冷：即利用物质相变的吸热效应实现制冷。如冰融化时要吸取80 kcal/kg 的熔解热；氨在标准大气压下气化时要吸取327kcal/kg 的气化潜热；干冰在标准大气压下升华要吸取137kcal/kg 的热量，其升华温度为-78.9。目前干冰制冷常被用在人工降雨和医疗上。,制冷的方法,净化分厂工艺介绍,五、甲烷化分厂工艺介绍,（一）工艺概述,1.1煤制天然气工艺路线,CO+3H2 CH4+H2O H0=-206 KJ/molCO2+4H2 CH4+2H2O H0=-165 KJ/mol,1.2甲烷化反应原理,气化,气体净化,煤,甲烷化,SNG,反应特点：可逆、强放热、体积缩小,1.3反应控制策略 为促进化学平衡向右进行，最大量 甲烷化，应从以下几个方面入手：提高反应压力反应多段化反应热快速转移，降低反应温度提高第一段甲烷化反应温度，有益于形成温度梯度，提高副产 余热回收利用率。结论：在每个化反应器中甲烷化反应在瞬间达到平衡，基于此平衡点，进行工艺 设计及能量利用。甲烷化工艺通过多段的反应平衡点的最优选择以及能量的优化利用来实现。,甲烷化分厂工艺介绍,1.4英国Davy 公司甲烷化工艺 HICOM工艺,甲烷化分厂工艺介绍,1.6丹麦Topsoe公司甲烷化工艺TREMP工艺,循环压缩机,甲烷化分厂工艺介绍,甲烷化分厂工艺介绍,2.1原料气规格,模数：,（二）甲烷化生产处理能力(以一期工程计),在碎煤加压气化炉反应过程中内，用于制气的原料煤中有部分成分未完全分解，随煤气夹带出来，在冷却和洗涤过程中生成废水。酚回收主要作用：回收废水中的有用物质；减小废水处理系统负荷。,六、环境工程分厂工艺介绍,（一）酚氨回收工艺概述,环境工程分厂工艺介绍,化二院改进前萃取工艺流程示意图,环境工程分厂工艺介绍,对总酚和氨氮的脱除率较低，废水中COD含量高，废水生化性较差；水塔侧线带液，溶剂消耗量较大；系统加碱量较大，同时增加废水含盐量，后系统处理难度大。,化二院老工艺存在的问题,环境工程分厂工艺介绍,总酚残留量由原工艺的1400mg/L以上降低至500-700mg/L，多元酚含量降低至400mg/L以下；COD由原来的6000mg/L以上降低至4000mg/L以下（哈气数据），废水的可生化性大幅度改善；废水中的酸性气体含量大幅度降低，可由原来的1500mg/L以上降低至400mg/L以下，溶剂回收时溶剂随不凝气的损耗减少；烧碱消耗量降低；废水变得清澈、泡沫减少，汽提塔操作时不再液泛；没有了水塔侧线夹带溶剂的现象，避免了溶剂跑冒；产生氨气中的酸性气体和酚含量可由原工艺的2%和1600mg/L以上均降低至20mg/L以下，降低了氨精制工序的负荷。可省去钛制提浓塔的投资，氨洗塔的投资也可大幅度减少，并且提高了成品液氨的产量和质量。,酚回收改进工艺的优点,环境工程分厂工艺介绍,酚回收改进工艺流程简图,1、废水处理情况说明1.1 废水特点1.1.1 有机污染物种类多 废水中污染物包括芳香族化合物如苯属烃、萘、蒽，含氧化合物如酚、甲酚，含硫化合物如噻吩、硫代环烷，含氮化合物如吡啶、氮杂萘、氮杂芴，以及油等。1.1.2 浓度较高 主要污染物中COD为4380mg/L左右，BOD为1400mg/L左右，总酚为920mg/L左右，氨氮为80mg/L左右。,（二）废水处理工段,环境工程分厂工艺介绍,1.2 废水水量1.2.1 气化炉的废水 平均排水量为1670 m3/h，最大时排水量为2004m3/h。水温40，压力0.4MPa。1.2.2 化工区其它排水1.2.3 废水总量 废水总排水量为1709m3/h，最大小时排水量为2100m3/h。1.3 废水处理要求 废水经物化处理、生化处理、深度处理及部分膜处理后，达到循环水回用标准（HG/T3923-2007循环冷却水用再生水水质标准），回用至浊循环冷却水系统，以降低本项目的水耗。,废水情况介绍,环境工程分厂工艺介绍,专家讨论形成的废水处理流程示意图,酚水来自酚氨回收,甲醇洗废水,硫回收废水,甲醇废水,甲烷化废水,全厂生活废水,隔油沉淀,均,质,池,气,浮,厌氧酸化,SBR,(,或多级,A,/,O,),电解改性,接触氧化,高级氧化,接触氧化,（,或曝气生物滤池,）,多介质过滤,超,滤,部分反渗透,混合回用,