煤制烯烃示范工程建设技术风险防控方案.docx
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1、煤制烯烧示范工程建设技术风险防控方案一、煤制烯烧项目中重大技术风险分析神华煤制烯烽项目是以神东煤矿的煤炭为原料,生产聚烯烧为最终产品的特大型煤化工项目,该项目重大技术风险主要有:工艺技术路线、关键设备的选型与制造、关键设备的施工安装,以及各单元装置之间的互供料界面衔接。工艺技术路线是在项目前期应作出的判断和选择,对于神华包头煤制烯燃项目,关键工艺技术除了MTO技术以外均选用最可靠、成熟的工艺,且均有良好的运行业绩。在源头上将风险进行了规避。该项目超大型设备较多,也是煤化工产业化和工程化成功的关键。以煤炭为原料生产180万吨/年甲醇在世界尚属单线生产能力最大,相应的超大型设备较多,制造和安装风险
2、的防控非常关键。二、工艺技术风险防控神华包头煤制烯燃项目,技术路线选择是以成熟、先进、可靠为原则,工厂流程短,建设工期短。煤气化技术以煤为原料的气化方法主要有固定床和流化床、气流床等,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。通过对这些技术在工艺性能、投资、国产化率、环境影响、能耗指标、建设周期和已有业绩等方面的详细比较,根据本项目的特点,认为选用美国德士古(Texaco)公司气流床气化技术更具优越性:单台炉处理煤量大,最大日处理煤量2000吨;气化压力高,新鲜气可不需增压、且合成气压缩功耗省,尤其是生产甲醇时,可实现等压合成;有效
3、气(CO+H2)含量高,生成的新鲜合成气惰性组分含量低,特别适合做生产甲醇的合成气,甲醇合成弛放气排放量低。煤的适应性宽。可利用粉煤,原料利用率高;三废量小,污染环境轻,废渣可做水泥原料;该技术在世界上已有8套装置运行,其中我国有5套;目前中国在建的德士古装置有8套。本项目的原料煤属低变质长焰煤,化学活性良好,灰熔点1130C,符合TeXaCO气化技术要求。另外水煤浆气化技术经过我国有关科研、设计、生产、制造部门的多年研究,己基本掌握该技术,并能设计大型工业化装置,国产化率达90%以上,气化炉在国内制造,可以控制并节省大量投资、同时可有效缩短建设周期。总之,该技术国内支撑率高,生产运行管理经验
4、多,风险少,故被选做为本项目的气化工艺技术。变换技术煤浆气化气中干基CO含量为4951%,H2含量为3435%,不符合甲醇合成新鲜气的要求,需将部分粗合成气进行CO变换,增加H2含量。这部分气量约占总气量的55%左右,以调整甲醇合成气的组成。采用耐硫变换时,煤浆气化粗合成气经洗涤后含尘量l-2mgNm3,温度为230245C,并被水蒸汽饱和,水汽比约为1.1.6,直接经过加热升温后即可进入变换,不需再补加蒸汽。由于流程短,能耗低,故水煤浆气化配耐硫变换是最佳选择。脱硫、脱碳技术目前主要技术有低温甲醇洗(ReCtiSOl)和NHD(或Selexol)工艺。低温甲醇洗技术是采用冷甲醇作为溶剂脱除酸
5、性气体的物理吸收方法,是由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种有效的气体净化工艺。该技术成熟可靠,能耗较低,气体净化度高,可将C02脱至IOppm以下,H2S小于0.IppmoNHD(或SeIeXoI)溶液对CO2、H2S等均有较强的吸收能力,采用这种技术可将合成气中的C02脱至0.1%以下,H2S小于IPPnl,但对COS吸收能力差,需增加水解装置,而且该工艺须将脱硫和脱碳分开脱除,使得流程复杂,另外其溶剂昂贵。故本项目采用低温甲醇洗工艺。目前,国外低温甲醇洗工艺有林德工艺和鲁奇工艺二种流程,二者在基本原理上没有根本区别,而且技术都很成熟。两家专利在工艺流程设计、设备设计和工程实施上各有特点
6、。国内大连理工大学经过近20年的研究,也开发成功了低温甲醇洗工艺软件包,并获得了国内两项专利。虽然大连理工大学低温甲醇洗工艺虽然技术指标不比国外技术差,但鉴于至今尚无一套利用该技术的装置正式投入使用,和林德与鲁奇技术相比缺少实际运行经验和数据,有待于实际运行的验证,存在着一定的风险。因此,考虑到项目流程上的可靠性,本项目的酸性气体脱除推荐采用林德低温甲醇洗工艺。甲醇合成技术国外的合成甲醇反应器主要有以下几种形式:ICl多段冷激型甲醇合成反应器(即英国DAVY国内公司技术),Lurgi低压甲醇合成工艺及反应器,TEC的新型反应器合成甲醇工艺,MHI/MGC管壳-冷管复合型甲醇合成反应器,托普索径
7、向流甲醇合成反应器,Linde等温型甲醇合成反应器。国内在甲醇合成反应器方面也有了相当的进展。目前无论国内国外建设甲醇装置,大多采用低压法技术。低压法与中高压法相比,具有消耗定额低、能耗低、成本低、产品质量高等优点。在反应器方面有TEC的MRF多段径向流动反应器,托普索三个并联激冷绝热径向流合成塔,三菱重工的管壳-冷管复合反应器等,这些反应器比传统的低压合成法反应器具有转化率高、反应器体积小、反应热移出更方便、床层压降小等优点。就目前应用最广、采用最多的低压合成甲醇技术是LUrgi和Iel技术,这两种技术发展历史最长,积累的实践经验最多,在世界建厂也最多,拥有不同规模的甲醇合成装置,并且目前达
8、到的单系列合成甲醇装置能力也最大。ICI合成反应器采用激冷式,设备结构简单、单系列生产能力大、投资小,其缺点是用原料气激冷控制温度,床层温度有波动时,循环比较大,操作费用高,需专设开工加热炉。ICl工艺的能量回收系统最近也作了一系列改进,如利用低位能反应热预热锅炉给水,采用冷凝式蒸汽透平代替背压式透平机等。1.urgi合成反应器,反应气转化率高,副反应少,系统对于反应热的回收和利用已经比较完善,操作费用低,开工时不用设开工加热炉。但缺点是反应器结构较复杂,体积较大,运输困难。Lurgi公司为了实现甲醇装置的超大型化,还推出了两台反应器串联的流程,即气冷-管壳反应器串联及热量偶合的流程,单系列甲
9、醇能力可达5000吨/天以上。1.urgi工艺甲醇合成塔,反应温度均匀,转化率较高,反应副产物少,原料消耗低,副产物少,加上国外目前建设的大型/超大型甲醇装置多采用Lurgi工艺,大型装置工业化经验多,工艺成熟。其次,就一台反应器和两台反应器来说,Lurgi公司都可以提供。单按设备造价,一台反应器比两台反应器省,但其直径接近5米,要采取特殊的运输方案,需要增加一笔可观的大件运输费,且建设时间延长。根据以上分析,考虑到合成塔的运输问题,本项目采用了Iel技术(即英国DAVY公司技术)生产180万吨/年甲醇。DMTO技术DMTO技术是中科院大连化物所在实验室研究成功的甲醇制取低碳烯燃催化剂,并在实
10、验室采用流态化反应工艺完成了工艺条件的开发。在工业性试验装置建设过程中,由陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司投资建设,中石化洛阳石化工程公司承担工程设计,三方合作建成DMTO技术工业化试验装置,并完成了万吨级工业化验证工作。因此,DMTO技术的工业化推广过程中,大连化物所提供DMTO催化剂制备技术,并提供实验室阶段得到的工艺数据,中石化洛阳石化工程公司承担DMTO工业化试验装置的工程设计工作,陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司承担施工建设管理、投料运行和维护技术支持。这样一个三方组合的技术许可方,其风险主要在大连化物所开发的催化剂的性能,以及工艺设计和工程设计的水平和经验上,洛阳石化工程公司充
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