第27卷第5期山西化工v.27N.52007年10月SHANXI CHEMICAL INDUSTRYt.2007利用焦?fàn)t煤氣富氧催化轉(zhuǎn)化制合成氣的設(shè)計(jì)工藝程林生,曹陽,成國日山西省化工設(shè)計(jì)院,山西太原03024)摘要:以山西豐喜華瑞煤化工有限公司實(shí)施焦?fàn)t煤氣為原料,生產(chǎn)18萬t合成氨加工30萬t尿素項(xiàng)目為例,介紹了利用焦?fàn)t煤氣富氧催化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)合成氣項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工藝路線、主要設(shè)備選型關(guān)鍵詞焦集爐煤氣催化轉(zhuǎn)化;合成氨尿素;工藝設(shè)多和投資建設(shè)情況,從生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益兩方面與以煤為原料的“1830°項(xiàng)目進(jìn)行了比較中圖分類號(hào):TQ5464文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10047050(200705-004404引言有效氣體q(CO+H)=60%~68%,生產(chǎn)甲醇及其他合成氣還需補(bǔ)碳或配氣,而作為合成氨的原料氣“十五”期間鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展刺激了對(duì)焦則較為理想。因此,釆用煤焦、化一體化的聯(lián)合流炭的需求,并在2003年前后,全國煉焦行業(yè)出現(xiàn)過程不僅可將能源和環(huán)境的發(fā)展結(jié)合起來而且還可度投資、低水平盲目重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象致使產(chǎn)能不斷擴(kuò)將傳統(tǒng)的焦化工業(yè)與化肥工業(yè)有機(jī)地結(jié)合起來,生張,生產(chǎn)大幅度增長。為了最快地得到投資回報(bào),不產(chǎn)大宗支農(nóng)產(chǎn)品—合成氨和尿索,這對(duì)調(diào)整能源少單一煉焦的獨(dú)立焦化企業(yè),不建或緩建化工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和化工產(chǎn)品結(jié)構(gòu),發(fā)展新一代焦?fàn)t氣綜合利用回收系統(tǒng),只設(shè)置冷凝鼓風(fēng)工段將大部分焦油回收,技術(shù),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值大量剩余焦?fàn)t煤氣則直接“點(diǎn)天燈”燃燒排空,遺成利用焦?fàn)t煤氣富氧催化轉(zhuǎn)化制合成氣項(xiàng)目由山了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi),影響了焦化行業(yè)形西省化工設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì),山西豐喜華瑞煤化工有限公象和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此,如何合理有效地利同承辦。本著加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)合作和技術(shù)交流的宗旨,公用外排的焦?fàn)t煤氣,成為擺在當(dāng)?shù)卣推髽I(yè)面前司決定利用項(xiàng)目所在地——運(yùn)城市新絳縣三泉鎮(zhèn)的亟待解決的問題。資源優(yōu)勢(shì),在民營煤化工業(yè)區(qū)內(nèi)建設(shè)一套以焦?fàn)t氣焦?fàn)t煤氣是煤在隔絕空氣下、高溫于餾過程中·為原料,生產(chǎn)18萬ta合成氨加工30萬ta尿素經(jīng)焦化產(chǎn)品回收后得到的氣體其主要成分為H2、的裝置,以加快當(dāng)?shù)亟範(fàn)t氣的回收、加工和轉(zhuǎn)化,生ωoCH等既可作燃料又可作化工原料。凈煤氣產(chǎn)附加值高的產(chǎn)品,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)保護(hù)環(huán)境。項(xiàng)目組成如表1所示。于2006年2月正式破土動(dòng)工,9月全面進(jìn)入安裝階表1凈煤氣組成段,2007年元月開始進(jìn)行單體試車,同年4月14H CH 0 CnHm Nz 0 O日,一次投料開車成功。體積分?jǐn)?shù)/%55-6023-275-82-43-72-403-051設(shè)計(jì)工藝路線從表1可知,凈煤氣組成氫多碳少,碳?xì)浔鹊?以焦?fàn)t氣為原料生產(chǎn)合成氨加工尿素裝置的核心是焦?fàn)t氣的凈化和轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化采用了富氧催化收稿日期:200612-11轉(zhuǎn)化作者筒介程林生,男,1963年出生,1983年畢業(yè)于太原理工大學(xué),中國煤化工脫除,尤其是有機(jī)高級(jí)工程師,現(xiàn)主要從事化工設(shè)計(jì)及管理工作硫的VLCNMHGO2脫除和合成氣2007年10月程林生等,利用焦?fàn)t煤氣富氧催化轉(zhuǎn)化制合成氣的設(shè)計(jì)工藝45精制等流程組合。氣體經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量降溫后,補(bǔ)加蒸汽進(jìn)人變本項(xiàng)目在確定總體工藝流程和技術(shù)方案時(shí),采換工序的中變爐進(jìn)行QO變換反應(yīng)調(diào)整g(OO)=用了目前先進(jìn)的節(jié)能工藝、高效節(jié)能設(shè)備和新型催3%,然后進(jìn)入ZnO精脫硫槽將氣體中的總硫體積化劑,加強(qiáng)了余熱回收利用。裝置中間產(chǎn)品合成氨分?jǐn)?shù)脫至3×106以下,再進(jìn)入低溫變換爐,控制變的單位能耗為4896GJ折標(biāo)煤為1670kg,低于現(xiàn)換氣中q(CO)=0.3%。而煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的半水階段(2004年底)我國平均水平。其工藝路線如下:煤氣,單獨(dú)進(jìn)行壓縮、凈化,中溫變換之后也進(jìn)人首先將來自焦化廠初步凈化后的剩余焦?fàn)t煤氣ZnO精脫硫槽,與轉(zhuǎn)化后的變換氣混合,一起進(jìn)入?yún)R總后進(jìn)入2臺(tái)并聯(lián)的電捕焦油器進(jìn)一步脫除煤氣低溫變換爐進(jìn)行深度變換。變換后的氣體進(jìn)入脫碳中的焦油霧滴然后依次進(jìn)入硫氨工序和洗脫苯工裝置脫除CO2,控制脫碳?xì)庵衠(O2)≤0.2%,再經(jīng)甲序脫除焦?fàn)t氣中的NH和回收焦?fàn)t氣中的苯再烷化裝置精制使氣體中的g(C+OD2)≤10×106進(jìn)入氣柜進(jìn)行混合、緩沖,通過羅茨鼓風(fēng)機(jī)升壓進(jìn)合格的氫氮?dú)饨?jīng)合成氣壓縮機(jī)加壓至314Mma送往人濕法脫硫裝置脫除焦?fàn)t氣中的H2S,經(jīng)壓縮機(jī)加氨合成裝置。氨合成裝置采用314MPa的高壓合壓至23MPa,送干法精脫硫裝置將氣體中的總硫成工藝,尿素工藝采用改進(jìn)型CO2汽提法。氨合成脫至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)7mgm3以下。利用空分裝置送來產(chǎn)生的放空氣凈氨后,一部分作為轉(zhuǎn)化裝置預(yù)熱爐的富氧混入蒸汽進(jìn)行催化部分氧化轉(zhuǎn)化將氣體中的燃料氣另一部分作為造氣吹風(fēng)氣回收裝置的燃的甲烷及少量碳烴轉(zhuǎn)化為OO和H,轉(zhuǎn)化后的高溫料氣。全廠工藝流程示意圖見圖配入空氣量各焦化廠來的粗焦0012m母+2包不的,◇煤造氣水煤,水煤206水少平水媒①氣氣柜濕法脫硫干法脫硫中溫變換造氣吹風(fēng)回收燃料氣4氨回收液氨庫合成514MP(14M甲能①廈良熱合品尿素3圖1全廠生產(chǎn)工藝流程方框示意圖2主要工藝技術(shù)方案氣中,生產(chǎn)的合成氣氫氮比例由加氮量控制,轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)類似傳統(tǒng)天然氣轉(zhuǎn)化的二段爐,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流程1原料氣壓縮短、易于控制。工程設(shè)計(jì)時(shí)為節(jié)省空分裝置的氧氣選擇往復(fù)式壓縮機(jī)組,采用低壓段和高壓段分用量,保證轉(zhuǎn)化爐操作的穩(wěn)定性和安全可靠性,流程開的壓縮方案中設(shè)置了蒸焦預(yù)熱爐和富氧軟水預(yù)熱爐。2.2焦?fàn)t氣干法脫硫2.4補(bǔ)碳釆用鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化串氧化錳和氧化鋅的組合脫本項(xiàng)目最終產(chǎn)品為尿素而焦?fàn)t氣中的總碳與硫工藝,使氣體中的g總硫)≤3×10-6,滿足合成獲得的氨不成比例故需進(jìn)行補(bǔ)碳以使整個(gè)系統(tǒng)的氨系統(tǒng)的凈化要求物料達(dá)到平衡。2.3焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化本著穩(wěn)妥可靠、節(jié)省投資的原則,本項(xiàng)目補(bǔ)碳采采用富氧催化部分氧化法的轉(zhuǎn)化工藝。該法的用新中國煤化工開一備,以無煙特點(diǎn)是轉(zhuǎn)化所需熱量通過轉(zhuǎn)化爐內(nèi)焦?fàn)t氣的燃燒提塊煤玉后,單獨(dú)進(jìn)行中供,燃燒后的尾氣沒有外排而是直接進(jìn)入合成原料溫變CNMH(統(tǒng)。46·山西化工2007年10月2.5脫碳?jí)嚎s級(jí)數(shù):4級(jí);針對(duì)本項(xiàng)目變換氣中QO2含量低、系統(tǒng)操作壓電機(jī)功率2850kW;力不高的特點(diǎn)選用了催化改良熱鉀堿法的脫碳工型號(hào):M24.3/15-314藝,該法凈化度高,CO2回收率高可以彌補(bǔ)焦?fàn)t氣3.3轉(zhuǎn)化爐中CO2不足的缺點(diǎn)。流程采用三段吸收、雙塔變壓轉(zhuǎn)化爐為帶有水夾套的內(nèi)設(shè)耐火隔熱襯里的圓再生的節(jié)能工藝進(jìn)一步降低溶液再生熱能耗。筒反應(yīng)爐,內(nèi)襯為低硅澆注料。爐頭氣體混合采用2.6甲烷化中心管式燒嘴結(jié)構(gòu),氣體自上而下進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐,上部采用甲烷化流程脫除原料氣中微量的∝O和留有足夠的燃燒空間在氣體混合均勻及保證水碳QO2,以達(dá)到精制原料氣的目的該法具有流程簡(jiǎn)單、比的條件下焦?fàn)t氣不會(huì)在燃燒空間中發(fā)生析碳反操作方便設(shè)備和操作費(fèi)用低不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)。爐內(nèi)上部裝填耐熱型轉(zhuǎn)化催化劑Z05,下部裝2.7氨合成填高活性轉(zhuǎn)化催化劑2204。設(shè)備內(nèi)徑為3.0m采用傳統(tǒng)的高壓氨合成工藝技術(shù)選用氨凈值催化劑裝填量不大于30m3,總高約13800m高塔阻力小、先進(jìn)可靠的DN1800合成塔內(nèi)件,設(shè)置后置式廢熱鍋爐及軟水預(yù)熱器,回收合成反應(yīng)熱4項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)比較副產(chǎn)245MPa中壓蒸汽。4.1本項(xiàng)目合成氡、尿素消耗及生產(chǎn)成本估算2.8尿素裝置1.1焦?fàn)t氣價(jià)格確定尿素合成采用改進(jìn)型二氧化碳汽提工藝,造粒按照豐喜華瑞煤化工有限公司與新絳縣民營煤采用塔式造粒工藝投資省,設(shè)備及操作簡(jiǎn)單?；I(yè)園管委會(huì)所簽訂的“焦?fàn)t煤氣供應(yīng)協(xié)議書”規(guī)3主要設(shè)備的選型定,所有入駐園區(qū)的焦化企業(yè)投產(chǎn)后剩余焦?fàn)t煤氣的回收利用均由園區(qū)管委會(huì)統(tǒng)一調(diào)配與管理,雙方3.1原料氣壓縮機(jī)(低壓機(jī))確定焦?fàn)t氣價(jià)格投產(chǎn)當(dāng)年為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)0.05元m3由于焦?fàn)t氣中H含量高氣體密度小,含塵和并以此為基礎(chǔ),每年度增加0.0元m3,最高不超焦油且氣量受焦?fàn)t制約波動(dòng)較大故不宜采用離心過01元m3式壓縮機(jī)。而往復(fù)式壓縮機(jī)與離心式壓縮機(jī)相比,4.1.2單位產(chǎn)品消耗定額及生產(chǎn)成本估算盡管有其不足之處,但其運(yùn)行平穩(wěn),排氣壓力高,系根據(jù)項(xiàng)目工藝物料衡算及可研報(bào)告經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)該國內(nèi)制造投資小,使用經(jīng)驗(yàn)豐富因此決定選用往項(xiàng)目中間產(chǎn)品合成氨消耗及生產(chǎn)成本估算見表2。復(fù)式壓縮機(jī)并采用低壓段和高壓段分開的壓縮方產(chǎn)品尿素消耗及生產(chǎn)成本估算見第47頁表3案。參數(shù)如下:表2中間產(chǎn)品合成氨消耗及生產(chǎn)成本估算表(噸氨)排氣量(吸氣狀態(tài)下):220m3/min;項(xiàng)目消耗量單價(jià)/元成本元備注最大排氣壓力:24MPa壓縮級(jí)數(shù):3級(jí);焦?fàn)t煤氣m313500.1135電機(jī)功率:1800kW;原料煤饣0.325600195無煙塊煤型號(hào):4M2022023BX電/kWh12800.35448臺(tái)數(shù):6臺(tái)。32合成氣壓縮機(jī)(高壓機(jī))新鮮水m5.01.05循環(huán)水補(bǔ)充水本著與低壓機(jī)對(duì)應(yīng)的原則(即停開一臺(tái)焦?fàn)t氣蒸汽t0.8壓縮機(jī)就停開一臺(tái)合成氣壓縮機(jī))高壓機(jī)共選用脫鹽水m4臺(tái),不考慮備機(jī),按5臺(tái)的廠房設(shè)計(jì)。壓縮機(jī)參數(shù)如下催化劑排氣量(吸氣狀態(tài)下):24.3m3/min;計(jì)最大排氣壓力:31.4MPa;注:未包括維修、折舊攤銷費(fèi),工資及福利費(fèi)。中國煤化工CNMHG007年10月程林生等,利用焦?fàn)t煤氣富氫催化轉(zhuǎn)化制合成氣的設(shè)計(jì)工藝47表3產(chǎn)品尿素消耗及生產(chǎn)成本估算表(噸尿素表5產(chǎn)品尿素消耗及生產(chǎn)成本估算表(噸尿素項(xiàng)目消耗量單價(jià)元成本/元備注項(xiàng)目消耗量單價(jià)元成本/備注液氨/0.56液氨t0.5681290732電№W電/Wh1400.35新鮮水m32.42.4循環(huán)水補(bǔ)充水新鮮水/m3241.02.4循環(huán)水補(bǔ)充水蒸汽/0.85蒸汽't0.85包裝袋套20.5241工資及包裝袋唐套20.5福利費(fèi)工資及修理費(fèi)75福利費(fèi)折舊費(fèi)118修理費(fèi)攤銷費(fèi)折舊費(fèi)攤銷費(fèi)4.2以煤為原料項(xiàng)目合成氨、尿素消耗及生產(chǎn)成本合計(jì)1120估算(見表4和表5)6600萬元);若焦?fàn)t氣價(jià)格按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)0.2元/m3表4中間產(chǎn)品合成氨消耗及生產(chǎn)成本估算表(噸氨】計(jì),估算噸氨生產(chǎn)成本為1030元(不含折舊、工資電kWh13000.35455項(xiàng)目具有較強(qiáng)的成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)焦?fàn)t氣價(jià)格按標(biāo)新鮮水/m35.0105循環(huán)水補(bǔ)充水準(zhǔn)狀態(tài)04元加m3計(jì)時(shí),與無煙塊煤為原料的生產(chǎn)蒸汽/t0.2580尿素成本持平。脫鹽水/m385結(jié)論催化劑合計(jì)1290本項(xiàng)目是國內(nèi)外第一套大型化利用焦?fàn)t煤氣生注:未包括維修折舊、攤銷費(fèi)、工資及福利費(fèi)。產(chǎn)氮肥的項(xiàng)目是我院結(jié)合國內(nèi)小裝置20多年的生由表2~表5可知,原料焦?fàn)t氣價(jià)格按標(biāo)準(zhǔn)狀產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),自主開發(fā)放大的創(chuàng)新項(xiàng)目其工藝技態(tài)0.1元h3計(jì),本項(xiàng)目噸尿素生產(chǎn)成本較以無煙術(shù)成熟可靠作為山西省焦?fàn)t氣綜合利用生產(chǎn)尿素塊煤為原料低220(年產(chǎn)30萬t尿素,降低成本的示范工程備受關(guān)注。Technological process of synthesis gas catalyzedby oxygen-enrich using of coke oven gasCHENG Lin-sheng, CAO Yang, CHENG Guo-r(Shanxi Institute of Chemical Engineering Design, Taiyuan Shand 030024, China)Abstract: In this paper, the technological process, main equipment andent condition were introduced in the project of synthe-sis gas catalyzed by oxygen-enrich using of coke oven gas, and compared with 18 30 project with coal in production oost and econocal benifit. It is based on 180 000 t/a synthesis ammnia and 300 000 t/a urea produced by Shanxi Fengxi Huarui coal chemical indus-Key words: coke oven gas; catalytic reforming; synthesis ammina; ureaYH中國煤化工CNMHG