李響
(陜西啟創能源化工科技有限公司,陜西 西安048400)
[摘 要]近年來,焦化行業產業結構調整加快,因其副產的焦爐煤氣是較好的化工原料,使得焦爐煤氣制甲醇、液化天然氣(LNG)、合成氨、尿素、乙二醇、乙醇項目成為熱點;其中,已投運的焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目采用的工藝路線有2條,最主要的區別在于是否設置CO變換工段。通過對設置CO變換工段與否的產品產量、公用工程消耗、項目投資、綜合經濟效益等進行比較,認為焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目采用不設置變換工段的工藝方案更為合理。
[關鍵詞]焦爐煤氣;合成氨聯產LNG項目;變換工段設置與否;產品產量;公用工程消耗;項目投資;綜合經濟效益
[中圖分類號]TQ113.26+4.2 [文獻標志碼]B [文章編號]1004-9932(2021)03-0034-03
0 引 言
焦化行業屬于傳統化工行業,技術和資金壁壘不高,近年來焦化行業一直面臨產能過剩和高耗能、高污染等問題,供給側改革以來,一系列“去產能”政策出臺,違規產能和不環保產能被淘汰,國內幾乎已將4.3 m以下焦爐全部淘汰,新上焦化裝置焦爐都在6 m以上。近年來,產業結構調整加快、“關小上大”,焦化行業通過聯產解決環保問題,同時增加企業經濟效益。數據顯示,2019年全國焦炭產量為4.72×108 t,表觀消費量為4.65×108 t。
焦爐煤氣是焦化行業重要的副產品,焦爐煤氣中含有近60%的H2、約23%的CH4和8%的CO,是較好的化工原料,近年來焦爐煤氣制甲醇、液化天然氣(LNG)、合成氨、尿素、乙二醇、乙醇項目成為熱點,基本上已經取代了焦爐煤氣直接發電項目。當焦爐煤氣量為30 000 m3/h左右時,建議投建甲醇、液化天然氣(LNG)項目;當焦爐煤氣量超過40 000 m3/h時,建議投建甲醇聯產合成氨或者合成氨聯產LNG項目。近年由于甲醇市場比較疲軟,同時市場對LNG的需求增大,合成氨聯產LNG項目的經濟效益較好。目前,已投運的焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目采用的工藝路線有2條,最主要的區別在于是否設置CO變換工段。以下筆者就焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目是否設置CO變換工段談一點認識,供業內參考。
1 焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目工藝方案
據目前國家的有關批復情況,2 800 kt/a焦化項目副產的焦爐煤氣量約為80 000 m3/h(干基),以此為基礎建設焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目,以及其焦爐煤氣的典型組分(見表1)為基準進行的工藝設計及探討如下。
1.1 工藝方案一——不設置變換工段
焦化裝置送來的焦爐煤氣進入氣柜緩沖穩壓,經一次增壓后進入變溫吸附(TSA)凈化系統,除去焦油、萘、苯后進行二次增壓,增壓后進入鐵鉬加氫精脫硫系統,將氣體中的總硫脫至0.1×10-6以下;脫硫后的凈化氣經MDEA脫碳后,采用液氮洗/深冷分離工藝將氣體中的甲烷及少量多碳烴分離出來作為LNG產品,同時在冷箱內進行洗滌配氮,達到配比要求后的氫氮氣送往氨合成系統生產液氨。
1.2 工藝方案二——設置變換工段
焦化裝置送來的焦爐煤氣進入氣柜緩沖穩壓,經一次增壓后進入TSA凈化系統,除去焦油、萘、苯后進行二次增壓,增壓后進入變換工段,通過變換反應將氣體中的CO含量降至1.2%以下;變換氣經濕法脫硫、MDEA脫碳和活性炭精脫硫后,采用液氮洗/深冷分離工藝將氣體中的甲烷及少量多碳烴分離出來作為LNG產品,同時在冷箱內進行洗滌配氮,達到配比要求后的氫氮氣送往氨合成系統生產液氨。當然,工藝方案二也可以設計為在工藝方案一的精脫硫系統與MDEA脫碳系統中間設置變換工段,但如此一來項目的投資及運行能耗較高。
2 2種工藝方案的比較
2.1 產品產量比較
采用上述2種工藝方案,除變換工段的設置會影響液氨和LNG的產量外,2種工藝方案深冷分離出來的富CO氣量也不同(富CO氣返回焦爐燃燒置換出部分焦爐煤氣供化工生產使用)。2種工藝方案之液氨和LNG產量的對比見表2?梢钥闯觯悍桨敢换貭t氣量較大,而富CO氣的熱值較高,所以方案一置換出的焦爐煤氣量較大,由于不設置變換工段,置換出的較大焦爐煤氣量相應地會提高LNG的產量;方案二因為設置有變換工段,焦爐煤氣中的CO與水蒸氣經變換反應轉化成了CO2和H2,相應地會增加液氨的產量。簡言之,方案二(設置變換工段)比方案一(不設置變換工段)液氨產量高15.3 kt/a而LNG產量少12.0 kt/a。
2.2 公用工程消耗比較
由于方案一與方案二返爐富CO氣量的不同,使得不同的工藝方案下裝置的實際運行負荷不同,因而公用工程的消耗也有較大區別。不過,2種方案均需在液氮洗/深冷分離工序之前將氣體中的總硫脫除至 0.1×10-6 以下,只是采用的脫硫工藝不同而已(為便于直觀地比較,脫硫系統稱為精脫硫,下同)。2種工藝方案各工序公用工程消耗的對比見表3。
更多內容詳見《中氮肥》2021年第3期