煤制天然气工艺简介(最新终极版)

煤制天然气工艺简介新疆庆华能源集团有限公司2011.10全厂工艺流程简述•一、概述•本项目为年产55亿立方米煤制天然气工程，共分为四期。全部建成后共有四系列备煤装置（两座12万吨圆形储煤仓）、64台气化炉、8套变换冷却、16套煤气水分离、8套酚回收、4套氨回收、8套低温甲醇洗、8套混合制冷、4套硫回收、2座全厂火炬、4套甲烷化、4套压缩干燥、8套五万立空分、10台锅炉、7台汽轮发电机组等装置。•其中一期工程主要包括：•两系列备煤装置（1座12万吨圆形储煤仓）、16台气化炉、2套变换冷却、4套煤气水分离、2套酚回收、1套氨回收、2套低温甲醇洗、2套混合制冷、1套硫回收、1座全厂火炬、1套甲烷化、1套压缩干燥、2套五万立空分、5台锅炉、2台汽轮发电机组等装置。•一期工程生产天然气171875Nm3/h，13.75亿Nm3/年•一期工程消耗煤炭641T/h，512.8万吨/年（其中原料煤365.6万吨，燃料煤147.2万吨）•一期工程用水量2000T/h，1600万吨/年•一期工程用电8.5万KWh(其中自发电7.5万KWh，受网电1万KWh)一期工程年产焦油49600吨、中油55360吨、石脑油19200吨、粗酚20160吨、硫磺13667吨、硫铵30880吨。本装置采用的主要工艺技术：•纯氧碎煤加压气化（鲁奇技术）•粗煤气耐油耐硫变换•低温甲醇洗•混合制冷•超优克劳斯硫回收•甲烷化（引进丹麦托普索技术）•内压缩空气分离•循环流化床锅炉（一期为循环流化床，二、三、四期为粉煤锅炉）•生化污水处理本项目生产车间设置：•气化车间•净化车间•甲烷化车间•空分车间•水处理车间•热电车间•电气车间•仪表车间•化机车间•化验车间全厂总流程方块图蒸汽粗煤气粗煤气净煤气液氨酚水氨水硫化氢天然气首站煤气水天然气天然气氧气氨气空气副线电能供全厂全厂电气主接线示意图变主号1变主号235KV母线110KV母线1号发电机60000KW2号发电机15000KW一期气化35KV变电所25000KVA×2一期净化35KV变电所40000KVA×2一期空分35KV变电所25000KVA×2一期厂用35KV变电所50000KVA×2一期35KV备用×2国网全厂工艺流程简述•煤制天然气全套生产装置主要包括：备煤、水处理、空分、热电、气化、煤气水分离、酚氨回收、变换和煤气冷却、低温甲醇洗、混合制冷、硫回收、甲烷合成、天然气压缩和干燥脱水、罐区等生产装置。其中备煤、水处理、空分、热电为辅助生产装置，而气化、煤气水分离、酚氨回收、变换和煤气冷却、低温甲醇洗、混合制冷、硫回收、甲烷合成、天然气压缩和干燥脱水为化工主生产装置。•辅助生产装置中，备煤主要是通过破碎、筛分（弛张筛）等生产过程为气化炉提供6～50mm的原料煤；空分采用内压缩流程生产技术，为化工装置提供氮气和氧气；热电装置采用循环流化床锅炉（一期）和汽轮发电机组为全厂提供蒸汽和电能；水处理包括原水处理、脱盐水、循环水、污水处理等生产装置，为全厂提供新鲜水、脱盐水、循环水以及对全厂的污水进行生化处理。•主生产装置中，气化采用纯氧固定床碎煤加压气化技术，以氧气和蒸汽作为气化剂与原料煤发生复杂的气化反应产生粗煤气（主要成分包括甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳以及氨酚、焦油、中油、石脑油等），经酚水喷淋洗涤除去煤尘、氨酚、焦油、中油再经废锅冷却后进入变换装置。•变换装置是通过钴钼催化剂使一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气，从而降低一氧化碳含量和提高氢气含量（即调整氢碳比），目的是使煤气组份符合甲烷合成的要求。其主要工艺流程就是粗煤气经换热器预热后进入预变炉和主变炉（炉内均装有钴钼催化剂）进行变换反应，反应后的煤气经换热器冷却后送入煤气冷却装置。•煤气冷却就是通过换热器利用脱氧水、脱盐水和循环水逐级对煤气进行冷却后送入低温甲醇洗。•粗煤气中含带的氨、酚、焦油、中油等被酚水洗涤吸收后进入煤气水分离装置，利用泄压闪蒸的原理将煤气水中的气体解吸出去，然后利用重力沉降的原理将焦油和中油分别分离出去，剩下的酚水送入酚回收装置。•酚水进入酚回收装置先经预净化脱除酸性气体，然后进入脱氨塔脱除氨并送往氨回收；之后酚水再进入萃取塔用二异丙基醚作为萃取剂将酚萃取出来，之后再通过精馏塔将二异丙基醚和酚分离出来从而得到产品粗酚，二异丙基醚作为萃取剂循环使用；脱酚后废水送往污水处理。•来自酚回收装置的氨水进入氨回收装置先经过预处理，然后进入氨精馏塔进行精馏，从而得到产品液氨，脱氨后废水送往污水处理。•低温甲醇洗的原理就是利用低温甲醇的选择性吸收特性，将粗煤气中的硫化物（主要是硫化氢）、二氧化碳以及石脑油等成分脱除，以达到煤气净化的目的，使净煤气符合甲烷合成的要求。其工艺流程就是粗煤气依次进入硫化氢洗涤塔和二氧化碳洗涤塔，利用低温甲醇贫液对煤气进行吸收洗涤，脱除硫化氢和二氧化碳的净煤气经换热器复热后作为合成原料气送入甲烷合成装置。洗涤后富含硫化氢和二氧化碳等成分的甲醇富液，分别进入二氧化碳闪蒸塔和硫化氢浓缩塔进行泄压闪蒸，将二氧化碳从甲醇富液中闪蒸出去，同时硫化氢浓缩塔中的甲醇富液闪蒸出二氧化碳后硫化氢的浓度得以提高，然后进入热再生塔进行加热解吸，解吸出的硫化氢气体送入硫回收装置作为原料生产硫磺，甲醇富液也变成甲醇贫液。另外来自硫化氢洗涤塔下段（预洗段）富含石脑油和水分的甲醇富液先进入预洗闪蒸塔将气体组分闪蒸出去，之后进入萃取槽用脱盐水作为萃取剂进行萃取，甲醇全部溶于水中，而石脑油则与之分层浮在上层，可将石脑油分离出去，然后甲醇水溶液依次进入共沸塔和精馏塔将甲醇和水分离，这部分甲醇富液也变成了甲醇贫液。经过上述一系列的复杂再生过程，甲醇富液全部变为甲醇贫液，重新送回系统作为吸收剂循环使用。•因低温甲醇洗使用的是低温甲醇，所以必须由外部装置提供冷量。混合制冷装置的作用就是为低温甲醇洗提供冷量；其工艺流程就是利用蒸气透平离心式压缩机将来自低温甲醇洗的氨气压缩后进入吸收器用贫氨水吸收后变为浓氨水，之后再进入精馏塔进行精馏，得到的纯氨气经冷却后变为液氨，然后将液氨送到低温甲醇洗作为制冷剂。液氨经蒸发制冷后变为氨气再重新回到压缩机进行压缩，如此往复循环使用。•来自低温甲醇洗的硫化氢气体作为生产硫磺的原料送入硫回收装置，其工艺技术采用超优克劳斯工艺。主要工艺流程是原料硫化氢气体先进入主燃烧室，将其中三分之一的硫化氢燃烧后转变为二氧化硫，然后硫化氢与二氧化硫再反应生成单质硫；为进一步提高硫的转化率和保证排放尾气达到国家环保标准，出主燃烧室的工艺气经废锅冷却后还要经过内部装有催化剂的克劳斯反应器、选择性催化还原反应器以及部分氧化催化反应器等工序，从而将硫化氢转变为产品硫磺。•来自低温甲醇洗的净煤气作为合成原料送入甲烷合成，其工艺技术采用丹麦托普索的镍基催化剂SNG合成技术。主要工艺流程为原料净煤气经压缩机压缩后进入甲烷化第一反应器，然后再依次进入甲烷化第二、第三、第四和第五反应器，其反应原理是一氧化碳（包括少量二氧化碳）与氢气在镍基催化剂的作用下发生甲烷化反应，生成甲烷和水。之后甲烷气体经天然气压缩机压缩升压后送入三甘醇脱水装置进行物理脱水干燥，富含水分的三甘醇富液经再生塔蒸馏再生脱除水分后变为三甘醇贫液，作为吸收干燥剂送回吸收塔循环使用。而干燥后的合格天然气送入天然气首站。二、各装置具体工艺流程•（一）备煤•备煤装置为两系个列，单系列处理能力为2000T/H，圆形储煤仓的储存能力为12万吨（可供一期装置正常运行7天）。•由汽车运来的原料煤进入汽车卸煤槽，经叶轮给煤机送入带式输送机，然后煤通过电液动三通分料器可分为两路运送，一路送入圆形储煤仓（煤可通过堆取料机由输煤皮带送入破碎筛分楼），另一路送入破碎筛分楼，经分级破碎机破碎后进入驰张筛进行筛分，筛下物（≤10mm的碎煤）通过输煤皮带送往热电锅炉，而筛上物（粒度在10mm—50mm之间）通过输煤皮带送往气化。当热电锅炉用煤和气化用煤量不匹配，且锅炉用煤量不能满足要求时，则一部分煤不进入驰张筛，而是直接进入四齿辊破碎机，破碎后的煤与驰张筛的筛下物混合送往热电锅炉。备煤装置工艺流程示意图汽运原料煤10mm以下10~50mm•（二）气化•气化装置分为两系列，单系列为8台气化炉（7开1备），正常运行时单台气化炉氧负荷为6777Nm3/h，炉压为4.0MPa，单台气化炉产粗煤气气量为49000Nm3/h，汽氧比通常在5—6之间。•气化装置主要由气化炉、洗涤冷却器、废热锅炉、煤斗、煤锁、灰锁、灰膨胀冷却器及水力除渣系统等组成。•本装置采用纯氧固定床（移动床）碎煤加压气化技术，以氧气和蒸汽作为气化剂，与原料煤发生复杂的气化反应生产粗煤气，最主要的反应包括C+O2→CO2、C+O2→CO、C+H2O→CO+H2、C+H2→CH4等，煤气成分包括甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳以及硫化氢、氧硫化碳、氨酚、焦油、中油、石脑油等。•具体工艺是：煤经由煤锁加入气化炉，自中压蒸汽管网来的蒸汽与空分装置提供的氧气混合后作为气化剂，通过气化炉底部的旋转炉篦上的分布孔进入气化炉内；煤在气化炉内由上向下移动，而气化剂由下向上流动与煤逆流接触，在此过程中煤经干燥、干馏、气化和氧化后，只有灰渣残留下来形成灰渣层（可大致的由上至下将其划分为干燥区、干馏区、气化区、氧化区和灰区），灰渣经旋转炉篦排入灰锁，再由灰锁经泄压后排至水力除渣系统。•出气化炉的粗煤气首先进入洗涤冷却器，利用高压喷射煤气水对粗煤气进行洗涤冷却，除去大部分的煤粉、焦油、酚氨等杂质并冷却到200℃之后进入废热锅炉，在废锅内粗煤气与脱盐水换热使煤气温度降至180℃后（压力为3.9MPa）送往变换装置，同时副产0.6MPa的低压蒸汽进入低压蒸汽管网。洗涤冷却器下部的液体排至废锅，与废热锅炉下部的冷凝液一同送往煤气水分离装置。气化装置工艺流程示意图煤灰蒸汽去管网粗煤气去变换去煤气水分离煤气水煤锁和灰锁加煤、排灰示意图煤来自煤斗灰来自气化炉煤去气化炉灰去渣池充压用二氧化碳煤锁泄压气充压用中压蒸汽灰锁泄压气煤锁加煤过程：•粒度为10-50mm的原料煤通过皮带加入煤斗，煤锁泄压完成后打开煤锁上锥阀，煤进入煤锁至正常料位后关闭煤锁上锥阀。•打开煤锁充压阀，用来自低温甲醇洗的二氧化碳进行充压，直至煤锁压力与气化炉内压力相同，然后关闭煤锁充压阀。•打开煤锁下锥阀，将煤加入气化炉内，然后关闭煤锁下锥阀。•打开煤锁泄压阀，将煤锁泄压完成后再重复上述的加煤过程。灰锁排灰过程•灰锁在所有阀关闭的情况下，先打开灰锁充压阀用中压蒸汽进行充压，直至灰锁压力与气化炉内压力相同，然后关闭灰锁充压阀。•打开灰锁上锥阀，从气化炉内排出的灰落入灰锁，灰进入灰锁至正常料位后关闭灰锁上锥阀。•打开灰锁泄压阀，将灰锁压力泄至常压后关闭灰锁泄压阀，打开灰锁下锥阀将灰排出。•关闭灰锁下锥阀，再打开灰锁充压阀用中压蒸汽充压，如此循环往复上述的排灰过程。•（三）变换冷却•变换冷却装置为两系列，单系列变换包括1台洗涤塔、2台预变换炉、1台主变换炉等设备。•其工艺原理是通过钴钼催化剂使一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气，从而降低一氧化碳含量和提高氢气含量（即调整氢碳比），目的是使煤气组分符合甲烷合成的要求。•来自气化装置的3.9MPa、180℃的粗煤气，首先进入洗涤塔由来自煤气水分离装置的高压煤气水进行洗涤，粗煤气中的灰尘及焦油被洗涤下来，之后洗涤水送往煤气水分离装置；粗煤气经气-气换热器加热至240℃后进入预变换炉（一部分煤气不进入预变和主变而直接走副线），出来的变换气（300℃）再进入主变换炉进一步进行变换反应，出口变换气（375℃）进入气-气换热器降温至230℃后进入低位余热回收器，煤气被冷却至175℃（同时副产0.7MPa低压蒸汽）。•然后煤气进入锅炉给水加热器换热，温度降至147℃，同时喷入高压喷射煤气水进行冲洗，以防止形成碳铵结晶；之后煤气进入脱盐水预热器进行换热，温度降至90℃；再进入终冷器与循环水换热，煤气被冷却至40℃，经气液分离器分离后，粗煤气送入低温甲醇洗装置。变换冷却装置工艺流程示意图气化来粗煤气高压煤气水自产蒸