黃沖有

(云南曲靖化學(xué)工業(yè)有限公司云南曲靖655003)

綜合利用剩余焦?fàn)t氣

黃沖有

(云南曲靖化學(xué)工業(yè)有限公司云南曲靖655003)

焦化廠產(chǎn)生的焦?fàn)t氣除自用外，還剩余近一半的焦?fàn)t氣，有些焦化廠將剩余焦?fàn)t氣用于發(fā)電或鍋爐燃料，其附加值均不高，并造成了環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，為此，云南曲靖化學(xué)有限公司決定對(duì)剩余焦?fàn)t氣進(jìn)行綜合利用。焦?fàn)t氣組成見表1。

表1 焦?fàn)t氣組成

1 生產(chǎn)液化天然氣(LNG)和液氨(工藝1)

1.1主產(chǎn)LNG、副產(chǎn)液氨

來自焦化廠洗脫苯裝置的剩余焦?fàn)t氣先進(jìn)入電捕焦油器除去氣體中固、液態(tài)雜質(zhì)，使其中焦油和粉塵脫至＜20mg/m3(標(biāo)態(tài));再進(jìn)入變溫吸附(TSA)裝置，焦?fàn)t煤氣中焦油、萘、苯、重?zé)N等雜質(zhì)經(jīng)多種吸附劑的選擇性吸附后，凈化氣從吸附塔頂部引出;然后進(jìn)入裝有新型高效氧化鐵系固體脫硫劑的粗脫硫塔，粗脫硫后氣體中H2S＜50mg/m3(標(biāo)態(tài));繼續(xù)送入預(yù)加氫反應(yīng)器，出預(yù)加氫反應(yīng)器的焦?fàn)t氣進(jìn)入中溫ZnO脫硫塔脫除轉(zhuǎn)化中生成的H2S;再經(jīng)一級(jí)加氫反應(yīng)器后，進(jìn)入中溫ZnO精脫硫塔以脫除生成的H2S及部分有機(jī)硫;出精脫硫塔的凈化氣中總硫體積分?jǐn)?shù)＜0.1×10－6;再依次進(jìn)入一、二、三級(jí)甲烷化反應(yīng)器生產(chǎn)甲烷，三級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口的甲烷混合氣降溫后經(jīng)干燥塔的吸附劑吸附其中的H2O，CO2，NH3等雜質(zhì);經(jīng)脫汞塔使氣體中汞質(zhì)量濃度＜10mg/m3(標(biāo)態(tài))，再進(jìn)入液化冷箱經(jīng)混合冷劑冷卻、冷凝;然后進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸罐出來的富氫尾氣經(jīng)節(jié)流后返回液化換熱器，換熱后出冷箱;閃蒸罐出來的液體進(jìn)入精餾塔，精餾后從塔頂出來的富氮尾氣節(jié)流換熱后出冷箱，與閃蒸罐出來的富氫尾氣合并后送出液化界區(qū);塔底得到LNG，LNG進(jìn)入液化換熱器過冷，液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降到常壓送出冷箱，再進(jìn)入LNG貯槽。

富氫尾氣、富氮尾氣混合后進(jìn)入變壓吸附(PSA)脫甲烷裝置，脫甲烷后的氣體(CH4體積分?jǐn)?shù)≤0.5%)與脫氧裝置來的脫氧氮?dú)?N2體積分?jǐn)?shù)99.995%)按n(H2)/n(N2)=1/3混合，經(jīng)氫氮壓縮機(jī)升壓后送至合成氨裝置生產(chǎn)液氨。

主產(chǎn)LNG、副產(chǎn)液氨工藝流程見圖1。

圖1 主產(chǎn)LNG、副產(chǎn)液氨工藝流程

1.2生產(chǎn)LNG、聯(lián)產(chǎn)液氨(產(chǎn)量相同)

生產(chǎn)LNG、聯(lián)產(chǎn)液氨與主產(chǎn)LNG、副產(chǎn)液氨工藝不同之處:一級(jí)加氫反應(yīng)后氣體進(jìn)入脫碳裝置，脫碳后焦?fàn)t氣中CO2體積分?jǐn)?shù)≤30×10－6;液化后的尾氣進(jìn)變壓吸附(PSA)脫甲烷裝置，脫甲烷后的氣體(CH4體積分?jǐn)?shù)≤0.5%)再進(jìn)變壓吸附(PSA)脫CO裝置。脫除CO后的氣體(CO2體積分?jǐn)?shù)≤0.6%)與脫氧裝置來的氮?dú)?N2體積分?jǐn)?shù)99.995%)，按n(H2)/n(N2)=1/3混合后，升壓后送甲烷化裝置，將少量的一氧化碳、二氧化碳與氫轉(zhuǎn)化為甲烷。精制的原料氣(CO+CO2體積分?jǐn)?shù)≤10×10－6)送合成氨裝置生產(chǎn)液氨。

生產(chǎn)LNG、聯(lián)產(chǎn)液氨(產(chǎn)量相同)工藝流程見圖2。

圖2 生產(chǎn)LNG、聯(lián)產(chǎn)液氨(產(chǎn)量相同)工藝流程

2 生產(chǎn)甲醇(工藝2)

焦?fàn)t氣的凈化工藝同前面所述。凈化后的焦?fàn)t氣(總硫體積分?jǐn)?shù)＜0.1×10－6)進(jìn)甲烷化裝置。為防止焦?fàn)t氣在高溫下析碳，在焦?fàn)t氣中按一定比例加入飽和蒸汽;加入飽和蒸汽后的焦?fàn)t氣經(jīng)焦?fàn)t氣預(yù)熱器加熱至520℃后，再經(jīng)預(yù)熱爐(以燃料氣作為熱源)預(yù)熱至660℃進(jìn)入甲烷轉(zhuǎn)化爐上部。

來自空分裝置的氧氣(O2體積分?jǐn)?shù)≥99.0%)，加入飽和蒸汽后進(jìn)入預(yù)熱爐預(yù)熱至300℃的進(jìn)入甲烷轉(zhuǎn)化爐上部。焦?fàn)t氣、氧氣、蒸汽進(jìn)入甲烷轉(zhuǎn)化爐上部后立即進(jìn)行氧化反應(yīng)放出熱量，并很快進(jìn)入催化床層進(jìn)行反應(yīng)，由甲烷轉(zhuǎn)化爐底部引出的轉(zhuǎn)化氣(氣量可增加30%，甲烷體積分?jǐn)?shù)≤0.6%)降溫后，經(jīng)氣液分離器分離工藝?yán)淠骸７蛛x后的氣體經(jīng)常溫ZnO脫硫槽脫除氣體中殘余的微量硫，送往甲醇合成裝置生產(chǎn)粗甲醇。

生產(chǎn)甲醇工藝流程見圖3。

圖3 生產(chǎn)甲醇工藝流程

3 生產(chǎn)液氨(工藝3)

焦?fàn)t氣的凈化工藝同前面所述。凈化后的焦?fàn)t氣中(總硫體積分?jǐn)?shù)＜0.1×10－6)進(jìn)入甲烷化裝置，在甲烷轉(zhuǎn)化爐上部與空分裝置來的富氧進(jìn)入催化氧化轉(zhuǎn)化，將焦?fàn)t氣中的甲烷、碳烴轉(zhuǎn)化為H2和CO;轉(zhuǎn)化氣降溫后進(jìn)入等溫變換裝置，在變換催化劑的作用下，轉(zhuǎn)化氣中的一氧化碳與蒸汽反應(yīng)成二氧化碳和氫氣，變換氣(CO體積分?jǐn)?shù)≤0.4%，CO2體積分?jǐn)?shù)≤20%)再進(jìn)脫碳裝置;脫碳裝置出口的氣體(CO2體積分?jǐn)?shù)≤0.2%)經(jīng)壓縮機(jī)升壓后送至甲烷化裝置，將少量的CO，CO2與H2轉(zhuǎn)化為甲烷;精制的原料氣(CO+CO2體積分?jǐn)?shù)≤10×10－6)送至合成氨裝置生產(chǎn)液氨。

生產(chǎn)液氨工藝流程見圖4。

圖4 生產(chǎn)液氨工藝流程

4 生產(chǎn)液氨和炭黑(工藝4)

來自焦化廠洗脫苯裝置的剩余焦?fàn)t氣先進(jìn)入電捕焦油器除去氣體中固、液態(tài)雜質(zhì)，使其中焦油和粉塵脫至質(zhì)量濃度＜20mg/m3(標(biāo)態(tài));再經(jīng)變溫吸附(TSA)裝置選擇性吸附焦?fàn)t煤氣中焦油、萘、苯、重?zé)N等，凈化氣從吸附塔頂部引出后送入變壓吸附(PSA)脫甲烷裝置脫甲烷，再進(jìn)變壓吸附脫CO裝置脫除CO;凈化后的焦?fàn)t氣與來自脫碳裝置的炭黑尾氣混合進(jìn)入多功能精脫硫裝置。

變壓吸附(PSA)脫甲烷裝置產(chǎn)生的富甲烷混合氣送炭黑裝置產(chǎn)炭黑;PSA脫碳裝置產(chǎn)生的富CO氣與炭黑尾氣(或高爐煤氣)混合進(jìn)等溫變換系統(tǒng)，CO與蒸汽反應(yīng)生成CO2和H2;變換氣(CO體積分?jǐn)?shù)≤0.4%)再進(jìn)脫碳裝置，脫碳?xì)?CO2體積分?jǐn)?shù)≤0.2%)與凈化后焦?fàn)t煤氣混合進(jìn)入多功能精脫硫裝置，脫硫后氣體經(jīng)升壓送至甲烷化裝置，將氣體中少量的CO，CO2與H2轉(zhuǎn)化為甲烷;精制的原料氣(CO+CO2體積分?jǐn)?shù)≤10×10－6)送合成氨裝置生產(chǎn)液氨。

生產(chǎn)液氨聯(lián)產(chǎn)炭黑的工藝流程見圖5。

圖5 生產(chǎn)液氨聯(lián)產(chǎn)炭黑工藝流程

5 4種工藝性能比較

4種工藝性能比較見表2。

表2 4種工藝性能比較

6 結(jié)語

綜合利用焦化廠產(chǎn)生的剩余焦?fàn)t氣，采用何種工藝主要決定因素是其下游產(chǎn)品價(jià)格、經(jīng)濟(jì)規(guī)模和自身工藝的優(yōu)勢(shì)。目前，其下游無論是液氨、LNG產(chǎn)品，還是甲醇、炭黑產(chǎn)品，市場(chǎng)都已過剩，關(guān)鍵是要降低生產(chǎn)成本。

2015－04－07)