金马能源焦炉煤气深度脱硫回收硫磺联产20万吨甲醇项目0项目概述.doc
金马能源焦炉煤气深度脱硫回收硫磺联产20万吨/年甲醇项目项目概述
2017年第十一届
全国大学生化工设计竞赛
金马能源焦炉煤气深度脱硫回收硫磺联产
20万吨/年甲醇项目
河南大学Estrella团队
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河南大学Estrella团队
2017年“东华科技-陕鼓杯”
第十一届全国大学生化工设计竞赛
焦炉煤气深度脱硫回收硫磺
联产20万吨/年甲醇项目
项目概况
团队名称：河南大学Estrella团队
指导老师：郭泉辉、李庆华、李谦、陈威、杨浩
团队成员：向星、许晓坤、王宵、张正钦、彭琳珊
完成时间：2017年7月
金马能源焦炉煤气深度脱硫回收硫磺联产20万吨/年甲醇项目
1项目简介
1.1项目背景
随着我国工业化进程的快速发展，大气环境污染引起的大范围雾霾。近几年困扰着我国的许多地区，严重影响了人民群众的生活质量。含硫工业废气源是导致雾霾问题的一个重要因素。根据统计年鉴，2006年全国SO2排放量近千万吨，2010年全国SO2排放量虽比2006年下降了百分之十多，但总量仍然多达2500余万吨。目前我国对含硫废气治理程度还满足不了创建高质量清洁环境的需求,因此对含硫工业废气进行深度脱硫并予以资源化利用势在必行。含硫工业废气主要来源为含硫燃料（如煤和石油）的燃烧，含硫矿石的冶炼等，其中在我国煤的燃烧影响尤为显著。
据中国炼焦行业协会统计，2011焦炭供需大致平衡，生产与消费量数值(单位亿吨)分别为3.87，3.84。按重量计算，焦炉煤气(COG)是炼焦炉产品中，仅次于焦炭的第二大产品。经测算，炼焦过程中，每生产1吨焦炭，所需的干煤重量为1.33吨；而每消耗1吨干煤，所产生的焦炉煤气的体积为320m3。估算可得，全国每年产生的焦炉煤气达1647亿m3，除去焦炉系统自身利用外，我国每年排放的焦炉煤气达到800多亿m3。因此，高硫现状下，对高效的脱硫技术需求相当迫切。2014年，国家颁布最新《焦化行业准入条件》规定炼焦尾气排放，焦炉烟气排放物S化含量低于0.05g.Nm-3。而煤气若要用于合成甲醇，要求硫含量必须小于0.1ppm，因此，发展焦炉煤气深度脱硫技术势在必行。
同时，焦炉煤气中含有大量的氢，约占50%以上，还有丰富的碳，存在形式是一氧化碳、二氧化碳及甲烷等，利用得当是优质的氢、碳资源。据此，怎样有效利用焦炉煤气资源，是整个炼焦行业的重点。若全国有一半多的焦炉煤气用于制作甲醇，年产可达到1600万吨，可以在一定程度上缓解我国能源紧张格局。同时，现在的甲醇生产多来自于石油工业，故也可以缓解对石油的依赖，产生巨大的社会及经济效益。
1.2项目目的及意义
我们团队通过实地考察，发现现在的煤焦化企业大多采用氨法进行简单脱硫，其结果往往连国家标准都无法满足，而这些没有深度脱硫的煤气又大多直接做为燃料被烧掉，这样就会导致硫排放、碳排放增加。
我们设计了金马能源焦炉煤气深度脱硫联产20万吨/年甲醇项目。首先，分析比较各种脱硫工艺，并结合项目的具体要求，选用二级加氢干法脱硫，并针对其现有工艺的不足点，在工艺流程上进行了创新性设计，提出了氧化锌两步加氢空气—水蒸气再生(O2+H2O再生)工艺以达到深度脱硫的要求，硫的脱除率可达99%以上。硫磺回收选用超级克劳斯工艺，由两床的常规克劳斯反应段加一个后续的超级克劳斯反应段组成，硫回收率可达到99%。深度脱硫煤气在经过甲烷纯氧转化后制得合成气，通过中低压法合成甲醇，再通过三塔三效精馏工艺对产品进行分离纯化，并利用变压吸附技术得到高纯度的副产品氢气。
该项目工艺路线简单，设备投资少，能耗低，净煤气的硫脱除率可达99%以上，硫回收率可达99%，制得的产品甲醇质量分数可达99%以上，变压吸附得到的副产品氢气纯度可达99%以上。工艺路线按集成及功能主要分为六个工段：深度脱硫工段，脱硫剂再生工段，克劳斯法回收硫磺工段，甲醇合成工段，变压吸附工段，甲醇精馏工段。各工段之间联系紧密，构成了可稳定运行的工段集成。
2工艺设计
2.1原料及产品方案组成
该项目采用的原料包括由河南金马能源有限公司（总厂）所提供的焦炉煤气以及氮气、氧气等，其消耗量见表1.1。
表1-1原材料、辅助材料、燃料的种类、年需用量
项目
名称
单位
消耗数量
来源
原料
焦炉煤气
亿m3/a
6.4
总厂
辅助
材料
氮
万m3/a
1.16
园区统一供应
氧
万m3/a
371
园区统一供应
循环冷却水
万m3/a
14976.5
园区统一供应
T305型氧化锌催化剂
t/a
18.0
厂外购买
钴钼加氢催化剂
t/a
9.794
厂外购买
SUPERCLAUS催化剂
t/a
5.76
厂外购买
C307型甲醇合成催化剂
t/a
16.6
厂外购买
进