天然氣制甲醇工藝改進及效益

1、指導教師指導教師 張大為張大為東北石油大學工程學士答辯東北石油大學工程學士答辯答辯人答辯人 王光營王光營答辯提綱答辯提綱一、選題背景及研究方法一、選題背景及研究方法二、天然氣制甲醇工藝原理分析二、天然氣制甲醇工藝原理分析三、天然氣制甲醇工藝能耗分析三、天然氣制甲醇工藝能耗分析四、舊工藝的改進措施四、舊工藝的改進措施五、五、天然氣聯(lián)合煤制甲醇新工藝的經濟效益分析天然氣聯(lián)合煤制甲醇新工藝的經濟效益分析 六、六、結論結論 近幾年來，隨著我國近幾年來，隨著我國化工業(yè)的迅速化工業(yè)的迅速發(fā)展以及甲醇汽油的研發(fā)，甲醇的消費量發(fā)展以及甲醇汽油的研發(fā)，甲醇的消費量增速較快。用天然氣制甲醇不僅甲醇質量增速較快。用

2、天然氣制甲醇不僅甲醇質量好而且對環(huán)境的影響也較低。好而且對環(huán)境的影響也較低。但是我國是但是我國是一個多煤少氣的國家，天然氣價格也在逐一個多煤少氣的國家，天然氣價格也在逐年增長。以天然氣為原料的制甲醇工藝又年增長。以天然氣為原料的制甲醇工藝又存在原料消耗高、能耗高的問題存在原料消耗高、能耗高的問題，這樣就，這樣就造成該行業(yè)的生產成本過高，經濟效益越造成該行業(yè)的生產成本過高，經濟效益越來越低。來越低。選題背景 為了降低生產成本、降低原料消耗，就必須對現(xiàn)在的制醇工藝進為了降低生產成本、降低原料消耗，就必須對現(xiàn)在的制醇工藝進行改進并且研發(fā)新的制醇工藝。有必要對現(xiàn)在制醇工藝的原理進行分行改進并且研發(fā)新的

3、制醇工藝。有必要對現(xiàn)在制醇工藝的原理進行分析以及能耗進行計算，搞清原理消耗高、能耗高的原因，對舊工藝進析以及能耗進行計算，搞清原理消耗高、能耗高的原因，對舊工藝進行改進并研究制醇新工藝。還要對改進后的工藝以及新工藝的經濟效行改進并研究制醇新工藝。還要對改進后的工藝以及新工藝的經濟效益進行分析以確保其實際應用價值。益進行分析以確保其實際應用價值。研究方法新工藝的提出新工藝的提出經經濟濟效效益益評評價價原理分析原理分析能耗計算能耗計算舊工藝的改進舊工藝的改進二、二、天然氣制甲醇工藝原理分析天然氣制甲醇工藝原理分析 1 1、ICIICI低壓法制醇工藝基本流程低壓法制醇工藝基本流程2 2、ICIICI

4、低壓法制醇工藝存在的問題低壓法制醇工藝存在的問題ICI 工藝流程圖工藝流程圖熱回收熱回收蒸汽系統(tǒng)蒸汽系統(tǒng)蒸餾蒸餾甲醇合成甲醇合成壓縮壓縮熱回收熱回收蒸汽轉化蒸汽轉化原料氣脫硫原料氣脫硫轉化氣體弛放氣煙道氣補充氣體蒸汽蒸汽合成氣粗甲醇粗甲醇原料氣天然氣天然氣工藝蒸汽絕熱型冷激式反應器絕熱型冷激式反應器ICI低壓法制醇工藝綜合數(shù)據(jù)低壓法制醇工藝綜合數(shù)據(jù)項目項目ICI工藝工藝合成壓力合成壓力/MPA5.010.0合成反應溫度合成反應溫度/230270催化劑組成催化劑組成Cu-Zn-Al空時產率空時產率/ t/(m3h) 0.78進塔氣腫進塔氣腫CO含量含量/%約約9出塔氣甲醇含量出塔氣甲醇含量/%5

5、6循環(huán)氣與合成氣之比循環(huán)氣與合成氣之比（85）：）：1合成反應熱利用合成反應熱利用不利用不利用不利用不利用合成氣形式合成氣形式冷激型冷激型冷管型冷管型設備尺寸設備尺寸較大較大緊湊緊湊合成開工設備合成開工設備有加熱爐有加熱爐甲醇精制甲醇精制采用兩塔流程采用兩塔流程技術特點技術特點便于調溫，合成甲醇凈值較低便于調溫，合成甲醇凈值較低設備結構及造價設備結構及造價結構簡單，造價低，設備結構簡單，造價低，設備更新只需換內件更新只需換內件插入式結構復雜，氣液換熱滲漏插入式結構復雜，氣液換熱滲漏易造成事故，設備更新只需換內易造成事故，設備更新只需換內件件ICI低壓制醇工藝存在的問題低壓制醇工藝存在的問題 1

6、、該工藝流程中的動力消耗過大動力消耗過大，而且反應熱反應熱得不到有效的利用，成品的質量和單程轉化率也不是很高。 2、如果原料氣中有機硫含量較高，則另需增加一個加加氫處理氫處理步驟，這使得原本就過多的氫含量有了額外的增加。 3、反應器雖然結構簡單易于安裝，但是催化劑的床層溫差過大溫差過大、轉化率也很低、循環(huán)氣量大、反應熱無法回收，這樣不但系統(tǒng)容易損壞出現(xiàn)問題而且浪費能源大大增加了成本。1 1、天然氣制甲醇理論能耗分析、天然氣制甲醇理論能耗分析2 2、實際生產過程中的碳損失分析、實際生產過程中的碳損失分析3 3、天然氣制甲醇工藝能耗高的原因、天然氣制甲醇工藝能耗高的原因三、天然氣制醇工藝能耗分析三

7、、天然氣制醇工藝能耗分析天然氣制甲醇工藝理論能耗分析含水量的計算公式：生產一噸甲醇的高位熱值：) )- -( (1 1Y YY YY YZ ZZ ZZ Z1 18 8. .0 01 16 63 32 2. .0 04 41 11 12 22 22 22 2C CO OC CO OC CO OC CO OC CO OC CO O) )k kJ J( (1 11 10 00 0. .1 15 58 82 21 10 02 26 6. .6 67 75 5k kJ J1 10 02 28 82 2. .9 99 9) )1 18 8. .0 01 16 6( (1 11 10 00 00 03 32

8、 2. .0 04 41 10 00 00 01 10 02 28 85 5. .8 84 4) )1 18 8. .0 01 16 6( (1 11 10 00 00 03 32 2. .0 04 42 20 00 00 06 66 63 33 3生產一噸甲醇的低位熱值：) )k kJ J/ /( (1 11 10 02 2. .2 28 85 51 10 02 23 3. .9 92 28 8k kJ J1 10 04 44 4. .0 01 14 4) )1 18 8. .0 01 16 6( (1 11 10 00 00 03 32 2. .0 04 42 20 00 00 0) )(

9、 (1 11 10 00 0. .1 15 58 82 21 10 02 26 6. .6 67 75 5Q Q6 66 63 36 66 6當w=0時，Q=23.928GJ；當w=36%時，Q=22.643GJ。從以上計算結果可以得出：每生產1t甲醇其能耗不會低于22.643GJ22.643GJ。實際生產工藝中一噸甲醇能耗為：7001000/22.414890.36kJ-7001000/22.414244. 014 kJ=kJ=25.057GJ 25.057GJ 該數(shù)值近乎是理論能耗極限該數(shù)值近乎是理論能耗極限。實際生產過程中的碳損失分析 在實際生產中：（1）原料天然氣難以做到100% 的轉

10、化。 （2）馳放氣不可能做到零排放粗甲醇中的 甲醇不可能完全餾出。 （3）粗甲醇中必然會有CO、CO2的溶解損失。 不管是自熱式催化部分氧化工藝還是純氧換熱轉化工藝，實際裝置都還是程度不等地需要燃料氣，綜合上述分析，29GJ29GJ的能耗近乎是天然氣制甲醇的實際生產極限值。天然氣制甲醇工藝能耗高的原因 通過上述分析我們可以看出想要解決天然氣制甲醇工藝中原料消耗高和能耗高的問題，必須解決合成過程中氫氣過量氫氣過量的問題。 在具體操作時可以分為兩個方面進行：一是分離分離過量氫氣過量氫氣，對氫氣產品進行提純，然后用于制作相關工業(yè)產品或者作為燃料使用；二是補碳補碳。 本文主要研究的方法是補碳補碳。四、

11、舊工藝的改進措施四、舊工藝的改進措施1 1、水前補碳技術、水前補碳技術2 2、煙道氣回收中的脫碳劑的改良、煙道氣回收中的脫碳劑的改良3 3、增設二段轉化爐、增設二段轉化爐水前補碳技術流程圖水前補碳技術效益分析補碳前后比較表原設計補碳改造后產量/t/d9501000天然氣/Nm3/t1060950電/kWh/t142135.8循環(huán)水/m3/t210202.2脫鹽水/t/t0.80.68總能耗/GJ/t32.3031.52 補碳改造后，原料消耗成本下降為100 元/t，30萬t/a 甲醇裝置增創(chuàng)經濟效益約30003000萬元萬元/ /年年。 在進行吸收試驗、配方溶液飽和吸收試驗氧化、熱分解試驗后得

12、到了以下結論： （1）不管是貧液中CO2含量，還是CO2吸收率，在兩吸收填料高度條件上，均有明顯梯度，但JC-17高效復合脫碳劑優(yōu)勢明顯。 （2）無論是常壓飽和吸收還是帶壓飽和吸收，JC-17溶液吸收CO2的量明顯大于改良MEA溶液吸收CO2的量。 （3）掛片試驗也表明，JC-17溶液對金屬的腐蝕性好于改良MEA溶液。 JC-17高效復合脫碳劑與改良MEA的對比實驗 JC-17高效復合脫碳劑在生產中的效益評價 JC-17加注前后CO2回收情況的對比再生塔塔頂溫度再生塔塔底溫度補入轉化爐CO2/（m3h-1）3月4日3月7日3月8日4月20日4月21日6月1日93.5103.6203520892

13、61293.110421122199259893.610420702289260593.2103.5208623082615 JC-17高效復合脫碳溶劑的應用降低了溶劑消耗溶劑消耗和設備腐設備腐蝕蝕，甲醇裝置以年運行8000h計算，使用JC-17后，每年可以降低成本100100多萬元多萬元。 二段轉化爐結構 聯(lián)合轉化工藝效益評價 此工藝的水冷反應器催化劑用量可減少50%，可省去原料預熱器并減少其他裝備?？傊?lián)合反應器中的循環(huán)比只是單臺水冷反應器的一半，這些優(yōu)點可使甲醇合成系統(tǒng)成本節(jié)省40%，使甲醇的成本價達到8080美元美元/t/t，甚至可能降低至5555美元美元/t/t。五、天然氣與煤聯(lián)合

14、制甲醇新工藝五、天然氣與煤聯(lián)合制甲醇新工藝1 1、新工藝原理簡介、新工藝原理簡介2 2、新工藝經濟效益評價、新工藝經濟效益評價煤煤磨成粉磨成粉制水煤漿制水煤漿蒸汽轉化蒸汽轉化制甲醇制甲醇天然氣天然氣汽化汽化空分制氧空分制氧新工藝原理簡介 新工藝效益評價方法 天然氣與煤聯(lián)合制甲醇的經濟評價采用了項目投資決策分析的“增量法”評價方法。 應用到的評價指標及計算公式如下：現(xiàn)金流入現(xiàn)金流入銷售收入甲醇產量甲醇商品率甲醇價格現(xiàn)金流出現(xiàn)金流出經營成本銷售稅金附加費所得稅 凈現(xiàn)金流凈現(xiàn)金流銷售收入經營成本銷售稅金和附加費所得稅 投資回收期投資回收期=累計凈現(xiàn)金流量第一次出現(xiàn)正值的年份1該年初尚未回收的投資/該

15、年凈現(xiàn)金流量總評價期總評價期1 1n n1 1n n1i1i第n年的凈現(xiàn)金流第n年的凈現(xiàn)金流累計凈現(xiàn)金流的計算公式：累計凈現(xiàn)金流的計算公式：0 0IRR）IRR）（1（1凈現(xiàn)金值凈現(xiàn)金值評價期評價期1 1n n1 1n n內部收益率內部收益率IRRIRR的計算公式：的計算公式：投資利潤率投資利潤率年利潤總額/總投資100%年利潤總額年利潤總額年產品銷售收入年總成本費用年銷售稅金及附加投資利稅率投資利稅率年利稅總額/總投資100%（1） 評價期：14 年。（2） 甲醇價格：2500元/t。（3） 天然氣價格：2.00元/m3。（4） 煤價格：500/t。（5） 商品率：84.89%。（6） 增值

16、稅稅率：17%。（7） 城市建設稅：按增值稅額的7%計算。（8） 教育費及附加：按增值稅額的3%計算。（9） 企業(yè)所得稅：25%。（10）動力費：0.4元/kw。（11）運輸費：0.08元/m3。（12）設備折舊費：124元/t。（13）其他直接費用：120元/t。（14）人員費：12萬/年 。（15）固定資產：煤制甲醇為15億元，天然氣聯(lián)合煤制甲醇為25億元。（16）財務基準收益率：12%。經濟效益評價基本參數(shù) ICI工藝噸甲醇消耗項目項目產量產量/t天然氣天然氣/Nm3/t電電/kWh/t循環(huán)水循環(huán)水/m3/t脫鹽水脫鹽水/t/t總能耗總能耗/GJ/tICI工工藝消耗藝消耗10009501

17、35.8202.20.6831.52 傳統(tǒng)煤制甲醇噸醇消耗項目項目原料原料煤煤/t氧氣氧氣/ Nm3脫鹽脫鹽水水/t新鮮新鮮水水/t循環(huán)循環(huán)水水/t電電/kWh儀表儀表空氣空氣/ Nm3氮氣氮氣/Nm3噸醇噸醇消耗消耗1.388863.5451.69194.8223.521.33240表4-3 天然氣與煤聯(lián)合制甲醇消耗項目項目天然天然氣氣/ / Nm3原料原料煤煤/t/t新鮮新鮮水水/t/t循環(huán)循環(huán)冷卻冷卻水水/t/t鍋爐鍋爐給水給水/t/t脫鹽脫鹽水水/t/t儀表儀表空氣空氣/ / Nm3氮氣氮氣/ / Nm3電電/ / kWh噸醇噸醇消耗消耗4204200.50.50.60.6120120

18、2.82.80.150.1519.6419.64100.3100.36 680.380.37 7評價項目評價項目評價期（年）評價期（年）1234567煤煤制制甲甲醇醇年產甲醇量年產甲醇量1500000150000015000001500000150000015000001500000現(xiàn)金流入現(xiàn)金流入318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5銷售收入銷售收入318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5現(xiàn)金流出現(xiàn)金流出294752.3294752.3294752

19、.3294752.3294752.3294752.3294752.3經營成本經營成本241693.8241693.8241693.8241693.8241693.8241693.8241693.8稅金及附加稅金及附加45196.745196.745196.745196.745196.745196.745196.7所得稅所得稅7861.77861.77861.77861.77861.77861.77861.7凈現(xiàn)金流凈現(xiàn)金流-126414.823585.223585.223585.223585.223585.223585.2累計凈現(xiàn)金流累計凈現(xiàn)金流-126414.8-105356.6-86554

20、.6-69767.1-54778.2-41395.4-29446.4天天然然氣氣聯(lián)聯(lián)合合煤煤制制甲甲醇醇年產甲醇量年產甲醇量1500000150000015000001500000150000015000001500000現(xiàn)金流入現(xiàn)金流入318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5銷售收入銷售收入318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5現(xiàn)金流出現(xiàn)金流出274593.0274593.0274593.0274593.0274593.0274593.027459

21、3.0經營成本經營成本219049.3219049.3219049.3219049.3219049.3219049.3219049.3稅金及附加稅金及附加40962.240962.240962.240962.240962.240962.240962.2所得稅所得稅14581.514581.514581.514581.514581.514581.514581.5凈現(xiàn)金流凈現(xiàn)金流-206255.543744.543744.543744.543744.543744.543744.5累計凈現(xiàn)金流累計凈現(xiàn)金流-206255.5-167197.9-132325.0-101188.5-73388.1-485

22、66.3-26403.9增增量量凈現(xiàn)金流凈現(xiàn)金流-79840.720159.320159.320159.320159.320159.320159.3累計凈現(xiàn)金流累計凈現(xiàn)金流-79840.7-61841.3-45770.4-31421.4-18609.9-7170.93042.5評價項目評價項目評價期（年）評價期（年）891011121314煤煤制制甲甲醇醇年產甲醇量年產甲醇量1500000150000015000001500000150000015000001500000現(xiàn)金流入現(xiàn)金流入318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337

23、.5銷售收入銷售收入318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5現(xiàn)金流出現(xiàn)金流出294752.3294752.3294752.3294752.3294752.3294752.3294752.3經營成本經營成本241693.8241693.8241693.8241693.8241693.8241693.8241693.8稅金及附加稅金及附加45196.745196.745196.745196.745196.745196.745196.7所得稅所得稅7861.77861.77861.77861.77861.77861.77861.

24、7凈現(xiàn)金流凈現(xiàn)金流23585.223585.223585.223585.223585.223585.223585.223585.2累計凈現(xiàn)金流累計凈現(xiàn)金流-18777.6-18777.6-9251.9-746.96846.913627.119680.925086.025086.0天天然然氣氣聯(lián)聯(lián)合合煤煤制制甲甲醇醇年產甲醇量年產甲醇量1500000150000015000001500000150000015000001500000現(xiàn)金流入現(xiàn)金流入318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5銷售收入銷售收入318337.5318

25、337.5318337.5318337.5318337.5318337.5318337.5現(xiàn)金流出現(xiàn)金流出274593.0274593.0274593.0274593.0274593.0274593.0274593.0經營成本經營成本219049.3219049.3219049.3219049.3219049.3219049.3219049.3稅金及附加稅金及附加40962.240962.240962.240962.240962.240962.240962.2所得稅所得稅14581.514581.514581.514581.514581.514581.514581.5凈現(xiàn)金流凈現(xiàn)金流43744

26、.543744.543744.543744.543744.543744.543744.5累計凈現(xiàn)金流累計凈現(xiàn)金流-6616.111051.626826.340910.853486.364714.574739.6增增量量凈現(xiàn)金流凈現(xiàn)金流20159.320159.320159.320159.320159.320159.320159.3累計凈現(xiàn)金流累計凈現(xiàn)金流12161.520303.527573.234063.939859.245033.649653.6評價參數(shù)評價參數(shù)投資回收期（年）投資回收期（年）內部收益率（）內部收益率（）投資利潤率（）投資利潤率（）投資利稅率（）投資利稅率（）評價結果評價結

27、果8.3619.0017.5039.72從計算的結果我們可以看出以下幾點：（1）天然氣與煤聯(lián)合制甲醇方案的內部收益率為19%19%高于財務基準收益率12%12%所以該項目方案是可行的。（2）從投資利潤率和投資利稅率來看，天然氣與煤聯(lián)合制甲醇的投資利潤率為17.5%17.5%投資利稅率為39.72%39.72%，而煤制甲醇行業(yè)平均投資利潤率為7%7%左右投資利稅率為12%12%左右，所以從這兩方面來看該項目在財務分析角度依然可行。（3）從投資回收期的角度來看，天然氣聯(lián)合煤制甲醇的回收期為8 8年年左右，而煤制甲醇項目的投資回收期為1010年年左右，天然氣聯(lián)合煤制甲醇工藝依然更加有利。（4）從年利

28、潤來看，天然氣聯(lián)合煤制甲醇的利潤約為4 4億元億元比煤制甲醇的利潤高了一倍一倍左右。（5）從經濟評價分析結果圖可以看出，雖然天然氣聯(lián)合煤制甲醇的成本比煤制甲醇成本高出1010億元億元導致在前六年累計增量凈現(xiàn)值為負，但是在第七年起累計增量凈現(xiàn)值會成倍的增長。以上分析表明，天然氣聯(lián)合煤制甲醇不僅可行可行而且具有很強的競爭力競爭力。價格變化價格變化/元元煤價格變化時的內部收益率煤價格變化時的內部收益率%天然氣價格變化時的內部收天然氣價格變化時的內部收益率益率%甲醇價格變化時的內部收益甲醇價格變化時的內部收益率率%-10023.6673749721.8095570612.36353491-8022.7

29、262149621.245200513.69863277-6021.7893789320.6820591315.02685703-4020.8562436220.1199874116.35116662-2019.9261602219.5588358417.67422402018.9984505518.9984505518.998450552018.0724028718.4386729620.326070364017.1472668517.8793393421.659145756016.2222479917.3202804222.999605938015.2965009516.7613208424.3