煤制烯烃示范工程建设技术风险防控方案.docx

煤制烯烧示范工程建设技术风险防控方案一、煤制烯烧项目中重大技术风险分析神华煤制烯烽项目是以神东煤矿的煤炭为原料，生产聚烯烧为最终产品的特大型煤化工项目，该项目重大技术风险主要有：工艺技术路线、关键设备的选型与制造、关键设备的施工安装，以及各单元装置之间的互供料界面衔接。工艺技术路线是在项目前期应作出的判断和选择，对于神华包头煤制烯燃项目，关键工艺技术除了MTO技术以外均选用最可靠、成熟的工艺，且均有良好的运行业绩。在源头上将风险进行了规避。该项目超大型设备较多，也是煤化工产业化和工程化成功的关键。以煤炭为原料生产180万吨/年甲醇在世界尚属单线生产能力最大，相应的超大型设备较多，制造和安装风险的防控非常关键。二、工艺技术风险防控神华包头煤制烯燃项目，技术路线选择是以成熟、先进、可靠为原则，工厂流程短，建设工期短。煤气化技术以煤为原料的气化方法主要有固定床和流化床、气流床等，目前大型煤气化技术较为先进的有Texaco水煤浆气化、Shell粉煤加压气化、Lurgi固定床加压气化。通过对这些技术在工艺性能、投资、国产化率、环境影响、能耗指标、建设周期和已有业绩等方面的详细比较，根据本项目的特点，认为选用美国德士古(Texaco)公司气流床气化技术更具优越性：单台炉处理煤量大，最大日处理煤量2000吨；气化压力高，新鲜气可不需增压、且合成气压缩功耗省,尤其是生产甲醇时，可实现等压合成；有效气(CO+H2)含量高，生成的新鲜合成气惰性组分含量低，特别适合做生产甲醇的合成气，甲醇合成弛放气排放量低。煤的适应性宽。可利用粉煤，原料利用率高；三废量小，污染环境轻，废渣可做水泥原料；该技术在世界上已有8套装置运行，其中我国有5套；目前中国在建的德士古装置有8套。本项目的原料煤属低变质长焰煤，化学活性良好，灰熔点1130°C,符合TeXaCO气化技术要求。另外水煤浆气化技术经过我国有关科研、设计、生产、制造部门的多年研究，己基本掌握该技术，并能设计大型工业化装置，国产化率达90%以上，气化炉在国内制造，可以控制并节省大量投资、同时可有效缩短建设周期。总之，该技术国内支撑率高，生产运行管理经验多，风险少，故被选做为本项目的气化工艺技术。变换技术煤浆气化气中干基CO含量为4951%,H2含量为3435%,不符合甲醇合成新鲜气的要求，需将部分粗合成气进行CO变换，增加H2含量。这部分气量约占总气量的55%左右，以调整甲醇合成气的组成。采用耐硫变换时，煤浆气化粗合成气经洗涤后含尘量l-2mgNm3,温度为230245°C,并被水蒸汽饱和，水汽比约为1.1.6,直接经过加热升温后即可进入变换，不需再补加蒸汽。由于流程短，能耗低，故水煤浆气化配耐硫变换是最佳选择。脱硫、脱碳技术目前主要技术有低温甲醇洗（ReCtiSOl）和NHD（或Selexol）工艺。低温甲醇洗技术是采用冷甲醇作为溶剂脱除酸性气体的物理吸收方法，是由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种有效的气体净化工艺。该技术成熟可靠，能耗较低，气体净化度高，可将C02脱至IOppm以下，H2S小于0.IppmoNHD（或SeIeXoI）溶液对CO2、H2S等均有较强的吸收能力，采用这种技术可将合成气中的C02脱至0.1%以下，H2S小于IPPnl,但对COS吸收能力差，需增加水解装置，而且该工艺须将脱硫和脱碳分开脱除，使得流程复杂，另外其溶剂昂贵。故本项目采用低温甲醇洗工艺。目前，国外低温甲醇洗工艺有林德工艺和鲁奇工艺二种流程，二者在基本原理上没有根本区别，而且技术都很成熟。两家专利在工艺流程设计、设备设计和工程实施上各有特点。国内大连理工大学经过近20年的研究，也开发成功了低温甲醇洗工艺软件包，并获得了国内两项专利。虽然大连理工大学低温甲醇洗工艺虽然技术指标不比国外技术差，但鉴于至今尚无一套利用该技术的装置正式投入使用，和林德与鲁奇技术相比缺少实际运行经验和数据，有待于实际运行的验证，存在着一定的风险。因此，考虑到项目流程上的可靠性，本项目的酸性气体脱除推荐采用林德低温甲醇洗工艺。甲醇合成技术国外的合成甲醇反应器主要有以下几种形式：ICl多段冷激型甲醇合成反应器（即英国DAVY国内公司技术），Lurgi低压甲醇合成工艺及反应器，TEC的新型反应器合成甲醇工艺，MHI/MGC管壳-冷管复合型甲醇合成反应器，托普索径向流甲醇合成反应器，Linde等温型甲醇合成反应器。国内在甲醇合成反应器方面也有了相当的进展。目前无论国内国外建设甲醇装置，大多采用低压法技术。低压法与中高压法相比，具有消耗定额低、能耗低、成本低、产品质量高等优点。在反应器方面有TEC的MRF多段径向流动反应器，托普索三个并联激冷绝热径向流合成塔，三菱重工的管壳-冷管复合反应器等，这些反应器比传统的低压合成法反应器具有转化率高、反应器体积小、反应热移出更方便、床层压降小等优点。就目前应用最广、采用最多的低压合成甲醇技术是LUrgi和Iel技术，这两种技术发展历史最长，积累的实践经验最多，在世界建厂也最多，拥有不同规模的甲醇合成装置，并且目前达到的单系列合成甲醇装置能力也最大。ICI合成反应器采用激冷式，设备结构简单、单系列生产能力大、投资小，其缺点是用原料气激冷控制温度，床层温度有波动时，循环比较大，操作费用高，需专设开工加热炉。ICl工艺的能量回收系统最近也作了一系列改进，如利用低位能反应热预热锅炉给水，采用冷凝式蒸汽透平代替背压式透平机等。1.urgi合成反应器，反应气转化率高，副反应少，系统对于反应热的回收和利用已经比较完善，操作费用低，开工时不用设开工加热炉。但缺点是反应器结构较复杂，体积较大，运输困难。Lurgi公司为了实现甲醇装置的超大型化，还推出了两台反应器串联的流程，即气冷-管壳反应器串联及热量偶合的流程，单系列甲醇能力可达5000吨/天以上。1.urgi工艺甲醇合成塔，反应温度均匀，转化率较高，反应副产物少，原料消耗低，副产物少，加上国外目前建设的大型/超大型甲醇装置多采用Lurgi工艺，大型装置工业化经验多，工艺成熟。其次，就一台反应器和两台反应器来说，Lurgi公司都可以提供。单按设备造价，一台反应器比两台反应器省，但其直径接近5米，要采取特殊的运输方案，需要增加一笔可观的大件运输费，且建设时间延长。根据以上分析，考虑到合成塔的运输问题，本项目采用了Iel技术（即英国DAVY公司技术）生产180万吨/年甲醇。DMTO技术DMTO技术是中科院大连化物所在实验室研究成功的甲醇制取低碳烯燃催化剂，并在实验室采用流态化反应工艺完成了工艺条件的开发。在工业性试验装置建设过程中，由陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司投资建设，中石化洛阳石化工程公司承担工程设计，三方合作建成DMTO技术工业化试验装置，并完成了万吨级工业化验证工作。因此，DMTO技术的工业化推广过程中，大连化物所提供DMTO催化剂制备技术，并提供实验室阶段得到的工艺数据，中石化洛阳石化工程公司承担DMTO工业化试验装置的工程设计工作，陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司承担施工建设管理、投料运行和维护技术支持。这样一个三方组合的技术许可方，其风险主要在大连化物所开发的催化剂的性能，以及工艺设计和工程设计的水平和经验上，洛阳石化工程公司充分考虑了降低催化剂磨损的优化设计，即反再两器均大量采用了内取热器盘管，并在工业性试验装置上对催化剂流态化性能、水热稳定性、活性及选择性、热量综合利用等方面均得到了可靠的工程化数据。DMTo技术在工艺设计方面，采取了很多优化和降低风险的措施：(1)采用密相床反应，可以使得甲醇在催化剂表面反应均匀、反应热在反应器内分布均匀及催化剂表面生焦情况均匀等优势。(2)反再两器均采取内取热盘管作为控制反应温度和再升温度的主要手段，再生器设置外取热器作为生焦率较大工况时补充取热措施，这种设计主要是可以减少昂贵的MTO催化剂磨损、降低催化剂单耗。(3)反应和再生系统均设置催化剂三级旋风分离器，即反应三级旋风分离器和再生三级旋风分离器，主要也是考虑从反应器和再生器跑损的催化剂最大限度回收下来。(4)防止反应生成的乙酸对设备及管道腐蚀的设计，首先反应器和反应三级旋风分离器内衬里选用耐磨隔热复合衬里，整体浇注成型，尽量减少接缝，同时对反应器和反应三旋外表面选用特殊设计的保温隔热涂层，避免渗透出的反应混合气中痕量乙酸冷凝后对设备筒体碳钢板材的腐蚀。(5)催化剂的烧焦再生采用不完全再生技术，使得再生催化剂保持一定的定碳，有利于提高乙烯+丙烯的选择性和降低反应生焦率，另外在烟气流程上设置CO焚烧炉和余热锅炉，用于发生中压蒸汽和降低排放烟气中CO含量。所有这些流程上的优化设计，目的是通过DMTO工艺技术流程开发，对DMTO大型工业化建成投产最大限度降低风险。烯燃分离技术烯燃分离技术在神华煤制烯燃项目上的应用，尚无先例，业内人士对于以煤炭为原料生产聚烯烧，作为原料的聚合级乙烯和聚合级丙烯中的杂质去除手段提出很多质疑，由煤炭生产出来的乙烯和丙烯能否发生聚合反应，生产出合格的聚烯烽产品，成为持反对意见专家们热议和争论的话题。其实大家提出的疑虑和担心是可以理解的，毕竟原料是煤炭，大家对于煤炭的认知很深，但从整个工艺路线上来分析,只要抓住烯烧分离装置乙烯和丙烯产品精制和去除杂质技术的流程设置，是降低此风险的关键。(1)由于DMTO技术甲醇反应形式，会造成NOX的生成,因此采用常规的乙烯分离技术是有很大的安全风险，因为NOX在零下80工况下会出现结晶析出，尤其在冷箱处易发生堵塞爆聚。为了规避风险，在流程设计上没有采取深冷分离流程，而是采用浅冷分离，辅助以脱甲烷塔丙烷洗吸收法回收乙烯。(2)由于DMTo技术会生成酸类和醛类有机氧化物，而二甲醛在常规乙烯分离流程碱洗塔中聚合生产类似涂料状白色粘稠物质，乙醛在碱性条件下生成黄油低聚物，这都会影响到酸性气碱洗中和反应的发生。因此，在碱洗塔前设置一个填料塔，通过水洗将甲醇、二甲醛、乙醛等物质去除，确保酸性气(即C02)的很好的去除。(3)由于DMTo技术生成的副产物的特点，痕量的有机氧化物都会影响到聚乙烯装置和聚丙烯装置聚合反应顺利进行，因此在丙烯精储塔丙烯产品采出流程上设置丙烯产品保护床，用于进一步脱除这些有机含氧化合物，达到聚合级的丙烯产品。三、施工风险防控1、施工承包商和监理选择风险管控措施：把好准入关口，严格进行资格预审和审查，根据各承包商和监理的业绩、履约情况、质量、安全管控等情况为EPC承包商提供短名单,在施工过程中加强监督和检查。煤制烯烧项目主要施工承包商的能力、投入、信誉、履约基本都满足要求。2、第二丙烯精储塔吊装风险管控措施：第二丙烯精微塔，位于神华包头煤制烯燃项目MTo装置烯嫌分离单元。设备位号T604,为煤制烯燃项目最高最重的设备，设备直径7600,顶部标高103米，设备重量1600吨。主体材质16MnRo吊装情况：因为设备为超高超重设备，给设备的运输吊装带来难度，如果分段过多，势必增加高空作业，带来安全管理的难度。反之如果整体吊装，则要求吊装机械具有超强的能力，完成煤液化2100吨反应器吊装的3100吨都不能满足整体吊装的要求，需要将臂杆加强后方能进行整体吊装，这样要大幅增加吊装费用。由于该设备为本装置的核心设备，能否安全平稳吊装对整个项目的成败起着至关重要的作用。研究对策：根据设备的实际情况，综合考虑制造、运输机吊装等几方面的因素，确定设备采用分段吊装，在满足现场最大的1000吨吊车能力的基础上，尽量较少分段数，以便于减少高空作业。经过反复核对设备排版图图，核实设备内件重量，确定设备分7段运输，在安装现场紧进行两道口的合拢拼接，最后分5段吊装。为满足顶段吊装高度的要求,M21000型1000吨吊车采用塔式工况完成设备的吊装，吊车主副臂组合高度达到120米。实施效果：经过各方的通力协作，第二丙烯精储塔经过一个月的时间，就完成的设备的全部1600吨5段的吊装任务，比原定时间提前了20多天。在2009年8月6日举行了顶段吊装仪式，历时两个小时完成吊装。整个吊装过程平稳安全，没有发生任何安全事故。创造了良好的经济效益和社会效益。3、MTO装置反应器现场制造和烟气大管道安装风险管控措施：MTO装置反应器直径大，直径达16m,为散装供货，现场组焊工作量大，内部结构复杂，有18对36个旋风分离器、分布器和取热盘管等，安装工作量非常之大，最高安装标高26m,吊装高度54m；上部还有直径达3m衬里的烟气管道，如果在2009年冬季完不成安装工作，2010年3月开始衬里施工，无法保证工期目标。采取措施：加强催交催运工作，保证旋风分离器、分布器按期到货安装，保证再生器上封头封闭时间；保证600吨吊车在现场使用时间，确保按时完成各节点工作任务。保证施工人员数量和质量，按工程量要求安排劳动力，保证按计划和质量要求完成任务。加大烟气管道预制深度，保证在气温下降到不允许焊接和衬里之前完成烟气管道安装工作。通过有效的组织，在2009年12月底前8日完成了反应器现场制造工作和烟气大管道安装任务，为装置按期交工投产奠定了基础。4、氧气管线施工质量风险管控措施：氧气管线情况：氧气属于助燃质介，高纯高压氧气管线更属于易燃易爆管线；氧气管线的材质为0Crl8Ni9(304),设计压力为9.5MPa,操作压力为8.5MPa,主管线上氧气管线的最大管径为24，最小管径为3；氧气管线施工质量的好坏直接关系到以后的运行安全，因此，十分重视氧气管道的施工，从人员的选择到最后的吹扫，都采取了一定的特殊措施，很好地保证了氧气管线的施工质量。主要采取措施：(1)人员的控制：要求承包单位优先选用本单位优秀的管道施工人员，并通过两次焊接考试选择合格的确定氧气管线焊接人员；以及选用曾经有氧气管线的施工人员参与氧气管线的施工；(2)要求承包单位单独编制氧气管线施工焊接方案氧气管线脱脂方案以及氧气管线冲洗、吹扫方案，并加以严格审核；明确了氧气管线内洁需要采取的一系列措施和过程监控措施；由项目组专业人员和监理人员以及承包单位人员共同联合认真检查材料的内部质量；为了保证组对口间隙一致，全部采用机械切割方式切割下料；针对主管开孔，采用机械钻孔方式控制；避免采用等离子切割等方式造成的管道内部产生飞溅物；在管道组对前，派监理人员旁站并逐一检查，检查合格后(检查坡口质量和管道内洁一边缘是否有飞溅等)方可进行组对，并确保严格按照规范要求，保证组对间隙；焊接时采用管道充氮保护措施进一步保证管道内洁质量；焊后主要采用无损检测和内窥镜检查方式检查焊接质量和内部的焊缝余高以及管道内洁；(3)试压后，进行系统脱脂，冲洗和吹扫结合的方式,确保管道内部质量，避免杂物和铁削存在管道内；投用结果证明：氧气管线的施工质量和内洁满足规范和使用要求。