焦炉煤气制液化天然气LNG可行性研究报告书.docx

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焦炉煤气制液化天然气LNG可行性研究报告书

相关说明

1总论

1.1筹建概述

1.1.1企业概况

本项目建设单位为河南京宝新奥新能源有限公司，该公司为中平能化集团河南京宝焦化有限公司和新奥燃气控股有限公司合资的股份制企业，中平能化集团河南京宝焦化有限公司股权为51%，新奥燃气控股有限公司股权为49%。

河南京宝焦化有限公司是中平能化集团和宝丰县京宝焦化有限公司合资组建的有限责任公司，规划260万吨/年焦化项目，两条线4座焦炉，总投资23亿元，厂区占地57.05公顷，工程分两期实施。

一期工程建设规模130万吨/年焦炭，计划总投资13亿元（含甲醇4.1亿元），建设工期18个月。

一期工程1号焦炉将在2011年8月底投产；一期2号焦炉及化产等2011年12月投产。

届时一期工程富余焦炉煤气量2.8亿Nm3/a，依据此气量建设焦炉气制液化天然气装置。

焦化项目采用捣固炼焦，具有完善的化产回收，配套国内先进的熄焦、消烟除尘及污水生化处理。

厂区规划有完善的生产设施、辅助生产设施、行政管理和办公及生活福利设施，配套的水、电、煤、焦等供应条件完善。

本项目总体规划利用河南京宝焦化有限公司焦化工程约6亿Nm3/a的富裕焦炉气甲烷化合成液化天然气（简称“LNG”），年产LNG约1.8亿Nm3。

一期工程拟对河南京宝焦化有限公司富裕焦炉气约2.8亿Nm3/a进行清洁化综合利用，并规划在平顶山地区配套建设加气能力1.8亿Nm3/a的LNG加注站。

拟定在河南京宝焦化有限公司厂区内原规划的100kt/a甲醇用地建设焦炉气制LNG装置。

新奥燃气控股有限公司（简称“新奥燃气”）于1992年开始从事城市管道燃气业务，2001年在香港联交所挂牌上市（股票代码：

2688.HK），主要从事清洁能源分销与管理业务。

新奥燃气以客户为导向，运用系统能效的理念和方法，努力为用户提供定制化的能源产品和服务。

公司以“倡导清洁能源、转变用能方式、提升系统能效、创造客户价值”为使命，凭借快速的客户需求响应能力、强大的资源整合能力、优秀的项目运营管理能力，致力于成为卓越运营的国际化能源分销商。

截至2010年底，新奥燃气分布于中国100多座城市及美国、欧洲、香港等国家和地区成功运营100多家全资控股公司和分支机构，为470多万居民用户及14000多家工商业用户提供清洁能源产品与服务，敷设管道逾14000公里，天然气最大日供气能力超过1500万方，市场覆盖城区人口4300多万，是目前国内覆盖用户规模最大的城市燃气专业运营商和能源分销商之一；公司获得政府批准建设的天然气汽车加气站351座，已投资建设157座，分布在全国44个城市；公司在20多个大中城市规划和实施清洁能源整体解决方案，是国内首家提供区域清洁能源整体解决方案和节能减排综合服务的企业集团。

新奥燃气拥有国家商务部批准的天然气、LPG、甲醇、二甲醚和多种重要能源的进出口权以及多个国内运输行业国家资质。

构建了公路、水路、铁路、管道和仓储一体化的智能能源物流网络，为快速、高效的响应客户需求奠定了基础。

1.1.2项目建设的背景和意义

煤、石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱，天然气在日本等某些能源消费大国已经成为第二大能源。

19世纪前期，人类以煤炭代替柴薪为主要能源，实现了工业革命，带来了世界资本主义的发展，是第一次能源革命。

20世纪中期，开始以石油代替煤炭为主要能源，带来了世界经济的繁荣，是第二次能源革命。

进入21世纪，全世界将出现以天然气代替石油为主要能源的又一次能源消费结构大变革，预计2010年，天然气在世界能源结构中将占35-40%，成为第一大能源，将是第三次能源革命，21世纪是清洁能源的时代。

目前世界天然气占能源比重的25%，自1990年以来每年以23%的速率增长。

世界能源经济正在由石油能源经济向天然气能源经济过渡。

以煤炭为主要能源是基于我国能源发展的历史，单一的煤炭能源不仅造成严重的环境污染，而且会制约我国经济的高速发展。

目前我国炼焦能力约5亿吨/年，实际产量为3.88亿吨/年，副产焦炉煤气1400亿立方米/年，除回炉加热自用、民用（城市煤气）及发电、化工利用（如生产甲醇、合成氨）外，每年放散的焦炉气约350亿立方米。

大量富裕的焦炉煤气，放散到空气中，不仅对环境造成污染，而且也是一种的资源浪费。

合成氨和甲醇是煤化工最为重要的两大基础产品，也是合成氨和甲醇两大产业链的原料。

合成氨产业链中，尿素已经严重供过于求，仅靠行业成本支撑产品价格，投资前景暗淡；硝酸和硝铵等由于主要用于化肥生产，而在尿素下行的趋势下价格将逐步走低，产业发展趋势与氮肥趋同，投资前景暗淡。

甲醇产业链中，甲醇是最重要的产出物及有机化工原料，可以用来生产甲醛、合成橡胶、甲胺、DMT、MMA、氯甲烷、醋酸、MTBE等一系列有机化工产品，目前全球甲醇出现供大于求的局面；甲醇可作为燃料，但因甲醇的物理性质不可能在国内大范围推广甲醇燃料，如果国家推广甲醇汽油、二甲醚和甲醇制烯烃项目，甲醇行业还有投资机会，否则即使有成本优势，投资风险仍然过大；同时国家对煤制甲醇和焦炉煤气制甲醇的投资规模又有新的限制（120万吨/年），焦炉气制甲醇前景不容乐观。

国内天然气紧缺，而且天然气有稳定的市场，其价格随着国际原油价格上涨而上涨。

焦炉气制天然气附加价值高，其成本比煤制天然气有更大竞争力。

而中国的近年来每年约1400亿Nm3焦炉气，只有其中的一部分用来发电、制甲醇、制氢，还有相当一部分直接排放，其利用率约为55%，因此利用焦炉气生产天然气项目能够有效的回收利用资源，产生较高的经济效益，有助于形成良好的循环产业链，不仅可以弥补能源供应缺口，而且可以改善能源质量、减少温室气体的排放，充分、合理利用工业排放气资源，使资源最大限度地得到利用，符合国家的能源政策，利国利民利企业，具有良好的经济效益和社会效益。

河南京宝焦化有限公司与新奥燃气控股有限公司经过友好协商，发挥各自优势决定就焦炉气的综合利用结成战略合作伙伴关系，双方共同出资组建新公司建设该项目。

新奥将利用低碳能源核心技术，依托焦炉煤气甲烷化技术以及储运、投资、分销能力，为京宝焦化提供清洁能源整体解决方案，满足其焦化装置副产焦炉煤气的清洁利用，使其装置效益最大化。

新奥新能（北京）科技有限公司是从事煤炭清洁能源领域的技术研发中心，重点研究煤的高效洁净利用，替代石油化工产品及其相关领域基础性、实用性、工程科学以及前沿性的重大科技课题。

2006年10月始，先后完成了该项目的小试、模试和每小时1000标准立方米焦炉气规模的中试，其自主开发的甲烷合成催化剂、绝热型反应器、高效分离设备等技术，2008年12月成功地在新奥煤基清洁能源试验中心甲烷化装置上实现合成气和焦炉气的测试考核。

对焦炉气的净化-甲烷化-分离系统进行了集成与开发，申报了甲烷化专利共13项。

其中工艺的11项，催化剂的2项。

2010年12月18日中试装置通过了由河北省科技成果转化中心组织的“焦炉气合成天然气预还原催化剂及工艺”项目成果鉴定。

1.1.3项目投资及资金筹措

本工程总投资为37016.18万元。

30%由建设单位自筹，70%由银行贷款。

项目计划建设期1年，在建设期内建设投资按投资进度计划分批投入。

流动资金在投产期内按生产负荷投入。

1.1.4进度要求

本项目前期咨询和备案工作于2011年3月底完成，5月底完成项目的设立安全评价和环境影响评价。

工程设计、采购、施工、安装、调试10个月，计划于2012年5月试生产。

本工程项目实施进度安排见表京宝新奥新能源项目进度计划。

1.1.5发展远景

京宝焦化与新奥优势互补推进焦炉煤气制天然气项目，焦炉煤气综合利用符合国家产业发展和环境保护政策，顺应国家提高能源利用率产业结构调整、节能减排的潮流。

不仅发挥了河南省焦炉煤气的资源优势，获得很大经济效益，而且在保护环境等方面带来了较大的社会效益；与此同时，进一步拓展了河南省焦化企业产业链，有利于促进焦化行业产业结构调整和焦化企业的良性、健康、快速发展，对全省能源结构调整、建设资源节约型和环境友好型社会起到积极的推动作用。

该项目建成后，年产约1亿立方米天然气，不仅产生可观经济效益，而且对解决日趋突出的天然气资源供需矛盾和保证河南天然气足量平稳供应、优化河南省能源结构具有显著的战略意义。

该项目的建成，将成为国内规模较大的“焦炉煤气甲烷化”工业化示范装置，对河南乃至全国焦炉煤气综合开发利用起到示范和推广作用。

1.2设计依据

1.2.1河南京宝新奥新能源有限公司和新地能源工程技术有限公司石家庄能源化工技术分公司于2011年4月签订的《建设工程设计合同》。

1.2.2新地能源工程技术有限公司于2011年3月编制完成的《河南京宝新奥新能源有限公司焦炉煤气制液化天然气项目可行性研究报告）》。

1.2.3新奥新能（北京）科技有限公司提供的甲烷合成生产装置工艺包。

1.2.4国家石油和化学工业局发布的《化工工厂初步设计文件内容深度规定》（HG/T20688-2000）。

1.2.5《河南京宝新奥新能源有限公司焦炉煤气制液化天然气项目环境影响报告书》及批复。

1.2.6《河南京宝新奥新能源有限公司焦炉煤气制液化天然气项目安全预评价报告》及批复。

1.2.7河南京宝新奥新能源有限公司提供的有关厂址、水文、气象、地质等有关基础设计资料、文件和协议等。

1.3设计指导思想

1.3.1认真贯彻执行国家基本建设的方针政策，使设计做到切合实际、技术先进、经济合理、安全适用。

1.3.2积极认真的研究、吸收、消化新能（北京）科技有限公司的科研成果，采用成熟、可靠的生产工艺，注意节能、降耗，保证项目投产后能安全、稳定、长期连续运行。

使高水平的科研成果有效的转化为生产力。

1.3.3贯彻工厂布置一体化、生产装置露天化、建（构）筑物轻型化、公用工程社会化、引进技术国产化的“五化”设计原则。

1.3.4搞好三废治理和综合利用，以避免有害物质的排放，减少对环境的污染。

1.3.5严格执行国家有关环境保护，职业安全及工业卫生有关规定，贯彻“安全第一、预防为主”方针，做到环境保护、劳动安全卫生与工程同步规划、同步实施、同步发展；避免环境污染，保证安全生产。

1.3.6采用先进可靠的节能技术，降低消耗与能耗。

1.3.7合理安排工期，以最快的速度完成工程建设，早投产，早见效益。

1.4设计范围与设计分工

1.4.1设计项目范围

以京宝焦化初净化后的焦炉煤气为原料制液化天然气，包括焦炉气净化（不含气柜）、合成、SNG液化工艺装置以及与之配套的LNG罐区及装车站、循环水系统、厂区给排水系统、消防系统、动力站、冷水站、供热站、中央控制室、化验室、变配电、厂区外管、火炬等公用工程设施和辅助设施。

详见表1.4.1-1.

表1.4.1-1工程内容

序号

主项名称

主项代号（设备顺序号）

备注

一

主要生产装置

1

压缩工段

801（01）

2

脱硫工段

802（02）

3

合成工段

803（03）

北京新能科技

4

液化工段

804（05）

二

全厂性公用系统

1

全厂总平面图

081

2

全厂总图运输

082

3

全厂外管

083

4

全厂供排水

084

5

全厂供电

085

6

全厂电信

086

7

全厂消防

089

8

全厂管线综合

090

9

全厂火炬

091（10）

三

公用工程

1

监控中心（含中央控制和分析化验）

151

2

综合库房

169

3

锅炉房及脱盐水站

208（11）

4

LNG储罐及装车站

285（06）

5

循环水及消防水站

446（12）

四

辅助装置

1

动力站及冷水站（含空压和制氮）

275（08/04）

2

综合库房

170

五

厂前建筑

1

综合楼

108

2

地中衡、营业室及门卫

117

1.4.2专业范围

本项目设计的专业包括工艺及系统、布置与配管、储运、外管、总图运输、设备、自控、电气、电信、建筑、结构、给排水、消防、供热、暖通、技术经济等。

1.5建设规模及产品方案

1.5.1装置的设计生产能力、生产潜力、发展余地

本项目是与河南京宝焦化有限公司9487.2万Nm3/a焦化项目配套建设的，年处理焦炉煤气2.4亿立方米，生产产品LNG。

目前国内焦炉煤气制液化天然气项目采用尚无运行的工业化装置，此项目的建成将成为焦炉气制LNG装置产业化示范装置，对焦炉煤气的综合开发利用起到积极的推广，发展潜力巨大。

1.5.2产品品种、规格、数量

1.5.2.1产品标准

本项目产品为液化天然气，主要用于车用燃料及工业燃料，目前尚未出台国家标准和/或行业标准。

本项目产品质量参照天然气的技术要求（GB/T17820-1999）。

具体内容见表1.5.2-1。

表1.5.2-1产品质量标准

项目

质量指标

试验方法

一级

二级

高位发热量MJ/m3

＞31.4

GB/T11062-1998

总硫（以硫计）mg/m3

≤100

≤200

GB/T11061-1997

硫化氢mg/m3

≤6.0

≤20

GB/T11060.1-1998

二氧化碳V（%）

≤3.0

≤3.0

GB/T13610-1992

水

在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低5℃

GB/T17283-1998

1.5.2.2产品规格、数量

表1.5.2-2产品品种、规格、数量

产品

规格

数量（Nm3/a）

1

LNG

CH4含量≥98vol％

94872,000

1.6主要原材料规格、消耗量及来源

1.6.1原料焦炉气

原料焦炉煤气由京宝焦化有限公司初净化后管道输送，年处理量2.4亿Nm3/a，其干气组成和污染物含量如下：

表1.6.1-1原料气组成一览表

组成

CH4

H2

CO

CO2

N2

O2

C2H6

C2H4

∑

V%

26.3

57.1

7.7

2.7

3.2

0.5

0.75

1.75

100

表1.6.1-2原料气中污染物含量

项目

H2S

NH3

油类

萘

有机硫

HCN

苯

mg/Nm3

＜200

＜30

＜20

300

300

≤500

4000

1.6.2催化剂等用量和来源

表1.6.2-1催化剂等用量和来源

序号

名称

规格

年用量（t/a）

来源

运输方式

1

吸油剂

φ3×3～15

366.04

河南

汽车

2

各种脱硫剂

φ3～5×（3～15）

811.76

河南

汽车

3

加氢催化剂

φ（3～5）

48.24

4

甲烷化催化剂

规格（mm） φ12×8

25

新能科技

2年

5

液化混合冷剂

乙烯、丙烷、异戊烷

490

河南

6

水处理剂

絮凝剂、杀菌剂等

25.6

河南

1.7生产方法及全厂总流程

1.7.1生产方法

本项目以焦炉煤气为原料，依照工艺先进、节能、技术成熟可靠、生产成本低、经济效益好的原则制液化天然气。

根据焦炉气组成及甲烷合成对原料气杂质含量的要求，确定焦炉气制LNG生产工艺包括压缩、脱硫、合成、液化、LNG储罐及装车站。

焦炉气经螺杆压缩至0.41MPaG下脱油脱萘、粗脱硫，经往复压缩至2.8MPaG，进入脱硫工段，采用干法脱硫与加氢转化对有机硫和无机硫进行脱除，将焦炉气中总硫含量降到0.1ppm以下。

甲烷合成工艺技术采用北京新能科技有限公司“焦炉气合成天然气预还原催化剂及工艺”技术，使焦炉气中的CO、CO2与H2发生反应生成SNG。

液化采用深冷与混合制冷相结合的分离工艺将SNG液化成LNG，LNG中甲烷含量大于98%，送至LNG储罐。

1.7.2工艺特点

1.7.2.1脱硫工段

采用加氢转化工艺将焦炉气中的有机硫转化为无机硫，串联干法脱硫工艺脱除气体中的无机硫，使脱硫出口气体总硫含量降到0.1ppm以下。

脱硫操作温度300～400℃，压力为2.8MPa。

1.7.2.2合成工段

合成工段包括精脱硫系统、凝液循环系统、一段、二段、三段反应系统、副产蒸汽系统和工艺水分离系统等内容。

甲烷合成采用多段反应器串并联优化组合形式，以及冷凝液循环的甲烷合成工艺，既能高效利用合成反应放出热量产生高品位的蒸汽，又使焦炉气中CO与CO2合成甲烷反应更完全，可直接进入液化工段，实现最小的循环或无循环操作。

甲烷合成催化剂采用新奥集团自主研发的中温和高温甲烷合成催化剂。

1.7.2.3液化工段

用分子筛脱除SNG中的二氧化碳和水等高凝固点组分，以满足冷箱中低温液化的要求；通过低温精馏分离出SNG中的氢气和氮气，以满足LNG中甲烷含量的要求；液化所需冷量由混合制冷剂循环系统提供；得到的产品暂时储存到常压LNG储罐中，用LNG泵装车外运。

1.7.3安全节能措施

（1）充分考虑合成反应热的回收利用。

（2）制冷剂离心压缩机采用蒸汽透平驱动，节约电能。

（3）设氮气置换和保护系统满足工艺生产开、停车的安全需要。

（4）工艺装置和辅助装置均按照《石油化工企业设计防火规范》的防火间距要求布置，并设有完备的防雷、防静电、消防等设施，以满足生产的劳动安全。

（5）设紧急停车系统。

1.7.4全厂总流程

送锅炉燃烧

尾气

精脱硫

焦炉气

原料压缩

合成

液化

脱油脱萘

合成压缩

LNG储存

制冷剂

装车外运

富产蒸汽

粗脱硫

1.8厂址概况

京宝焦化厂址位于平顶山市宝丰县商务酒镇房庄村东北处，距宝丰县县城16km。

可直达平顶山市区等地与平洛公路相隔，距焦枝铁路约300m；北为荒空地，与汝州市界接壤；东距平南高速公路约1km（最近距离）。

同时，临近宝丰车站、平东车站，交通运输条件十分优越。

本项目建设在京宝焦化厂厂区预留用地内，生产设施占地面积54101.2m2，布置在焦化化产的西侧；生活设施位于焦化生活设施的东侧，占地面积25513m2。

总用地面积为79614.2m2，合119.4亩。

1.9公用工程及辅助工程

1.9.1工厂水、电、蒸汽等动力的消耗量及其来源

1.9.1.1水源及水的供应情况、消耗量

京宝焦化厂有完善的给水、排水和污水处理等公用设施，能满足本项目厂区生活、生产等用水要求。

生活及办公最大用水量7.05m3/h，最高日用水量为26.2m3/d；生产最大用水量133m3/h，最高日用水量为2908m3/d，由相邻京宝焦化厂供水管网直接供给。

1.9.1.2电源及电的供应情况、消耗量

本项目双电源供电，一路电源取自1公里外的前营110kV变电站；另一路取自京宝焦化一期工程备用电源，与京宝焦化共用，供电安全可靠。

本项目总装机容量：

13652.1kW，运行容量：

11036.9kW，计算有功功率：

9210.8kW，无功功率：

5845.1kVar，全年总耗电量：

5742.49万kWh。

本工程消防设施用电为一级负荷，各工艺生产装置、循环水、锅炉等设备用电为二级负荷。

拟在京宝焦化35kV变电站内新增设1台SZ11-20000kVA/35/10kV主变，35kV、10kV系统为单母线分段运行方式，并分别与京宝焦化一期工程供电系统间设母线联络开关。

可满足重要负荷供电要求。

厂区内监控中心设一10kV变配电室，内设2台SCB10-2000/10/0.4变压器。

1.9.1.3供热情况

本工程设计选用2台焦炉煤气锅炉，一用一备，每台锅炉额定蒸发量为20t/h，额定蒸汽参数为3.82MPa、450℃，驱动液化制冷剂压缩机透平；为脱硫、液化工段及其他工艺生产提供要求的生产蒸汽。

合成工段副产3.82MPa饱和蒸汽，至锅炉过热器过热至450℃，与锅炉自产蒸汽一同由管道输送至驱动制冷剂压缩机透平做功；剩余部分饱和蒸汽减温减压后用于脱盐水除氧。

根据工艺要求，在锅炉房内导热油炉间，设计一台700kW燃气有机热载体锅炉，满足LNG液化工段再生气加热器的用热要求。

采暖蒸汽来自焦化厂低压蒸汽，采暖面积约2867m2，设汽水换热站供热，采暖热负荷约201kW。

1.9.2厂内原材料及产品储存、装卸方式、储存期、储存场地的确定

原材料及产品储存、装卸方式、储存期、储存场地表1.9.1

序号

名称

装卸方式

储存期

储存场地

1

焦炉气

管道输送

1.05小时

干式气柜

2

LNG

泵送槽车

9天

LNG贮罐

1.9.3工厂维修

本项目为新建工程，工程维修力量以中小修为主，不设计大型维修设备。

大型修理任务需要外部协作力量配合进行。

机修和电修依托京宝焦化，厂内设仪修。

1.10环境保护及综合利用

本项目采用国内最先进的焦炉煤气清洁利用生产工艺，属于无污染的环保工艺。

对此，本项目的环评报告及其批复给出了定论。

本设计应依据环评报告及其批复，采取具体措施，以保证工程建设后的环保质量。

厂区环境状况、项目建成投产后环境质量的预评价以环评报告及其批复的评价内容为依据。

1.11生产机械化、自动化水平

1.11.1生产运输机械化程度

本工程物料均采用机泵、管道输送，工厂机械化程度较高，节省劳动力，减小人力劳动强度。

1.11.2生产控制自动化水平

采用DCS集散控制系统对整个生产过程进行监控，实现管控一体化。

设置中央控制室，DCS系统包括5个操作站；1个工程师站。

DCS系统包括带操作员键盘的22″LED的工业计算机、控制器、各种输入/输出模块、通讯模块、UPS电源、打印机、机柜、操作台、继电器等硬件。

对控制单元、通讯、电源及重要的输入/输出卡件作1：

1冗余，保证控制系统安全可靠。

1.12劳动安全卫生

认真贯彻落实“安全第一、预防为主”的方针。

严格执行《石油化工企业防火设计规范》、《化工企业安全卫生设计规定》及相关的现行标准、规范。

针对有机生产行业中原材料、产品的危险特性及操作条件存在的各种不安全因素，对人体的毒害因素，采取可靠合理的防范措施与防护设施。

1.12.1危险因素

本工程所涉及的物料主要有焦炉气、LNG，均为易燃易爆危险物质，在储存、使用的过程中均可能因泄漏而发生火灾爆炸危险。

焦炉气中含有毒性物质一氧化碳，如果焦炉气泄漏会发生中毒窒息事故。

本装置生产过程为高温、高压操作，大多数设备为压力容器，如果误操作、超温超压操作均可能发生压力容器爆炸危险，并且高温物料泄漏、喷溅还会引起操作人员灼烫事故。

液化装置及LNG储存操作温度为低温，如有泄漏会发生冻伤事故。

因此本设计以防火、防爆、防毒、防烫防冻、防静电、防雷为主。

1.12.2防范措施

以设立安全评价报告批复的评价内容为依据执行。

1.13消防

本项目遵循国家建筑、石油化工设计防火规范要求及地方消防规定进行安全防火设计。

消防系统包括常规水消防系统、火灾报警系统、水喷雾系统、固定式高倍数泡沫灭火系统、移动式泡沫灭火设备。

1.13.1装置的主要危险品和危险区域

（1）主要危险品有：

焦炉气、LNG。

（2）主要危险区域有：

焦炉气气柜、生产装置、LNG储罐区和装卸站。

1.13.2主要的消防措施

本次消防设计采用社会和厂区自救联合供水灭火方式。

消防采用稳高压消防供水系统。

厂区4500m3LNG储罐1座，设置固