甲醇裝置工藝技術(shù)規(guī)程學(xué)習(xí)參考范本

1、目 錄第一部分裝置概況說明1裝置的地位與作用2裝置的技術(shù)來源3裝置的主要原料、產(chǎn)品與用途4裝置的主要構(gòu)成5裝置概況一覽表6裝置主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)第二部分工藝路線1裝置工藝路線特點2基本原理3流程概述4物料平衡第三部分主要原材料的性質(zhì)、控制項目及控制指標(biāo)1主要原材料性質(zhì)、控制項目、控制指標(biāo)及來源2原料質(zhì)量指標(biāo)的變化對產(chǎn)品質(zhì)量的影響及工藝調(diào)節(jié)原理與方法第四部分產(chǎn)品、半成品、副產(chǎn)品的性質(zhì)及控制指標(biāo)1產(chǎn)品、半成品、副產(chǎn)品的性質(zhì)及控制指標(biāo)2產(chǎn)品主要質(zhì)量指標(biāo)，其影響因素及工藝調(diào)節(jié)原理和控制方法第五部分三劑及化學(xué)藥品物理、化學(xué)性質(zhì)及其控制指標(biāo)1催化劑2三劑3需特殊處理的三劑4判定三劑報廢需更換的質(zhì)量指標(biāo)及更換

2、辦法第六部分工藝控制1工藝條件一覽表2物料流程控制指標(biāo)一覽表3工藝控制過程4生產(chǎn)控制及分析試驗一覽表第七部分聯(lián)鎖控制及自動儀表1控制聯(lián)鎖一覽表2聯(lián)鎖系統(tǒng)的試驗方法、程度和規(guī)定3各引起聯(lián)鎖動作的原因及聯(lián)鎖動作后的處理4自控儀表一覽表5特殊閥的操作原理與注意事項第八部分DCS控制1系統(tǒng)概述2操作員鍵盤面3功能鍵的組態(tài)方法4流程圖畫面及操作5區(qū)域和區(qū)域趨勢6單元和單元趨勢7組畫面操作8調(diào)整畫面操作9過程報警畫面操作及歷史信息10聯(lián)鎖系統(tǒng)畫面操作11趨勢記錄儀及其操作分析12其他第九部分主要原材料、輔助原材料單耗及公用工程單耗第十部分設(shè)備1設(shè)備概況一覽表2塔類設(shè)備一覽表3工業(yè)爐一覽表4管式換熱器、冷卻

3、器、加熱器、重沸器類一覽表5空冷器一覽表6反應(yīng)器、再生器、干燥器、沉降器類一覽表7容器、罐類一覽表8泵、壓縮機、冷凍機、成型機類一覽表9其它設(shè)備一覽表10關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖第十一部分三廢治理、綜合利用一覽表第十二部分安全生產(chǎn)基本原則1緊急事故的處理原理、原則及要求2一般安全規(guī)定3主要設(shè)備安全規(guī)定4有毒品、化學(xué)品安全規(guī)定、防護(hù)措施、泄漏處理5易燃、易爆物品及放射源管理規(guī)定6人身安全與急救以及其它物品的特殊要求7火警、救護(hù)、調(diào)度、安全、主要領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)絡(luò)電話第十三部分附錄1裝置工藝流程圖2裝置平面布置圖第一部分 裝置概況說明裝置的地位與作用甲醇合成裝置是煤化工分公司化工生產(chǎn)裝置之一，與氣化裝置、凈化裝置、

4、硫磺回收裝置共同隸屬于甲醇中心。甲醇裝置利用上游凈化裝置提供的合格合成氣為下游MTO裝置生產(chǎn)出合格的生產(chǎn)原料MTO級甲醇，也可根據(jù)實際生產(chǎn)需要抽出部分粗甲醇生產(chǎn)精甲醇。裝置的技術(shù)來源裝置工藝技術(shù)來源甲醇合成裝置引進(jìn)英國Johnson Matthey/Davy公司的大規(guī)模甲醇技術(shù)生產(chǎn)MTO級甲醇作為下游MTO裝置原料，生產(chǎn)能力為180 萬噸/年（按100%甲醇計），可根據(jù)需要抽出部分粗甲醇生產(chǎn)精甲醇，精甲醇生產(chǎn)能力為60萬噸/年。甲醇合成裝置由華陸工程科技有限責(zé)任公司完成基礎(chǔ)設(shè)計，中國成達(dá)工程公司作為EPC承包商完成裝置的詳細(xì)設(shè)計，由中國第十化建安裝公司承建。技術(shù)改造項目為了進(jìn)一步優(yōu)化裝置工藝，

5、2011年7月裝置進(jìn)行了部分技術(shù)該項項目。技術(shù)改造項目由中國成達(dá)工程公司負(fù)責(zé)工程設(shè)計，岳陽建華工程有限公司包頭分公司負(fù)責(zé)施工。甲醇合成副產(chǎn)蒸汽外送管線增加止逆閥目的：甲醇裝置蒸汽過熱爐出口1.73MPa過熱蒸汽在出甲醇界區(qū)閥前設(shè)有壓力調(diào)節(jié)放空閥（155PV581），并且該閥門參與過熱爐停車聯(lián)鎖(聯(lián)鎖位號IS506)。若調(diào)節(jié)閥瞬間打開將造成公司1.73MPa（G）蒸汽管網(wǎng)壓力的大幅度下降，進(jìn)而影響上、下游各級蒸汽管網(wǎng)的穩(wěn)定運行。為了保證在過熱爐聯(lián)鎖情況下公司1.73MPa(G)蒸汽管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定，實施此項技改。改造內(nèi)容：在甲醇裝置外送1.73MPa（G）蒸汽管線（155CS507-24-DBB）

6、出甲醇界區(qū)閥前增加止逆閥。設(shè)計流程圖號為2175-00-T3-D508。實施效果：改造項目投用后，在蒸汽過熱爐聯(lián)鎖情況下保證了公司1.73MPa(G)蒸汽管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期效果。氫氣壓縮機出口管線改造目的：為了確保平穩(wěn)向下游生產(chǎn)裝置供應(yīng)氫氣，并保證氫氣的穩(wěn)定運行實施此項技改。改造內(nèi)容：在氫氣壓縮機外送氫氣管線上增設(shè)壓力調(diào)節(jié)閥156PV607C；在氫氣壓縮機出口管線上增設(shè)去火炬放空管線，該管線設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥156PV607B。改造后的氫氣壓縮機出口共有三套壓力調(diào)節(jié)閥即156PV607A、156PV607B和156PV607C。設(shè)計流程圖號為2175-00-T3-D605。實施效果：改造項

7、目投用后，在保證給烯烴供氫的前提下，達(dá)到了技改的目的。PSA變壓吸附單元增加原料氣分液罐、原設(shè)計解吸氣混合罐改造。目的：為了有效分離水冷器（156E602）后原料氣中的冷凝液體，保證吸附塔安全運行；充分分離解吸氣中的凝液，保證尾氣壓縮機正常運行實施此項技改。改造內(nèi)容：新增原料氣分液罐156V606,該設(shè)備設(shè)置遠(yuǎn)傳和就地液位監(jiān)控，采取就地人工定時排液，排放液經(jīng)裝置區(qū)地下排液總管進(jìn)入中間罐區(qū)地下槽(155V505)。更換原有的解吸氣混合罐（156V604）。本次技改期間將原有的解吸氣混合罐（156V604）改造為具有氣體混合、氣液分離作用的設(shè)備。氣體由設(shè)備頂部出口，分離后的凝液采用電磁閥156LX

8、650自動控制。液位測量值（156LI651）高于設(shè)定值時液位控制閥全開，排放罐內(nèi)凝液，當(dāng)液位測量值低于設(shè)定值時，閥門全關(guān)。原料氣分液罐及解吸氣混合罐均設(shè)置液位高限報警：高報值為50。設(shè)計流程圖號為SH01-PE-09/01(補充)和SH01-PE-09/02(補充)。實施效果：改造項目完成后，該項目達(dá)到了技改的目的。過熱爐入爐燃料氣增加聯(lián)鎖快速切斷閥目的：為了確保在聯(lián)鎖狀態(tài)下能完全切斷蒸汽過熱爐入爐燃料氣，保證過熱爐安全運行，實施此項技改。改造內(nèi)容在過熱爐開車燃料氣管線上增設(shè)快速切斷閥組155XV571，在補充燃料氣管線上增設(shè)快速切斷閥組155XV572。調(diào)節(jié)閥155PV574、155PV5

9、76、155TV583不再參與聯(lián)絡(luò)動作，只具備壓力或溫度單回路調(diào)節(jié)功能。設(shè)計流程圖號2175-00-T3-D508。實施效果：實施項目完成后，達(dá)到了技改的目的。甲醇裝置增加8.0MPa（G）超高壓氮氣管線目的：為了便于以后甲醇合成系統(tǒng)的高壓氣密，實施此項技改。改造內(nèi)容：8.0MPa超高壓氮氣管線在甲醇裝置設(shè)有兩個接入點：凈化槽預(yù)熱器入口氮氣總管上增設(shè)2的8.0MPa超高壓氮氣管線。在聯(lián)合壓縮機循環(huán)段入口氮氣總管上增設(shè)3的8.0MPa(G)超高壓氮氣管線。新增超高壓氮氣管線與原有氮氣總管采用雙閥加8字盲板的隔離方式。設(shè)計流程圖號2175-00-T3-D101/201。實施效果：實施項目完成后，該

10、項目達(dá)到了技改的目的。成品罐區(qū)地下槽泵（157P702）出口增加至MTO甲醇罐入口總管連通管線目的：為了節(jié)能降耗、縮短成品罐區(qū)倒甲醇流程，實施此項技改。改造內(nèi)容：在成品罐區(qū)地下槽泵（157P702）出口止逆閥后增加至MTO甲醇罐入口總管連通管線。設(shè)計流程圖號06056-157-B-701/707。實施效果：實施項目完成后，達(dá)到了技改的目的。MTO甲醇罐（5臺）、精甲醇成品罐（2臺）出入口增加切斷閥目的：為了便于各甲醇罐出入口金屬軟管的在線檢修更換、每臺甲醇罐能夠獨立接收相應(yīng)甲醇泵出口回流甲醇。改造內(nèi)容：在各甲醇罐進(jìn)口金屬軟管和回流閥前增加切斷閥，在各罐出口金屬軟管后增加切斷閥。實施效果：實施項

11、目完成后，達(dá)到了技改的目的。MTO甲醇輸送泵（157P704A/B）增加備用泵自啟動聯(lián)鎖目的：為了縮短MTO甲醇泵備泵啟動的時間，保證MTO甲醇輸送的穩(wěn)定，實施此項技改。改造內(nèi)容：甲醇成品罐區(qū)DCS系統(tǒng)增設(shè)MTO甲醇泵備泵自啟動聯(lián)鎖，運行泵停止運行后13秒鐘內(nèi)備泵自啟動。實施效果：實施項目改造后，該項目達(dá)到了技改的目的。裝置的主要原料、產(chǎn)品與用途主要原料甲醇裝置的主要原料為凈化裝置供給的合成氣。合成氣規(guī)格如下：進(jìn)料組成含量 vol % (設(shè)計值)含量范圍 vol%氫氣（hydrogen,H2）67.086669一氧化碳(Carbon Monoxide:CO)30.402831二氧化碳(Card

12、on Dioxide:CO2)1.951.53.0甲烷（methane：CH4）0.120.060.14氮氣（）0.360.360.56氬氣0.090.120.18硫化氫+羰基硫 (v)0.1 ppm (v)0.1 ppm水 飽和氯（以HCl記） 0.1 ppm (v)砷0.1ppm羰基化合物0.1ppm顆粒物Nil其它金屬(如：釩、鉀、納、汞)Nil氰氫酸0.1ppm磷化氫（Ph3）0.1ppm裝置產(chǎn)品及用途MTO級甲醇甲醇裝置利用凈化來合成氣在甲醇合成塔內(nèi)經(jīng)過高溫、高壓并在甲醇合成催化劑的作用下反應(yīng)生成粗甲醇，粗甲醇先經(jīng)過冷卻、閃蒸、分離后再經(jīng)過穩(wěn)定塔的進(jìn)一步閃蒸，除去粗甲醇中夾帶的輕組分

13、和溶解的不凝氣成為MTO級甲醇。MTO級甲醇送入成品罐區(qū)，作為下游MTO裝置的原料。MTO級甲醇規(guī)格見下表：組分含量 wt% 二氧化碳50 ppm-max二甲醚0.1 max甲酸甲酯50 ppm-max丙酮50 ppm-max甲醇95 min乙醇0.1 max水5.0 max正丁醇500 ppm-max異丁醇500 ppm-max辛烷10 ppm-max戊醇200 ppm-maxMTO級甲醇雜質(zhì)含量要求：組分最大含量 堿度1 wt ppm總有機氮1 wt ppm總金屬0.1 wt ppm外觀清亮且無懸浮物不揮發(fā)組份1 mg/100ml酸值0.03mg KOH/g二氧化碳50 wt ppm氯含量

14、1 wt ppm精甲醇甲醇裝置利用凈化來合成氣在甲醇合成塔內(nèi)經(jīng)過高溫、高壓并在甲醇合成催化劑的作用下反應(yīng)生成粗甲醇，粗甲醇先經(jīng)過冷卻、閃蒸、分離后，三分之一的粗甲醇再經(jīng)過預(yù)塔的進(jìn)一步閃蒸，除去粗甲醇中夾帶的輕組分和溶解的不凝氣成為主塔進(jìn)料甲醇，預(yù)處理甲醇經(jīng)主塔除去其中的重組分，在主塔上部采出合格精甲醇，合格的精甲醇經(jīng)冷卻后，經(jīng)泵送至中間罐區(qū)精甲醇中間儲罐，當(dāng)中間儲罐液位達(dá)到一定的高度后，啟中間罐區(qū)精甲醇泵將精甲醇送到成品罐區(qū)，后再經(jīng)火車、汽車泵送至裝卸臺外銷。精甲醇產(chǎn)品同時滿足美國聯(lián)邦A(yù)A級甲醇標(biāo)準(zhǔn)（OM232K）和中國工業(yè)用甲醇優(yōu)級品標(biāo)準(zhǔn)（GB3382004），規(guī)格見下表：美國聯(lián)邦A(yù)A級甲醇

15、標(biāo)準(zhǔn)（OM232K）指 標(biāo) 名 稱 指 標(biāo)純度99.85%（wt）乙醇ppm10（wt）丙酮和乙醛ppm 30（wt）丙醛ppm10（wt）游離酸（HAC 計）ppm 30（wt）堿度ppm30（wt）外觀無色透明顏色不暗于ASTM 的鉑-鈷標(biāo)度5可炭化物（加濃H2SO4）不褪色水溶性不混濁或不呈乳白色比重d20200.7928不揮發(fā)物10（wt）氣味特征性，無殘余水份%0.10（wt）高錳酸鉀30 分鐘內(nèi)不褪色甲醇國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 338-2004）：項目優(yōu)級品一級品色度(鉑-鈷)55密度(20)，g/cm30.7910.7920.7910.793沸程(0，101.3kPa，在64.065.5

16、范圍內(nèi)，包括64.60.1)/0.81.0高錳酸鉀試驗, min5030水混溶試驗通過試驗（1+3）通過試驗（1+9）水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/0.10.15酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以HCOOH 計)/%或堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以NH3計）/%0.00150.00020.00300.0008羰基化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以HCHO計)/%0.0020.005蒸發(fā)殘渣量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.0010.003硫酸洗滌試驗/Hazen單位（鉑鈷）5050乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%供需雙方協(xié)商氫氣甲醇裝置為了調(diào)整系統(tǒng)中的惰性氣體含量，從二號甲醇分離器的出口引出一股馳放氣作為膜回收的原料氣，滲透氣返回合成系統(tǒng)，非滲透氣作為PSA的原料氣，經(jīng)過PSA單元

17、變壓吸附處理后，產(chǎn)出了合格的產(chǎn)品氫氣，產(chǎn)品氫氣一部分供給下游烯烴裝置，多余的產(chǎn)品氫氣返回系統(tǒng)。本裝置為下游聚烯烴裝置提供氫氣產(chǎn)品，產(chǎn)量為2800-3850Nm3/h，規(guī)格如下：名稱單位規(guī)格純度氫氣vol %99.95 min雜質(zhì)一氧化碳ppm vol5 max二氧化碳ppm vol5 max水ppm vol5 max硫化氫ppm vol0.1 max烴ppm vol1 max雜醇油甲醇裝置在生產(chǎn)精甲醇的工況時，為了保證精甲醇中的重組分徹底的除去，在主精餾塔的中下部必須要適量采出一部分重組分，作為雜醇油，采出的這部分雜醇油經(jīng)冷卻后，通過泵送至成品罐區(qū)雜醇油儲罐中，儲罐液位達(dá)到一定的液位后，啟雜醇

18、油泵外送至裝卸臺外售。本裝置所產(chǎn)雜醇油規(guī)格如下：名稱單位 規(guī)格甲醇%48.72丁醇%1.28水%50裝置的主要構(gòu)成甲醇裝置由壓縮單元、合成單元、精餾單元、氫回收單元、中間罐區(qū)單元、成品罐區(qū)單元和減溫減壓站及換熱站單元及公用工程輔助設(shè)施構(gòu)成。壓縮單元壓縮單元主要包括透平驅(qū)動的合成氣/循環(huán)氣壓縮機（152CT201/C201/201）、氫氣壓縮機（156C601A/B）、氮氣壓縮機（155C501）和尾氣壓縮機（155C502）。所有機組均布置在壓縮機廠房內(nèi)。合成單元甲醇合成單元主要包括新鮮氣分離器（152V201）、凈化槽預(yù)熱器（151E101）、合成氣凈化槽（151V101）一號中間換熱器（1

19、51E102A/B）、二號中間換熱器（151E103A/B）、一號合成塔（151R101）、二號合成塔（151R102）、一號汽包（151V102）、二號汽包（151V103）、一號空冷器（151AE101）、二號空冷器（151AE101）、一號水冷器（151E104）、二號水冷器（151E105）、一號甲醇分離器（151V104）、二號甲醇分離器（151V105）、一號甲醇過濾器（151H101A/B）、二號甲醇過濾器（151H102A/B）、粗甲醇閃蒸槽（151V106）、粗甲醇排放槽（151V107）。合成單元采用露天框架結(jié)構(gòu)布置。精餾單元精餾單元主要包括MTO級甲醇單元：穩(wěn)定塔（151

20、T101）、穩(wěn)定塔回流槽（151V108）、塔頂冷卻器（151E107）、塔底再沸器（151E109）、MTO級甲醇冷卻器（151E108）；精甲醇單元：預(yù)精餾塔（153T301）、主精餾塔（153T302）、預(yù)塔回流槽（153V301）、預(yù)塔一級冷卻器（153E301）、預(yù)塔二級冷卻器（153E302）、預(yù)塔再沸器（153E303）、主塔回流槽（153V302）、雜醇油采出槽（153V303）、主塔冷卻器（153E304）、主塔再沸器（153E307）、精甲醇冷卻器（153E305）、雜醇油冷卻器（153E306）、廢水冷卻器（153E308）、精餾單元泵布置在室內(nèi)，其余設(shè)備露天框架結(jié)構(gòu)布置

21、。氫回收單元該單元由洗滌塔（156T601）、氣液分離器（156S601）、加熱器（156E601）、膜分離器組（156D601A-I）、高壓水泵（156P601A/B）。該單元只有高壓水泵室內(nèi)布置，其余露天布置。中間罐區(qū)單元中間罐區(qū)單元由兩個精甲醇中間儲罐（154V402A/B）和粗甲醇中間儲罐（154V401）構(gòu)成。成品罐區(qū)單元甲醇罐區(qū)分為粗甲醇罐區(qū)和精甲醇罐區(qū)。粗甲醇罐區(qū)由五個MTO甲醇儲罐（157V702A/B/C/D/E）組成；精甲醇罐區(qū)由兩個精甲醇成品罐（157V701A/B）和甲醇油罐（157V703）、己烯罐（157V704）、甲醇退料罐（157V705）組成，并在防火堤外設(shè)置

22、一個廢液收集槽（157V706）。機泵統(tǒng)一放置在各自的泵房內(nèi)。減溫減壓和二號換熱站單元減溫減壓單元由四級管網(wǎng)組成：4.1MPaG、1.73MPaG、1.1MPaG、0.46MPaG；二號換熱站由采暖水換熱器（282E11B）和伴熱換熱器（282E11A）及生活水換熱器（282E21A/B）組成。公用工程單元公用工程單元主要由低壓閃蒸罐（155V503）、常壓閃蒸罐（155V504）、蒸汽冷凝器（155E502）減溫減壓器（）、火炬分液罐（155V502）、汽包排污罐（155V501）、汽包排污冷卻器（155E501）、廢液收集槽（155V505）組成。裝置概況一覽表項目單位內(nèi)容項目單位內(nèi)容產(chǎn)品

23、名稱T/a180萬噸甲醇裝置定員人54建設(shè)開始時間占地面積建設(shè)竣工時間2010年5建筑面積平方米甲醇裝置區(qū)：30360甲醇罐區(qū)：29925投產(chǎn)日期2010年7月3日專利公司名稱英國戴維公司設(shè)計能力180萬噸/年甲醇（折純）施工單位中國第十化建安裝公司實際最大能力引進(jìn)項目名稱合同生效期合同有效期合同總價設(shè)計單位基礎(chǔ)設(shè)計：華陸工程科技有限責(zé)任公司詳細(xì)設(shè)計：中國成達(dá)工程公司擴建日期無改造后能力總投資112234.35萬（基礎(chǔ)設(shè)計）裝置主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)指標(biāo)名稱單位設(shè)計指標(biāo)實際最好水平新鮮合成氣NM3/噸甲醇2191.922095.72循環(huán)水T/h101037274脫鹽水T/h21.28電KWH3043

24、13.29燃料氣Nm3/h2300儀表空氣Nm3/h200200氮氣0.8MPANm3/h200200中壓蒸氣4.1MPA,420T/h87.87104.68低壓蒸氣1.1MPA,220T/hMTO級甲醇T/h-241 -252.1蒸汽1.73MPAT/h-186136雜醇油T/h-1.120精餾廢水T/h-2.1710精甲醇T/h760第二部分 工藝路線 裝置工藝路線特點甲醇裝置采用英國DAVY工藝技術(shù)有限公司（Davy Process Technology Ltd，簡稱DPT公司）甲醇合成工藝技術(shù)及英國莊信萬豐公司（Johnson Matthe）甲醇合成催化劑來生產(chǎn)MTO級甲醇，采用兩塔精

25、餾技術(shù)制取精甲醇。該技術(shù)具有合成氣轉(zhuǎn)化率高（99）、原料消耗低、系統(tǒng)壓降小、能耗利用合理、流程簡練、控制簡單、三廢排放少等特點。主要特點描述如下：反應(yīng)器內(nèi)氣體為徑向流動，壓降較小，在反應(yīng)器直徑不變的情況下， 增加反應(yīng)器高度，即可增大生產(chǎn)規(guī)模，單臺反應(yīng)器能力可達(dá)2500噸/天以上；催化劑床層的溫度可以通過調(diào)節(jié)蒸汽壓力控制，反應(yīng)器催化劑床層內(nèi)溫度較為均勻，催化劑使用壽命長；能量回收合理，開工方便；合成反應(yīng)過程中副反應(yīng)少，粗甲醇中雜質(zhì)含量少，質(zhì)量高。本裝置甲醇合成工藝采用套甲醇合成工藝包，DPT公司是目前世界上大型甲醇技術(shù)的主要供應(yīng)商之一，DPT公司開發(fā)的甲醇技術(shù)已有三十多年的歷史，在甲醇技術(shù)方面積

26、累了較豐富的研發(fā)和工程經(jīng)驗，由DPT公司提供技術(shù)的日產(chǎn)5000噸（年產(chǎn)167萬噸）甲醇裝置于2005年在特立尼達(dá)島成功投入運行。目前DPT公司主推的甲醇工藝流程如下圖所示，DPT公司稱之為串聯(lián)流程（Series loop），合成新鮮氣進(jìn)入合成氣/循環(huán)氣聯(lián)合壓縮機的合成段進(jìn)行壓縮，絕大部分新鮮氣與第二甲醇分離器來的循環(huán)氣混合后，先在第一入塔預(yù)熱器中預(yù)熱后，進(jìn)入第一合成塔。在合成塔內(nèi)，甲醇合成反應(yīng)在高活性的銅基催化劑作用下進(jìn)行，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。反應(yīng)熱副產(chǎn)約2.0Mpa的低壓蒸汽。離開第一合成塔的反應(yīng)氣經(jīng)過第一入塔預(yù)熱器對入塔合成氣進(jìn)行預(yù)熱，然后進(jìn)入冷卻器，反應(yīng)生成的甲醇和水在冷卻器中最終冷卻后，

27、循環(huán)氣和粗甲醇進(jìn)入第一甲醇分離器進(jìn)行分離。在第一甲醇分離器中分離出的循環(huán)氣與部分新鮮氣混合后進(jìn)入合成氣/循環(huán)氣壓縮機的循環(huán)段壓縮，在合成氣/循環(huán)氣壓縮機循環(huán)段的循環(huán)氣和部分新鮮氣被壓縮后進(jìn)入第二入塔氣預(yù)熱器中預(yù)熱，然后進(jìn)入第二合成塔，該合成塔同樣副產(chǎn)約2.0Mpa低壓蒸汽，離開第二合成塔的反應(yīng)氣經(jīng)過第二入塔預(yù)熱器預(yù)熱入塔氣后，進(jìn)入第二冷卻器。反應(yīng)生成的甲醇和水經(jīng)冷卻后，循環(huán)氣和粗甲醇進(jìn)入第二甲醇分離器，在第二甲醇分離器中分離出的粗甲醇去甲醇閃蒸槽。在第二甲醇分離器中分離出的循環(huán)氣的大部分與合成新鮮氣混合后進(jìn)入第一合成回路。同時，需放出一部分弛放氣以維持循環(huán)氣中的甲烷和氮氣等惰性氣體在一定的濃度

28、范圍之內(nèi)。如前文所述，從新鮮合成氣在兩個合成塔之間的分布角度來看，該工藝流程又是一種并聯(lián)流程，因此Davy的工藝流程可稱之為串/并聯(lián)耦合方式。在該流程中，將第一反應(yīng)器的出口氣體進(jìn)行降溫、分醇后再進(jìn)入第二反應(yīng)器，使得第二反應(yīng)器的原料氣中甲醇含量很低，促使反應(yīng)平衡向甲醇合成的方向移動，可顯著提高甲醇轉(zhuǎn)化率，降低整個合成回路的循環(huán)比。同時這種串/并聯(lián)流程可有效提高催化劑的使用效率，據(jù)專利商介紹，采用該流程比傳統(tǒng)的并聯(lián)流程節(jié)省催化劑30以上。圖1.1 Davy甲醇工藝流程簡圖Davy采用的甲醇合成反應(yīng)器為蒸汽上升式合成塔SCR，如圖3所示，蒸汽上升式合成塔SCR 是一個徑向流反應(yīng)器，催化劑裝填在反應(yīng)器

29、的殼側(cè)，管內(nèi)產(chǎn)生中壓蒸汽。新鮮的合成氣從反應(yīng)器底部的中心管進(jìn)入，中心管管壁上有分配孔以保證氣體的分布均勻。氣體沿徑向從內(nèi)到外通過反應(yīng)器的催化劑床層。從汽包來的鍋爐水進(jìn)入反應(yīng)器的底部然后向上流動并部分汽化帶走甲醇合成反應(yīng)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱。反應(yīng)溫度通過控制管內(nèi)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)，這樣的徑向流結(jié)構(gòu)很容易實現(xiàn)整個反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層溫度的均勻分布。蒸汽上升式合成塔的床層溫度如圖4所示，該合成塔能夠較好地控制床層溫度的均勻性。徑向流反應(yīng)器也確保了在大氣量的條件下壓降較小,反應(yīng)器生產(chǎn)能力的擴大可以通過加長反應(yīng)器長度來實現(xiàn)。這個優(yōu)點保證在甲醇裝置大型化中不受運輸條件的限制。Davy公司通過計算, 比較了催化劑在管

30、內(nèi)、水在管外與催化劑在管外、水在管內(nèi)兩種方案, 結(jié)果表明, 后者所需的管子表面積僅為前者的6/7，因此選擇催化劑床層在殼側(cè)的方式，同時這種催化劑裝填方式還具有催化劑裝填量大，易于裝卸等優(yōu)點，適合大型化生產(chǎn)裝置。Davy反應(yīng)器對材料的要求相對較低，因換熱管內(nèi)走水，在某些操作條件下?lián)Q熱管甚至可以采用碳鋼，大大降低了設(shè)備投資。圖1.2 蒸汽上升式合成塔 圖1.3 蒸汽上升式合成塔床層溫度分布曲線與國外甲醇合成技術(shù)相比較，國內(nèi)發(fā)展比較快的甲醇合成技術(shù)主要是華東理工大學(xué)技術(shù)和杭州林達(dá)技術(shù)。華東理工大學(xué)技術(shù)：（說明中的圖號與附圖下的圖畫不對應(yīng)）華東理工大學(xué)開發(fā)了一種管殼外冷絕熱復(fù)合式固定床催化反應(yīng)器，可用

31、于甲醇合成等氣固相催化反應(yīng)。該反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)見圖1.4，進(jìn)塔氣由上部進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)器,由氣體分布器先經(jīng)過絕熱段催化劑床層,再流經(jīng)管內(nèi)催化層,反應(yīng)放出熱量,反應(yīng)熱被殼程沸騰水吸收,副產(chǎn)中壓蒸汽,反應(yīng)后氣體由下部氣體出口排出。該反應(yīng)器下部的管殼層結(jié)果與LURGI的水冷反應(yīng)器比較類似，上部絕熱層也裝填有催化劑，起提溫和進(jìn)一步凈化氣體的作用。目前華東理工大學(xué)的甲醇技術(shù)已經(jīng)獲得國家專利，并在多個項目中應(yīng)用，目前投產(chǎn)的最大規(guī)模為30萬噸/年。圖1.4 管殼外冷絕熱復(fù)合式甲醇反應(yīng)器簡圖杭州林達(dá)技術(shù)：杭州林達(dá)化工技術(shù)工程有限公司是國內(nèi)較有代表性的甲醇技術(shù)供應(yīng)商，該公司開發(fā)的大型甲醇合成技術(shù)有氣冷型、軸向水冷

32、管式和徑向水冷管式以及氣冷水冷組合等多種方式。其中氣冷式均溫型反應(yīng)器已有多套工業(yè)應(yīng)用，成為一種成熟塔型，其特點是觸媒裝填系數(shù)大且生產(chǎn)強度高，催化劑層溫差小，壓降小，投產(chǎn)的最大規(guī)模為20萬噸/年。氣冷式均溫型反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡圖見圖1.5，主要由外殼（P）、隔板（H）、冷管膽（Cb）、支架（S）、多孔板（R）組成。外殼P是一受壓容器，頂部封頭有進(jìn)氣口1，底部封頭有出氣口2，隔板（H）把容器分為上、下部分氣室，反應(yīng)室裝有催化劑層（K），反應(yīng)室底部支架（S），支撐冷管膽（Cb），底部多孔板（R）支撐反應(yīng)室中冷管膽外的催化劑層（K）。冷膽管（Cb）包含有進(jìn)氣管（a）、上環(huán)管（c）、冷管（b），冷管（b）是U

33、型管，上環(huán)管（c）連結(jié)進(jìn)氣管（a）和U形冷管（b）的一端，冷管這一端成為下行冷管（bA）,U型冷管的另一端開口成為上行冷管（bB）。進(jìn)氣管（a）穿過隔板（H）并用填料函活動密封，合成原料氣由外殼（P）頂部進(jìn)氣口進(jìn)入上部分氣室，進(jìn)進(jìn)氣管（a）到上環(huán)管（c）分布到各冷管（b），原料氣在下行冷管中先由上到下流動與冷管（b）管外的反應(yīng)氣換熱，然后經(jīng)上行冷管中由下到上與管外反應(yīng)氣換熱到頂部出上行冷管，到管外進(jìn)入催化劑層由上圖1.5 氣冷式均溫型反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡圖到下一邊反應(yīng)一邊與冷管中的原料氣換熱，反應(yīng)氣到底部經(jīng)過孔板由底部出氣管（2）出反應(yīng)器。該反應(yīng)器的特點是管內(nèi)冷氣與催化劑層中反應(yīng)氣先后進(jìn)行并流換熱和逆

34、流間接換熱，軸向溫度差小，溫度較為均勻，催化劑裝填在殼側(cè)，裝填系數(shù)較高，因而相同直徑反應(yīng)器產(chǎn)能高?；驹砑状己铣煞磻?yīng)式及熱效應(yīng)合成甲醇的反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)有以下幾個：主反應(yīng)： CO2H2 CH3OH （1）CO23H2 CH3OHH2O （2）主要的副反應(yīng)：2CO4H2 CH3OCHH2O 2CO4H2 C2H5OH H2OCO3H2 CH4H2OnCO2nH2 (CH2)n(烴類)nH2O主反應(yīng)（1）、（2）是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱QT（J/Mol）與溫度（T，K）的關(guān)系如下：QT1=-76446.348-49.2437T2.9272102T21.6989104T31.9174107T40

35、.7271010T5QT2=-37822.0194-22.6443T0.1182T22.8584104T32.7568107T410.62221011T5合成甲醇的反應(yīng)熱范圍是比較大的，如果從熱效應(yīng)的角度考慮，在壓力為20106Pa左右及溫度在300時，反應(yīng)熱變化不大，操作容易控制，所以合成反應(yīng)條件選擇在這個范圍內(nèi)是有利的。對于加壓下甲醇合成反應(yīng)，由于壓力對反應(yīng)熱的影響很小，故在工業(yè)計算時，可以忽略壓力對甲醇合成熱的影響。在甲醇合成反應(yīng)的過程中，不可避免的要發(fā)生一些副反應(yīng)，相應(yīng)的也就生成了一些副產(chǎn)物，如醚類、高級醇類、長鏈烴等，這些副產(chǎn)物的生成相應(yīng)的增加了精餾的負(fù)荷，為獲得高純度的甲醇帶了困難

36、，甚至影響到后續(xù)裝置的正常生產(chǎn)。為了抑制副反應(yīng)在合成塔中發(fā)生，根據(jù)相關(guān)研究和催化劑廠家提供的催化劑使用條件及生產(chǎn)實踐經(jīng)驗總結(jié)，合成塔的溫度控制至關(guān)重要，將溫度控制在合理的范圍之內(nèi)，可以有效地降低副反應(yīng)的發(fā)生，并且可以延長催化劑使用壽命。催化劑的反應(yīng)溫度不能過低或者過高，床層溫度過低容易結(jié)蠟，床層溫度過高容易甲烷化。通常床層溫度不能低于200，不能高于290。抑制副反應(yīng)的發(fā)生還有一種方法，就是合適的氣體組分，合成氣中CO2在調(diào)整床層溫度起到一定的作用，同時可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生，CO2和H2反應(yīng)生成一分子的H2O，水的比熱較大，可以將床層中的熱量帶走，同時生成的H2O醚類、烴類、乙醇、甲烷等物質(zhì)生

37、成。甲醇合成反應(yīng)熱力學(xué)甲醇合成反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，以反應(yīng)（1）為例，CO和H2生成CH3OH的反應(yīng)不可能完全進(jìn)行，存在一個動態(tài)平衡，當(dāng)產(chǎn)物CH3OH的量達(dá)到一定程度之后，CH3OH分解生成CO與H2的反應(yīng)就開始了。對于工業(yè)生產(chǎn)甲醇而言總是希望盡量多地生成甲醇，即使得反應(yīng)盡量向CO與H2生成CH3OH的正反應(yīng)方向進(jìn)行，而盡量阻止CH3OH生成CO與H2的逆反應(yīng)的發(fā)生。反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度是影響平衡常數(shù)的一個重要因素，可用下式表示：lgKT=3921/T7.971lgT+0.002499T2.953107T210.2式中KT為用溫度表示下的平衡常數(shù)，T為反應(yīng)溫度，K。代入不同的溫度，可得不同溫度下的平

38、衡常數(shù)。由計算結(jié)果可看出平衡常數(shù)隨溫度的增加而急劇減小，平衡常數(shù)的減小意味著反應(yīng)平衡向逆反應(yīng)方向移動，因此，從平衡的角度講，甲醇合成宜在低溫下操作。 反應(yīng)壓力由于甲醇合成是氣相反應(yīng)，故壓力對反應(yīng)起著重要作用，用氣體分壓表示的平衡常數(shù)可用下面的公式表示：Kp=PCH3OH/(PCOP2H2)式中：Kp為用壓力表示的平衡常數(shù)，PCH3OH ，PCO，PH2分別表示甲醇、一氧化碳、氫氣的平衡分壓。在壓力接近大氣壓時，其數(shù)值是正確的，但在較高壓力下，必須考慮反應(yīng)混合物的可壓縮性，此時需用各組分的逸度代替分壓。Kf=KrKp= KrKNP-2KNKfP2/ Kr式中Kf為用逸度表示的平衡常數(shù)，在某一溫度

39、下為常數(shù)，即KT，可由前面的公式計算得到。Kr為用逸度系數(shù)表示的平衡常數(shù)，計算公式如下：KrrCH3OH/(rCOr2H2)，其中rCH3OH，rCO，rH2分別為CH3OH，CO及H2的逸度系數(shù)。因為CH3OH的可壓縮性比CO和H2大得多，因此Kr隨壓力的升高而迅速減小。KNxCH3OH/(xCOx2H2)，其中xCH3OH，xCO，xH2分別為CH3OH，CO及H2的摩爾分?jǐn)?shù)。由式KNKfP2/ Kr可知，在某一溫度下，隨著壓力的升高，Kf為常數(shù)，Kr減少，因此KN隨壓力的升高而增加，即壓力的升高有利于甲醇的生成。甲醇合成反應(yīng)動力學(xué)動力學(xué)主要研究反應(yīng)發(fā)生的速率，了解各種因素對反應(yīng)速率的影響

40、，以尋找反應(yīng)能迅速進(jìn)行的條件。甲醇反應(yīng)是一個氣固相催化過程，其特點是反應(yīng)主要在催化劑內(nèi)表面上進(jìn)行，可分為下列五個步驟：擴散氣體自氣相主體擴散到氣體催化劑表面；吸附各種氣體組分在催化劑活性表面上進(jìn)行化學(xué)吸附；表面反應(yīng)化學(xué)吸附的氣體，按照不同的動力學(xué)機理進(jìn)行反應(yīng)生成產(chǎn)物；解吸反應(yīng)產(chǎn)物的脫附；擴散反應(yīng)產(chǎn)物自氣體催化劑界面擴散到氣相中去。合成反應(yīng)的速率，決定于全過程中最慢步驟的完成速度，上述步驟中A、E進(jìn)行得非常迅速，以致于它們對反應(yīng)動力學(xué)的影響可以忽略不計。過程B、D的進(jìn)行速度要比過程C在催化劑活性界面的反應(yīng)速度要快得多。因此，整個反應(yīng)過程取決于C的反應(yīng)進(jìn)行速度，稱為動力學(xué)控制步驟。影響甲醇合成速率

41、的因素影響甲醇合成速率的因素很多，有溫度、壓力、組成、空速、催化劑粒度等，其中最主要因素是反應(yīng)物料的濃度和反應(yīng)溫度，稱為壓力效應(yīng)和溫度效應(yīng)。溫度效應(yīng)根據(jù)阿累尼烏斯公式導(dǎo)出溫度與反應(yīng)速度常數(shù)的關(guān)系式如下：KtKOe(-E/RT)式中Kt為反應(yīng)速度常數(shù)，KO為頻率因子，E為活化能，R為氣體常數(shù)，T為反應(yīng)溫度。反應(yīng)物分子間相互接觸碰撞是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的前提，但是只有已被“激發(fā)”的反應(yīng)物分子活化分子之間的碰撞才有可能發(fā)生反應(yīng)，為使反應(yīng)物分子“激發(fā)”所需給予的能量即為反應(yīng)活化能E?；罨艿拇笮∈潜碚骰瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)行難易程度的標(biāo)志?；罨芨?，反應(yīng)難于進(jìn)行；活化能低，則容易進(jìn)行。但是活化能不是決定反應(yīng)難易的唯一因

42、素，它與頻率因子KO共同決定反應(yīng)速率。催化劑具有降低反應(yīng)活化能，加速化學(xué)反應(yīng)速率的作用，對于不同的催化劑，活化能降低的量不同，頻率因子也不同，因此對應(yīng)不同的催化劑有不同的反應(yīng)活化能和頻率因子。對銅基催化劑KO7.734108，E94.98KJ/mol；對鋅基催化劑KO1.95108，E152.3KJ/mol，可以看出使用銅基催化劑比使用鋅基催化劑的甲醇合成反應(yīng)容易進(jìn)行。此外，活化能也表示反應(yīng)速率對溫度變化的敏感度，E越大，溫度對反應(yīng)速度的影響越大，所以提高溫度會使鋅基催化劑上的反應(yīng)速度比銅基催化劑上的要提高得更多。從阿累尼烏斯公式可以看出提高溫度可以提高甲醇合成的反應(yīng)速度常數(shù)，即可以加快反應(yīng)速

43、度。壓力效應(yīng)甲醇反應(yīng)的宏觀反應(yīng)速率可用下式表示：R=K(C-Ceq)n式中C及Ceq是氣相中CO的濃度及CO的平衡濃度。壓力效應(yīng)對于反應(yīng)速率的影響由于不同的催化劑組成、結(jié)構(gòu)及氣體成分等生產(chǎn)條件不同而不盡相同，但是有一點是一致的，即反應(yīng)速度隨著反應(yīng)物濃度的增加而單調(diào)遞增。在甲醇合成反應(yīng)中，無論從熱力學(xué)還是從動力學(xué)角度考慮，增加壓力對反應(yīng)有利，但溫度的作用卻不同，熱力學(xué)要求降低溫度有利于反應(yīng)向目標(biāo)產(chǎn)物的方向進(jìn)行，可以增加產(chǎn)物甲醇的平衡濃度，但溫度降低會減小反應(yīng)的速度常數(shù)，使反應(yīng)變慢，溫度在這兩方面的影響是矛盾的。甲醇合成反應(yīng)的特性是甲醇催化劑及工藝開發(fā)的基礎(chǔ)，對于催化劑開發(fā)，甲醇合成反應(yīng)需要選擇低

44、溫活性好的催化劑，即在較低溫度下使得甲醇合成反應(yīng)能夠以較快的反應(yīng)速度進(jìn)行，同時又能夠獲得較高的甲醇產(chǎn)率。低溫活性好的催化劑可在較低的反應(yīng)壓力下實現(xiàn)甲醇合成反應(yīng)，這可以減少設(shè)備投資。在選定催化劑和反應(yīng)壓力后，由于溫度對甲醇合成反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)影響存在矛盾，因此就存在一個最佳溫度，在此溫度下，即可以獲得較高的甲醇收率，又可以獲得較快的反應(yīng)溫度。甲醇精餾原理精餾塔下面由加熱釜(再沸器)供熱，使釜中殘液部分汽化后蒸汽逐板上升，塔中各板上液體處于沸騰狀態(tài)。頂部冷凝得到的餾出液部分作回流入塔，從塔頂引入后逐板下流，使各板上保持一定液層。上升蒸汽和下降液體呈逆流流動，在每塊板上相互接觸進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。原料

45、液于中部適宜位置處加入精餾塔，其液相部分也逐板向下流入加熱釜，汽相部分則上升經(jīng)各板至塔頂。由于塔底部幾乎是純難揮發(fā)組分，因此塔底部溫度最高，而頂部回流液幾乎是純易揮發(fā)組分，因此塔頂部溫度最低，整個塔內(nèi)的溫度由下向上逐漸降低。由塔內(nèi)精餾操作分析可知，為實現(xiàn)精餾分離操作，除了具有足夠?qū)訑?shù)塔板的精餾塔以外，還必須從塔頂引人下降液流(即回流液)和從塔底產(chǎn)生上升蒸汽流，以建立汽液兩相體系。因此，塔底上升蒸汽流和塔頂液體回流是精餾過程連續(xù)進(jìn)行的必要條件。精甲醇的精餾過程是利用粗甲醇中各組分的揮發(fā)度不同，利用多次部分汽化和部分冷凝的方法，以達(dá)到完全分離各組分的目的。常溫、常壓下，甲醇是易揮發(fā)和易燃燒的無色液

46、體，純甲醇的沸點為64.7，雜質(zhì)的沸點有高有低，低于甲醇沸點的為輕餾分，高于此值的為重餾分。一般情況下，甲醇中所含輕餾分雜質(zhì)主要有二甲謎、乙醛、丙酮等；重餾分主要有水、異丁醇、異丁醚等。甲醇合成不論采用何種催化劑，均受其選擇性的限制以及合成條件(壓力、溫度和合成氣組成)的影響，在進(jìn)行甲醇反應(yīng)的同時，還伴隨著一系列副反應(yīng)，副反應(yīng)產(chǎn)物多達(dá)4O多種，這些雜質(zhì)只有通過精餾工序加以去除，才能得到符合要求的精甲醇。膜分離基本原理膜分離的基本原理就是利用各氣體組分在高分子聚合物中的溶解擴散速率不同，因而在膜兩側(cè)分壓差的作用下導(dǎo)致其滲透通過纖維膜壁的速率不同而分離。推動力（膜兩側(cè)相應(yīng)組分的分壓差）、膜面積及膜

47、的分離選擇性，構(gòu)成了膜分離的三要素。依照氣體滲透通過膜的速率快慢，可把氣體分成“快氣”和“慢氣”。常見氣體中，H2O、H2、He、H2S、CO2等稱為“快氣”；而稱為“慢氣”的則有的CH4及其它烴類、N2、CO、Ar等。膜分離的關(guān)鍵是膜，目前氣體分離使用的膜一般是醋酸纖維膜或聚砜纖維膜。普里森膜分離器外殼類似一管殼式換熱器，內(nèi)裝數(shù)萬根細(xì)小的中空纖維絲。中空纖維的優(yōu)點就是能夠在最小的體積中提供最大的分離面積，使得分離系統(tǒng)緊湊高效，同時可以在很薄的纖維壁支撐下，承受較大的壓力差。混合氣體進(jìn)入膜分離器殼程后，沿纖維外側(cè)流動，維持纖維內(nèi)外兩側(cè)一適當(dāng)?shù)膲毫Σ?，則氣體在分壓差的驅(qū)動下，“快氣”（氫氣）選擇

48、性地優(yōu)先透過纖維膜壁在管內(nèi)低壓側(cè)富集而作為滲透氣（產(chǎn)品氣）導(dǎo)出膜分離系統(tǒng)，滲透速率較慢的氣體（烴類）則被滯留在非滲透氣側(cè)，壓力幾乎跟原料氣的相同，經(jīng)減壓冷卻后送出界區(qū)。變壓吸附基本原理吸附的概念吸附是指當(dāng)兩種相態(tài)不同的物質(zhì)接觸時，其中密度較低物質(zhì)的分子在密度較高的物質(zhì)表面被富集的現(xiàn)象和過程。具有吸附作用的物質(zhì)（一般為密度相對較大的多孔固體）被稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)（一般為密度相對較小的氣體或液體）稱為吸附質(zhì)。吸附按其性質(zhì)的不同可分為四大類，即：化學(xué)吸附、活性吸附、毛細(xì)管凝縮和物理吸附。變壓吸附（PSA）氣體分離裝置中的吸附主要為物理吸附。物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質(zhì)分子間的分子力（包括范德

49、華力和電磁力）進(jìn)行的吸附。其特點是吸附過程中沒有化學(xué)反應(yīng)，吸附過程進(jìn)行的極快，參與吸附的各相物質(zhì)間的動態(tài)平衡在瞬間即可完成，并且這種吸附是完全可逆的。變壓吸附氣體分離工藝過程之所以得以實現(xiàn)是由于吸附劑在這種物理吸附中所具有的兩個基本性質(zhì)：一是對不同組分的吸附能力不同，二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個性質(zhì)，可實現(xiàn)對混合氣體中某些組分的優(yōu)先吸附而使其它組分得以提純；利用吸附劑的第二個性質(zhì)，可實現(xiàn)吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解吸再生，從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離氣體的目的。吸附劑工業(yè)PSA-H2裝置所選用的

50、吸附劑都是具有較大比表面積的固體顆粒，主要有：活性氧化鋁類、活性炭類、硅膠類和分子篩類吸附劑；另外還有針對某種組分選擇性吸附而研制的特殊吸附材料，如CO專用吸附劑和碳分子篩等。吸附劑最重要的物理特征包括孔容積、孔徑分布、表面積和表面性質(zhì)等。不同的吸附劑由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面積和不同的表面性質(zhì)，因而對混合氣體中的各組分具有不同的吸附能力和吸附容量。吸附平衡吸附平衡是指在一定的溫度和壓力下，吸附劑與吸附質(zhì)充分接觸，最后吸附質(zhì)在兩相中的分布達(dá)到平衡的過程，吸附分離過程實際上都是一個平衡吸附過程。在實際的吸附過程中，吸附質(zhì)分子會不斷地碰撞吸附劑表面并被吸附劑表面的分子引力束縛在吸附相中

51、；同時吸附相中的吸附質(zhì)分子又會不斷地從吸附劑分子或其它吸附質(zhì)分子得到能量，從而克服分子引力離開吸附相；當(dāng)一定時間內(nèi)進(jìn)入吸附相的分子數(shù)和離開吸附相的分子數(shù)相等時，吸附過程就達(dá)到了平衡。在一定的溫度和壓力下，對于相同的吸附劑和吸附質(zhì)，該動態(tài)平衡吸附量是一個定值。可以用不同溫度下的吸附等溫線來描述這一關(guān)系。在通常的工業(yè)變壓吸附過程中，由于吸附-解吸循環(huán)的周期短（一般只有數(shù)分鐘），吸附熱來不及散失，恰好可供解吸之用，所以吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化一般不大，吸附過程可近似看做等溫過程。流程概述甲醇合成單元來自界外凈化裝置的新鮮合成氣30、5.2MPa（G），與自氫回收單元（156）回收的富氫氣混

52、合后，依次進(jìn)入合成氣分離器152V201 和合成氣壓縮機152C201，并在合成氣壓縮機中增壓至7.8MPa（G）。增壓后的合成氣進(jìn)入合成氣凈化預(yù)熱器151E101，用甲醇合成副產(chǎn)的蒸汽加熱至185190后，進(jìn)入合成氣凈化槽151V101，脫除殘留的對合成催化劑有毒害的微量組份。合成氣凈化槽中裝填有凈化催化劑。凈化后的合成氣分為兩股，其中大部分合成氣和循環(huán)氣混合，經(jīng)過合成回路1 號中間換熱器151E102 加熱后，進(jìn)入1 號甲醇合成反應(yīng)器151R101 ，在催化劑的作用下進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。反應(yīng)在283、7.46MPa（G） 條件下進(jìn)行。反應(yīng)熱副產(chǎn)2.1MPa（G）的飽和蒸汽，

53、經(jīng)1號甲醇合成汽包151V102 分離后，進(jìn)入裝置內(nèi)副產(chǎn)蒸汽總管。1號甲醇合成反應(yīng)器151R101 出口氣體263、7.46MPa（G），經(jīng)過合成回路1號中間換熱器151E102預(yù)熱反應(yīng)器入口氣體后，依次進(jìn)入1號粗甲醇冷凝器151AE101和1號粗甲醇調(diào)節(jié)冷凝器151E104，冷卻至45后，進(jìn)入1號粗甲醇分離器 151V104 進(jìn)行氣液分離。1號粗甲醇分離器151V104液相出口45，送至粗甲醇閃蒸罐151V106；氣相出口壓力7.1MPa（G），與另一股凈化后的合成氣混合，進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機152C202，加壓至8.0MPa（G）。經(jīng)過循環(huán)氣壓縮機152C202加壓的氣體，經(jīng)過合成回路2 號中

54、間換熱器151E103 加熱后，進(jìn)入2號甲醇合成反應(yīng)器151R102 進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)。反應(yīng)在275、7.9MPa（G）下，在催化劑的作用下進(jìn)行。反應(yīng)熱副產(chǎn)2.1MPa（G） 的飽和蒸汽，經(jīng)2號甲醇合成汽包151V103 分離后，進(jìn)入裝置內(nèi)副產(chǎn)蒸汽總管，在與1號甲醇合成汽包產(chǎn)生的蒸汽混合后，一部分用來預(yù)熱合成氣，其余經(jīng)蒸汽過熱爐155F501加熱至315后，送出界區(qū)。2號甲醇合成反應(yīng)器151R102 出口氣體275、7.9MPa（G），經(jīng)過合成回路2號中間換熱器151E103預(yù)熱反應(yīng)器入口氣體后，依次進(jìn)入2號粗甲醇冷凝器151AE102 和2號粗甲醇調(diào)節(jié)冷凝器151E105冷卻至45后，進(jìn)入2

55、號粗甲醇分離器151V105進(jìn)行氣液分離。2號粗甲醇分離器151V104液相出口45，送至粗甲醇閃蒸罐151V106；氣相出口壓力7.6MPa（G），一部分返回到1號甲醇合成反應(yīng)器系統(tǒng)，另一部分氣體作為弛放氣送往氫回收單元回收氫氣，以調(diào)節(jié)合成循環(huán)回路內(nèi)的惰性氣體含量。工況一：自1號、2號粗甲醇分離器的粗甲醇進(jìn)入粗甲醇閃蒸罐151V106，減壓至0.6MPa（G） 后，閃蒸氣體經(jīng)過粗甲醇排放槽151V107排入界外燃料氣管網(wǎng)，考慮到經(jīng)濟性、環(huán)保等方面的問題，此時對閃蒸汽不進(jìn)行洗滌。閃蒸后的粗甲醇經(jīng)過液位、流量調(diào)節(jié)后，送入穩(wěn)定塔151T101，除去粗甲醇中殘留的溶解氣體及少量低沸物。穩(wěn)定塔頂設(shè)置穩(wěn)

56、定塔回流冷凝器151E107，88的出塔氣進(jìn)入151E107，在其中冷卻至45，這時可將出塔氣中大部分甲醇冷凝下來，并進(jìn)入穩(wěn)定塔回流罐151V108，再由穩(wěn)定塔回流泵 151P101A/B加壓至0.15MPa（G）后，送回穩(wěn)定塔151T101作為回流。自穩(wěn)定塔回流罐151V108的含低沸物及少量含甲醇的不凝氣，送入蒸汽過熱爐（155F501）加熱后通過引射進(jìn)入蒸汽過熱爐（155F501）的低壓燒嘴進(jìn)行燃料。穩(wěn)定塔151T101塔底甲醇經(jīng)過MTO級甲醇泵151P102A/B加壓和MTO級甲醇冷卻器151E108冷卻至40后，作為MTO級甲醇送至甲醇罐區(qū)。工況二：自1號、2號粗甲醇分離器的粗甲醇進(jìn)

57、入粗甲醇閃蒸罐151V106，減壓至0.6 MPa（G） 后，閃蒸氣體經(jīng)過粗甲醇排放槽151V107洗滌后排入界外燃料氣管網(wǎng)，洗滌液為來自甲醇精餾單元的工藝廢水。閃蒸后的粗甲醇經(jīng)過液位、流量調(diào)節(jié)后，2/3送入穩(wěn)定塔151T101，在除去粗甲醇中殘留的溶解氣體及少量低沸物、加壓、冷卻至40后，作為MTO級甲醇送至甲醇罐區(qū)。其余1/3的粗甲醇進(jìn)入粗甲醇排放槽151V107，與洗滌液混合后送至甲醇精餾單元。壓縮單元合成氣壓縮（152C201）將新鮮合成氣30、5.2MPa（G）加壓至65、7.8MPa（G）分兩路一路去一號合成塔（151R101），另一路至二號合成塔（151R102）；循環(huán)段壓縮機（

58、152C202）將來自一號甲醇分離器（151V104）的52、7.13MPaG加壓至65、8.04MPaG送入二號合成塔進(jìn)行反應(yīng)。循環(huán)氣兩臺壓縮機均由合成氣壓縮機/循環(huán)氣壓縮機透平152CT201驅(qū)動，透平采用蒸汽（4.1MPaG、420）驅(qū)動，透平蒸汽通過透平冷凝器152E202 用循環(huán)冷卻水冷凝冷卻至53后，經(jīng)透平冷凝液泵152P201A/B加壓送至界外。精餾單元自粗甲醇排放槽151V107的粗甲醇（44、0.5MPaG）進(jìn)入預(yù)精餾塔153T301，除去粗甲醇中殘留的溶解氣體及二甲醚等低沸物。75的出塔氣進(jìn)入預(yù)塔一級冷凝器153E301，在其中冷卻至71，這時可將出塔氣中大部分甲醇冷凝下來

59、，進(jìn)入預(yù)塔回流罐153V301，再由預(yù)塔回流泵153P301A/B加壓送回預(yù)精餾塔153T301作為回流，含低沸物及少量甲醇的不凝氣進(jìn)入預(yù)塔二級冷凝153E302，繼續(xù)冷卻至約40后，大部分甲醇冷凝下來，部分冷凝物進(jìn)入預(yù)塔回流罐153V301，另一部分送入甲醇油罐153V303，不凝氣送入蒸汽過熱爐155F501 做燃料氣。預(yù)精餾塔153T301由0.35 MPa（G）低壓蒸汽經(jīng)預(yù)塔再沸器153E303提供熱量。預(yù)精餾塔153T301塔頂操作溫度75，操作壓力0.05MPa（G）；塔底操作溫度86，操作壓力0.095MPa（G）。為防止粗甲醇中酸性物質(zhì)腐蝕塔設(shè)備，需要在進(jìn)入預(yù)精餾塔153T30

60、1的粗甲醇中加入一定量的稀堿液。稀堿液的配制、儲存、加料由加堿裝置155M502 完成，加堿裝置包括堿液配制槽、堿液泵等。預(yù)精餾塔塔底的甲醇86，經(jīng)預(yù)塔塔底出料泵153P302A/B加壓送入精餾塔153T302。在精餾塔153T302中除去甲醇中的高沸點物，并從塔頂產(chǎn)出精甲醇。精餾塔153T302塔頂氣體75，進(jìn)入精餾塔回流冷凝器153E304，冷卻至71，氣體被冷凝為液體，進(jìn)入精餾塔回流罐153V302，經(jīng)精餾塔回流泵153P303A/B加壓后，作為回流返回精餾塔153T302。精餾塔上部采出精甲醇，經(jīng)精甲醇產(chǎn)品冷卻器153E305冷卻至40，作為AA級甲醇產(chǎn)品送往精甲醇中間槽154V402