煤制甲醇工藝說明

1、南化院煤制甲醇仿真軟件工藝說明北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司2013-7-31氣化系統(tǒng) 1.1氣化爐系統(tǒng)來自煤漿槽濃度為53.4%的水煤漿，由高壓煤漿泵加壓，投料前經(jīng)煤漿循環(huán) 閥循環(huán)至煤漿槽。投料后經(jīng)煤漿切斷閥送至主燒嘴的環(huán)隙?？辗盅b置送來的純度為99.6%的氧氣，由控制閥控制氧氣壓力為 5.5 5.8MPa,在準(zhǔn)備投料前打開氧氣手動閥，由氧氣調(diào)節(jié)閥控制氧氣流量，經(jīng)氧氣 放空閥送至氧氣消音器放空。投料后由氧氣調(diào)節(jié)閥控制氧氣流量經(jīng)氧氣上、下游 切斷閥分別送入主燒嘴的中心管、外環(huán)隙。水煤漿和氧氣在工藝燒嘴中充分混合霧化后進入氣化爐的燃燒室中，在約 4.0MPa、1200C條件下進行氣化反應(yīng)。生成以C

2、O和H2為有效成份的粗煤氣。 粗煤氣和熔融態(tài)灰渣一起向下，經(jīng)過均勻分布激冷水的激冷環(huán)沿下降管進入激冷 室的水浴中。大部分的熔渣經(jīng)冷卻固化后，落入激冷室底部。粗煤氣從下降管和 導(dǎo)氣管的環(huán)隙上升，出激冷室去洗滌塔。在激冷室合成氣出口處設(shè)有工藝?yán)淠?沖洗，以防止灰渣在出口管累積堵塞。由冷凝液沖洗水調(diào)節(jié)閥控制沖洗水量為 23m3/h。激冷水經(jīng)激冷水過濾器濾去可能堵塞激冷環(huán)的大顆粒，送入位于下降管上部 的激冷環(huán)。激冷水呈螺旋狀沿下降管壁流下進入激冷室。激冷室底部黑水，經(jīng)黑 水排放閥送入黑水處理系統(tǒng)，激冷室液位控制在60-65%。在開車期間，黑水經(jīng) 黑水開工排放閥排向沉降槽。在氣化爐預(yù)熱期間，激冷室出口

3、氣體由開工抽引器排入大氣。開工抽引器底 部通入低壓蒸汽，通過調(diào)節(jié)預(yù)熱燒嘴風(fēng)門和抽引蒸汽量來控制氣化爐的真空度， 氣化爐配備了預(yù)熱燒嘴。1.2粗煤氣洗滌系統(tǒng)從激冷室出來的粗煤氣與激冷水泵送出的激冷水充分混合，使粗煤氣夾帶的 固體顆粒完全濕潤，以便在洗滌塔內(nèi)能快速除去。水蒸汽和粗煤氣的混合物進入洗滌塔，沿下降管進入塔底的水浴中。合成氣 向上穿過水層，大部分固體顆粒沉降到塔底部與粗煤氣分離。上升的粗煤氣沿下 降管和導(dǎo)氣管的環(huán)隙向上穿過四塊沖擊式塔板，與冷凝液循環(huán)泵送來的冷凝液逆 向接觸，洗滌掉剩余的固體顆粒。粗煤氣在洗滌塔頂部經(jīng)過絲網(wǎng)除沫器，除去夾 帶氣體中的霧沫，然后離開洗滌塔進入變換工序。粗煤氣

4、水氣比控制在1.41.6之間，含塵量小于1mg/Nm3。在洗滌塔出口 管線上設(shè)有在線分析儀，分析合成氣中CH4、02、CO、CO2、H2等含量。在開車期間，粗煤氣經(jīng)背壓前閥和背壓閥排放至開工火炬來控制系統(tǒng)壓力在 3.74MPa?；鹁婀芫€連續(xù)通入LN使火炬管線保持微正壓。當(dāng)洗滌塔出口粗煤氣 壓力溫度正常后，經(jīng)壓力平衡閥使氣化工序和變換工序壓力平衡，緩慢打開粗煤 氣手動控制閥向變換工序送粗煤氣。洗滌塔底部黑水經(jīng)黑水排放閥排入高壓閃蒸罐處理。除氧器的灰水由高壓灰 水泵加壓后進入洗滌塔，由洗滌塔的液位控制閥控制洗滌塔的液位在60%。工藝 冷凝液緩沖罐的冷凝液由工藝?yán)淠貉h(huán)泵加壓后經(jīng)洗滌塔補水控制閥控

5、制塔 板上補水流量，另外當(dāng)工藝?yán)淠壕彌_罐液位高時，由洗滌塔塔板下補水閥來降 低工藝?yán)淠壕彌_罐液位。當(dāng)除氧器的液位低時，由除氧器的補水閥來補充工業(yè) 水（PW2），用除氧器壓力調(diào)節(jié)閥控制低壓蒸汽量從而控制除氧器的壓力。從洗 滌塔中下部抽取的灰水，由激冷水泵加壓作為激冷水和進入洗滌塔的洗滌水。變換系統(tǒng)由氣化碳洗塔來的粗水煤氣（3.85MPa、232C ）經(jīng)1#氣液分離器（V201） 分離掉氣體夾帶的水分后，其中一部分進入原料氣預(yù)熱器（E201）與變換氣換 熱至285C左右進入變換爐（R201），與自身攜帶的水蒸氣在耐硫變換催化劑作 用下進行變換反應(yīng)，變換氣出口 CO含量約為5.27%，出變換爐的

6、高溫氣體 （449C ）經(jīng)原料氣預(yù)熱器（E201）與進變換的粗水煤氣換熱后，溫度降為381C 與另一部分未進入變換爐（R201 ）的水煤氣（約76%）匯合，然后進入1#低 壓蒸汽發(fā)生器（E202）,副產(chǎn)0.9MPa蒸汽，溫度降至200C之后進入2#氣液分 離器（V202），進行氣液分離，分離的氣體進入2#低壓蒸汽發(fā)生器（E203）副 產(chǎn)0.4MPa的低壓蒸汽，溫度降至180C，然后進入3#氣液分離器進行氣液分 離，之后氣體進入1#除鹽水預(yù)熱器（E204 ）最終冷卻到40C進入4#氣液分離 器（V204），氣液分離器頂部噴入冷密封水洗滌氣體中的NH3，然后氣體送至低 溫甲醇洗變換氣凈化系統(tǒng)，甲醇

7、合成氣。1#氣液分離器（V201）排出的冷凝液送至3#氣液分離器（V203）, 2#氣 液分離器（V202）排出的冷凝液也送至3#氣液分離器（V203），從3#氣液分 離器（V203）排出的工藝熱冷凝液出口分為兩路：一路通過工藝熱冷凝液泵 （P201）送至氣化工段；另一路送至外界。低溫甲醇洗甲醇洗裝置包括：原料變換氣冷卻、酸性氣體H2S/CO2吸收、甲醇溶液閃蒸 再生與有用氣體h2、co等的回收、co2解吸與co2產(chǎn)品氣回收、h2s濃縮（n2 氣提）、甲醇溶液熱再生與h2s回收、甲醇/水分離、尾氣水洗回收甲醇。來自變換單元的變換氣（溫度：40c,壓力：3.3MPa（G）,流量：97256kg/

8、h）, 先噴射少量甲醇（流量：663 kg/h）,經(jīng)E301與合成氣、CO2氣和尾氣換熱后， 溫度降至-13C,并在V301罐分離甲醇/水混合物后，進入吸收塔T301脫硫段， 其中T301分為四段，最下段為脫硫段（稱為下塔），上面的三段為脫碳段（稱為上 塔）。在脫硫段變換氣經(jīng)富含CO2的甲醇液洗滌，脫除H2S、COS和部分CO2等 組分后進入脫碳段，進入脫碳段的氣體不含硫，在T301塔頂用貧甲醇液（溫度: -54.51 C，流量 212362kg/h）洗滌。凈化氣（CO2M0PPm，H2S0.1 PPm，溫度: -54.51 C，壓力：3.15MPa（G），流量：7301kg/h），由塔頂引出

9、送入液氮洗單元。 其中吸收塔T301設(shè)有兩個中間冷卻器E302和E303，用來移走甲醇因吸收CO2 所產(chǎn)生的溶解熱。吸收了 H2S和CO2后，從T301塔脫硫段出來的含硫富甲醇液經(jīng)過換熱器 E304、E305、E306，分別與CO2氣、V304罐底甲醇、液氨換熱器換熱降溫再減 壓至0.9MPa（G）后，在V302罐閃蒸出溶解的氫氣、CO氣及少量CO2、H2S等氣 體。同樣，從吸收塔脫碳段出來的不含硫的甲醇液經(jīng)過換熱器E301、E305、E306, 分別與來自600單元的合成氣、V304罐底甲醇、氨冷器換熱降溫再減壓至 0.9MPa（G）后，在V303罐閃蒸出溶解的氫氣、CO氣及少量CO2等氣體

10、。兩部分 閃蒸氣體混合后排出系統(tǒng)。從V302罐出來的含硫甲醇減壓至0.19 MPa（G ）后，一部分送入T302塔下部， 閃蒸出溶解的CO2,同時溶解的H2S也部分閃蒸出來;另一部分含硫甲醇從V302 罐出口直接送入T303塔上段，二者的流量根據(jù)CO2產(chǎn)品氣量的要求調(diào)節(jié)。從 V303罐出來的不含硫甲醇液進入T302塔頂，閃蒸出溶解的CO2氣，液相部分 回到T302塔內(nèi)洗滌塔內(nèi)的含硫氣體后，在T302塔一層塔盤處，一部分靠壓差 送入T303塔頂部，另一部分作為回流液，洗滌T302塔二段含硫氣體。T302塔 頂?shù)玫紺O2產(chǎn)品氣（36732 kg/h），與含硫甲醇及變換氣換熱后送入產(chǎn)品單元。從T30

11、2塔二層采出的液體靠壓差送入T303塔上段下部，再進一步閃蒸出 部分溶解的CO2,同時溶解的H2S也部分閃蒸出來，T303塔頂用從T302塔來的 不含硫甲醇液洗滌，以吸收氣體中的硫化物，塔頂?shù)玫讲缓虻奈矚?。尾氣?jīng) E308、E301與貧甲醇液、變換氣換熱升溫后，尾氣中甲醇含量190mg/m3，總 硫20 mg/Nm3時在50米高度排放。從T303塔上段下部采出的含硫的甲醇液，作為系統(tǒng)溫度最低的冷源用泵 P301送至E308、E303與貧甲醇換熱升溫后進入V304罐，閃蒸出部分溶解的 CO2等氣體，送入T302塔下部；液體經(jīng)P302泵送至E305與不含硫甲醇、含硫 甲醇，進一步換熱升溫后也進入

12、T302塔底部，閃蒸出溶解的氣體。從T302塔下部的甲醇，靠壓差送入T303塔下段，用氣提氮氣提后得到CO2 含量較低而且溫度也較低的甲醇液，用P303泵送至換熱器E309與從熱再生塔 T304來的貧甲醇換熱后進入T304塔，經(jīng)塔釜再沸器E310 （采用0.5MPa（G）蒸 汽加熱）進行熱再生，塔底得到貧甲醇，塔頂?shù)玫礁缓琀2S的氣體（H2S25%）， 送至硫回收單元。貧甲醇從T304塔釜采出，經(jīng)E309、E308換熱降溫至-54.51C后，送到吸收 塔T301頂部，作為T301塔洗滌甲醇。T304塔頂?shù)玫降腍2S濃度較高的氣體，經(jīng)過水冷器E311冷卻后，進入到 V305罐中，氣液分離后，液相

13、用P306泵送回T404作為回流液，氣相回到T503 塔下塔。T304塔底的甲醇液經(jīng)過P305泵后，經(jīng)V301罐來的甲醇/水混合液換熱后， 進入T305塔頂部。從V301罐分離出來的含水甲醇還含有CO2,經(jīng)E512換熱后進入到甲醇/CO2 閃蒸罐V306分離后，氣相返回到T303塔下塔，液相送入甲醇水分離塔T305中 部；從尾氣水洗塔T306塔底來的含有少量甲醇的水溶液也進入T305塔中部。來自V301罐甲醇/水混合液、T304塔底的甲醇液及T306塔底來的含有少 量甲醇的水溶液進入T305塔，進行甲醇/水分離（塔釜再沸器E313，用1.0Mpa 蒸汽加熱）,得到較純的甲醇蒸汽，被送回T304

14、塔。T305塔底得到廢水，排至 水處理單元。甲醇合成甲醇合成裝置仿真系統(tǒng)的設(shè)備包括循環(huán)氣壓縮機（C401）、甲醇分離器 （V402）、中間換熱器（E401）、冷卻器（E402）、甲醇合成塔（R401）、蒸汽包 （V401）以及開工噴射器（X401 ）等。甲醇合成是強放熱反應(yīng)，進入催化劑層 的合成原料氣需先加熱到反應(yīng)溫度（210C）才能反應(yīng)，而低壓甲醇合成催化劑 （銅基觸媒）又易過熱失活（280C），就必須將甲醇合成反應(yīng)熱及時移走，本反 應(yīng)系統(tǒng)將原料氣加熱和反應(yīng)過程中移熱結(jié)合，反應(yīng)器和換熱器結(jié)合連續(xù)移熱，同 時達到縮小設(shè)備體積和減少催化劑層溫差的作用。低壓合成甲醇的理想合成壓力 為4.8-5.5

15、Mpa，在本仿真中，假定壓力低于3.5MPa時反應(yīng)即停止。蒸汽驅(qū)動透平帶動壓縮機運轉(zhuǎn)，提供循環(huán)氣連續(xù)運轉(zhuǎn)的動力，并同時往循環(huán) 系統(tǒng)中補充H2和混合氣（CO+H2），使合成反應(yīng)能夠連續(xù)進行。反應(yīng)放出的大 量熱通過蒸汽包V401移走，合成塔入口氣在中間換熱器E401中被合成塔出口 氣預(yù)熱至46C后進入合成塔R601，合成塔出口氣由255C依次經(jīng)中間換熱器 E401、冷卻器E402換熱至40C，與補加的H2混合后進入甲醇分離器V402， 分離出的粗甲醇送往精餾系統(tǒng)進行精制，氣相的一小部分送往火炬，氣相的大部 分作為循環(huán)氣被送往壓縮機C401，被壓縮的循環(huán)氣與補加的混合氣混合后經(jīng) E401進入反應(yīng)器R

16、401。合成甲醇流程控制的重點是反應(yīng)器的溫度、系統(tǒng)壓力以及合成原料氣在反應(yīng) 器入口處各組分的含量。反應(yīng)器的溫度主要是通過汽包來調(diào)節(jié)，如果反應(yīng)器的溫 度較高并且升溫速度較快，這時應(yīng)將汽包蒸汽出口開大，增加蒸汽采出量，同時 降低汽包壓力，使反應(yīng)器溫度降低或溫升速度變??；如果反應(yīng)器的溫度較低并且 升溫速度較慢，這時應(yīng)將汽包蒸汽出口關(guān)小，減少蒸汽采出量，慢慢升高汽包壓 力，使反應(yīng)器溫度升高或溫降速度變??；如果反應(yīng)器溫度仍然偏低或溫降速度較 大，可通過開啟開工噴射器 X401來調(diào)節(jié)。系統(tǒng)壓力主要靠混和氣入口量 FIC4001、H2入口量FIC4002、放空量PIC4004以及甲醇在分離罐中的冷凝量來 控

17、制。合成原料氣在反應(yīng)器入口處各組分的含量是通過混和氣入口量FIC4001、 H2入口量FIC4002以及循環(huán)量來控制的，冷態(tài)開車時，由于循環(huán)氣的組成沒有 達到穩(wěn)態(tài)時的循環(huán)氣組成，需要慢慢調(diào)節(jié)才能達到穩(wěn)態(tài)時的循環(huán)氣的組成。調(diào)節(jié) 組成的方法是：1.如果增加循環(huán)氣中H2的含量，應(yīng)開大FIC4002、增大循環(huán)量 并減小FIC4001，經(jīng)過一段時間后，循環(huán)氣中H2含量會明顯增大；2.如果減小 循環(huán)氣中H2的含量，應(yīng)關(guān)小FIC4002、減小循環(huán)量并增大FIC4001，經(jīng)過一段 時間后，循環(huán)氣中H2含量會明顯減?。?.如果增加反應(yīng)塔入口氣中H2的含量， 應(yīng)關(guān)小FIC4002并增加循環(huán)量，經(jīng)過一段時間后，入口

18、氣中H2含量會明顯增大;如果降低反應(yīng)塔入口氣中H2的含量，應(yīng)開大FIC4002并減小循環(huán)量，經(jīng)過一 段時間后，入口氣中H2含量會明顯增大。循環(huán)量主要是通過透平來調(diào)節(jié)。由于 循環(huán)氣組分多，所以調(diào)節(jié)起來難度較大，不可能一蹴而就，需要一個緩慢的調(diào)節(jié) 過程。調(diào)平衡的方法是：通過調(diào)節(jié)循環(huán)氣量和混和氣入口量使反應(yīng)入口氣中 H2/CO （體積比）在7-8之間，同時通過調(diào)節(jié)FIC4002，使循環(huán)氣中H2的含量 盡量保持在79%左右，同時逐漸增加入口氣的量直至正常（FIC4001的正常量為 14877NM3/H，F(xiàn)IC4002的正常量為13804NM3/H），達到正常后，新鮮氣中H2 與CO之比（FFI4002）在2.052.15之間。甲醇精制從甲醇合成工號來的粗甲醇經(jīng)過粗甲醇預(yù)熱器（E501）加熱后進入預(yù)塔 （T501），經(jīng)T501分離后，塔頂氣相為二甲醚、甲酸甲酯、二氧化碳、甲醇等 蒸汽，經(jīng)二級冷凝后，不凝氣通過火炬排放