【正文】 壓甲醇合成工藝及反應(yīng)器 Lurgi 低壓甲醇合成工藝采用列管式反應(yīng)器， CuO／ZnO 基催化劑裝填在列管式固定床中，反應(yīng)熱供給殼程中的飽和鍋爐水產(chǎn)生中壓蒸 汽，反應(yīng)溫度通過控制反應(yīng)器殼程中飽和水的壓力來(lái)調(diào)節(jié)，操作溫度和壓力分別為 250～260℃和 5～ 10MPa。 對(duì)甲醇合成工藝來(lái)講，甲醇合成反應(yīng)器是其核心設(shè)備，甲醇合成反應(yīng)器的形式基本決定了甲醇合成工藝的系統(tǒng)設(shè)置，在選擇甲醇合成工藝中，要考慮合成反應(yīng)器的操作靈活性、操作靈敏性、催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度、操作維修的方便性、反應(yīng)熱的回收利用等因素，對(duì)于大型的單系列甲醇裝置，還必須要考慮運(yùn)輸?shù)姆奖阈院涂赡苄浴? 雖然由 CO加 H2合成甲醇的工藝至今已有 80年歷史，盡管催化劑、工藝流程和主要設(shè)備的發(fā)展到現(xiàn)在已相當(dāng)完善，但世界各國(guó)仍在不斷地開發(fā)研究新型催化劑、新的合成工藝和新型反應(yīng)器。由于工業(yè)合成甲醇成本低，產(chǎn)量大，促進(jìn)了甲醇工業(yè)的迅猛 發(fā)展。 LOCAT 法工業(yè)化于 1976 年，該法流程簡(jiǎn)單。 加拿大 Delta 公司的 MCRC 硫回收工藝是一種亞露點(diǎn)Claus 轉(zhuǎn)化，即改變了常規(guī) Claus 反應(yīng)的平衡條件，在低于硫的露點(diǎn)下操作，三級(jí) MCRC 轉(zhuǎn)化，硫回收率可達(dá) 99%，它不僅是一種硫 回收方法，也是較好的尾氣凈化方法； 荷蘭 Comprimo 公司開發(fā)的超級(jí)克勞斯硫回收工藝，XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 29 一改以往單純?cè)黾愚D(zhuǎn)化級(jí)數(shù)來(lái)提高 H2S 的方法，在兩級(jí)普通克勞斯轉(zhuǎn)化之后，第三級(jí)改用選擇性氧化催化劑，將 H2S直接氧化成元素硫，總回收率達(dá) 99%以上，在國(guó)內(nèi)外已有多套工業(yè)裝置。 林德（ Linde）公司開發(fā)的 Clinsulf 法可以處理低 H2S含量的酸性氣體， H2S 含量小于 15%，最低可達(dá) 3～ 7%（ Vol%），此工藝目前有多套工業(yè)化裝置。另外，實(shí)行中間節(jié)流后，單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量增大，節(jié) 省了氨蒸汽進(jìn)入一級(jí)壓縮的壓縮功，達(dá)到了省功的目的。 為提高制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源和制取低蒸發(fā)溫度下的冷量，本方案采用節(jié)能型雙級(jí)離心式壓縮制冷循環(huán)，工藝流程中帶有“中間省功器”。 c）氨壓縮制冷 氨制冷裝置是以氨為制冷劑通過制冷壓縮機(jī)及輔機(jī)由壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)四個(gè)過程組成制冷循環(huán)，為低溫XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 27 甲醇洗裝置提供冷量。同時(shí)該技術(shù)由大連理工大學(xué)提供工藝包，也被德州化肥廠國(guó)產(chǎn)化大化肥項(xiàng)目、渭河化肥廠 20 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目、以及湘火炬甲醇項(xiàng)目先后予以采用。系統(tǒng)冷量全部由外部提供，操作調(diào)節(jié)相對(duì)靈活。 在甲醇溶劑循環(huán)回路中設(shè)置甲醇過濾器，除去 FeS、NiS 等固體雜質(zhì)，防止其在系統(tǒng)中積累而堵塞設(shè)備和管道。 目前，國(guó)外低溫甲醇洗工藝國(guó)外有林德工藝和魯奇工藝二種流程，二者在基本原理上沒有根本區(qū)別，而且技術(shù)都很成熟。 XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 24 NHD(或 Selexol)溶液對(duì) CO H2S 等均有較強(qiáng)的吸收能力，采用這種技術(shù)可將合 成氣中的 CO2 脫至 %以下，H2S 小于 1ppm，但對(duì) COS 吸收能力差，需增加水解裝置，而且該工藝須將脫硫和脫碳分開脫除，使得流程復(fù)雜，另外其溶劑昂貴，吸收能力比甲醇低，因而，溶劑循環(huán)量大，操作費(fèi)用較高，該法的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備無(wú)腐蝕，可采用碳鋼設(shè)備，整個(gè)工藝投資較少。 部分變換的催化劑 裝填量約 51m3，在進(jìn)變換之前水煤氣首先經(jīng)過氣液分離器、煤氣過濾器除去氣體中雜質(zhì)和液體，然后經(jīng)過預(yù)熱器加熱到一定溫度進(jìn)入變換爐。兩種工藝各有優(yōu)點(diǎn)： 部分變換的優(yōu)點(diǎn)是由于部分氣體進(jìn)變換爐，氣量少，氣體中水 /汽比高（約 ），變換反應(yīng)推動(dòng)力大，催化劑用量少，其中經(jīng)變換氣體中的有機(jī)硫約 95％以上可轉(zhuǎn)化為H2S； H2/CO 的調(diào)整靠配氣，容易調(diào)整，變換爐及粗煤氣預(yù)熱器設(shè)備小；缺點(diǎn)是有部分粗煤氣不經(jīng)變換，其中的有機(jī)硫未能部分轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫，但是如果采用低溫甲醇洗凈化，有機(jī)硫也能完全脫除。 XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 22 目前世界上大型煤氣化裝置產(chǎn)生的合成氣凈化采用低溫甲醇洗技術(shù)較為普遍；采用 NHD 技術(shù)的裝置很少， NHD凈化大都用于中小型裝置。該技術(shù)成熟可靠，能耗較低，氣體凈化度高，可將 CO2 脫至 10ppm 以下，H2S 小于 。由于流程短，能耗低，故水煤漿氣化配耐硫變換是最佳選擇。另外 H2 與 CO 的比例也不能滿足甲醇合成的需要，因而粗煤氣需經(jīng)部分變換調(diào)整 H2/CO、除去多余 COH2S、 COS 等凈化過程方可進(jìn)行甲醇合成。 g) 灰水處理 現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置中灰水處理流程有三種：四級(jí)閃蒸、三級(jí)閃蒸加汽提及二級(jí)閃蒸。 f) 氣化爐規(guī)格 氣化爐的規(guī)格有φ 和φ 兩種，可根據(jù)合成氣規(guī)模確定。本項(xiàng)目氣化采用激冷流程。由于尚無(wú)大的以煤為原料的 BGL 氣化爐的數(shù)據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，故上表中仍暫列傳統(tǒng)魯奇爐的數(shù)據(jù)。此外，該技術(shù)國(guó)內(nèi)支撐率高，生產(chǎn)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)多，風(fēng)險(xiǎn)少，故推薦做為本項(xiàng)目的氣化工藝技術(shù)?？衫梅勖?，原料利用率高； 三廢量小，污染環(huán)境輕，廢渣可做水泥原料； 該技術(shù)在世界上已有 7 套裝置運(yùn)行，其中我國(guó)有 4 套；同時(shí) 2021 年，中國(guó)在建的德士古裝置有 7 套。該技術(shù)由于是水煤漿進(jìn)料，大量水份要進(jìn)行氣化，因而以單位體積的 (CO+H2)計(jì)的煤耗和氧耗均比 Shell 氣化高。但從實(shí)際建設(shè)情況看，氣化爐供貨周期不少于 18 個(gè)月，關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率低，使得 Shell 氣化裝置投資高，建設(shè)周期長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)并無(wú)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此也加大了投資的風(fēng)險(xiǎn)。用 Shell 氣化制甲醇合成氣要增加一套凈化合成氣增壓機(jī)；由于變換氣進(jìn)低溫甲醇洗凈化裝置的壓力低，也造成凈化系統(tǒng)的投資增加。采用干粉氣化，氧耗量較低，但需要氮?dú)饷芊猓瑲饣瘔毫Σ荒芴?；氣化爐（帶廢鍋）結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大；設(shè)備費(fèi)及專利費(fèi)均較高。這一系列科研成果得到了化工部科技司、國(guó)家科委的大力支持和技術(shù)鑒定，為今后我國(guó)水煤漿氣化工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，也為工程設(shè)計(jì)提XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 14 供了基礎(chǔ)數(shù)裾。 原化工部臨潼化肥研究所（現(xiàn)西北化工研究院）早在60 年代末就已開展水煤漿純氧氣化的研究， 70 年代初建立日處理 50 噸的氣化裝置。由于該技術(shù)中試試驗(yàn)時(shí)間較短，大型裝置未投產(chǎn)驗(yàn)證，有一定的風(fēng)險(xiǎn)。主要的缺點(diǎn)也是有效氣體成分較低、且含氮高，氣化壓力低、單爐產(chǎn)氣量小。氣化爐無(wú)爐篳，空筒氣化，操作可靠，氣化爐運(yùn)轉(zhuǎn)率可達(dá) 92%。碳轉(zhuǎn)化率為 90%。其煤種適應(yīng)性廣，操作溫度約為 1000℃，反應(yīng)壓力為 (G)。該技術(shù)在國(guó)外已被淘汰。該技術(shù)壓力較低，建有生產(chǎn)燃料氣的裝置，目前沒有生產(chǎn)合成氣的裝置。此技術(shù)經(jīng)過英國(guó)煤氣公司和魯奇公司聯(lián)合攻 關(guān)，開發(fā)一種新爐型 BGL 爐 , 變干粉排渣為熔融排渣，氣化效率和氣體成分有了很大改進(jìn)，污染問題也有所改善。然而，以煤為原料的大型甲醇生產(chǎn)裝置，則產(chǎn)品成本較低，且有成熟技術(shù)，可以與國(guó)外廠家相競(jìng)爭(zhēng)。近年來(lái)，美國(guó)的天然氣價(jià)格上漲幅度較大，由 元 /Nm3 漲到 元 /Nm3， 2021～ 2021 年已先后關(guān)閉 340萬(wàn)噸甲醇生產(chǎn)能力。 國(guó)外大型甲醇裝置大多采用以天然氣為原料的生產(chǎn)路線，主要原因除了一次性投資較低外，也與國(guó)外的天然氣價(jià)格低有關(guān)。在甲醇生產(chǎn)裝置中，合成氣的制備，在裝置總 投資中占絕大部分（約為 60%），而甲醇的合成、粗甲醇的精餾以及公用工程等部分的投資所占比例較少，所以，甲醇生產(chǎn)原料路線的選擇，主要是對(duì)合成氣制備所用原料以及工藝路線的選擇。 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)甲醇（ GB33892） 項(xiàng) 目 指標(biāo) 優(yōu)等品 一等品 合格品 色 度 （ 鉬 鈷 ） ， ≤ 5 10 密度（ 20℃）， g/cm3 溫 度 范 圍 （ 0 ℃，101325Pa） , ℃ 沸程（包括 177。XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 1 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案 ..................................................................... 3 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案 .................................3 產(chǎn)品、副產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) ...............................3 工藝技術(shù)選擇 ................................................................................ 7 原料路線確定 .......................................7 工藝技術(shù)方案比較與選擇 .............................9 技術(shù)來(lái)源及引進(jìn)意見 ...............................44 主要操作條件 ............................................................................... 46 甲醇裝置工藝流程 ....................................................................... 49 氣化 .............................................49 變換 .............................................51 低溫甲醇洗 .......................................52 甲醇合成及精餾 ....................................56 空分裝置 .........................................58 工藝流程圖 .......................................60 自控水平 .................................................................................... 61 .........................61 XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 2 甲醇裝置對(duì)自動(dòng)控制的要求 ..........................62 甲醇生產(chǎn)過程自動(dòng)控制水平及儀表選型原則 ............63 ...............................67 保證自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行的主要安全技術(shù)措施 ............67 設(shè)備成套供 貨儀表 ..................................68 .........................69 主要設(shè)備選擇 ................................................................................ 71 主要設(shè)備的選擇 ....................................71 主要設(shè)備清單和來(lái)源 ................................72 關(guān)鍵設(shè)備選型說(shuō)明 ..................................72 消耗指標(biāo) ........................................................................................ 78 甲醇工藝裝置消耗定額 ..............................78 空分裝置消耗定額 .................................79 裝置界區(qū)內(nèi)的公用工程設(shè)施 ....................................................... 81 總圖運(yùn)輸 .........................................81 給水排水 .........................................83 供電 .............................................91 電信 .............................................98 XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司