【正文】 表18 分離器出口氣體組成氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 % % % % % % %氣m3/h 量 kmol/h 1水煤氣 ；2預(yù)變換氣；3變換氣；4調(diào)節(jié)CO濃度后的變換氣；5水解氣；6發(fā)電水解氣；7調(diào)節(jié)變換氣CO濃度的水解氣；8新鮮氣；9燃?xì)獍l(fā)電氣圖11 變換凈化物料流程 調(diào)節(jié)CO濃度后的變換氣的確定調(diào)節(jié)CO濃度后的變換氣在脫硫脫碳過程中，N2 + Ar量基本保持不變，變換氣中N2 + %，已知新鮮氣中N2 + +，則可以算得調(diào)節(jié)CO濃度后的變換氣為：（+）/%=調(diào)節(jié)CO濃度后的變換氣的百分比為 ：H 2 % ；CO %；CO2 %N2 %；Ar %；CH4 %；NH3 %；H2S %；COS % 。 / =。來自NHD脫硫工段的變換氣（182℃），進(jìn)入本工段再沸器（E2501A，B）后，再經(jīng)冷凝液分離器（V2504A，B）后返回到變換甲烷工段，為精餾氨水提供熱源。由甲醇精餾來的精甲醇貯存到精甲醇貯槽（V9101A，B）中。預(yù)精餾塔（T8001）底部粗甲醇液經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵（P8004A,B）進(jìn)入加壓精餾塔（T8002），加壓塔再沸器（E8005），加壓塔塔頂餾出甲醇?xì)怏w（，122℃）經(jīng)常壓塔再沸器（E8007A，B）后，甲醇?xì)獗焕淠?，精甲醇回到加壓塔回流槽（V8004），一部分精甲醇經(jīng)加壓塔回流泵（P8005A，B），回到加壓精餾塔（T8002）作為回流液，另一部分經(jīng)加壓塔甲醇冷卻器（E8006）冷卻后進(jìn)入精甲醇計量槽（V8007A，B）中。甲醇合成塔（R7001）出來的合成氣（255℃，），經(jīng)入塔氣預(yù)熱器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），進(jìn)入甲醇分離器（V7002），粗甲醇在此被分離。吸收了H2S和部分CO2的NHD富液自吸收塔底由富液泵（P6012A，B）泵出，與再生塔來的NHD貧液經(jīng)過貧富液換熱器Ⅰ（E6012）和貧富液換熱器Ⅱ（E6013）換熱后升溫到135℃進(jìn)入再生塔（T6003）再生。從一級冷凝器（E6005）出來被冷卻至150℃的氣體與酸性氣燃燒爐出口的一級高溫?fù)胶祥y（TV6001）熱口進(jìn)來的高溫氣體摻合提溫到270℃進(jìn)入一級Claus轉(zhuǎn)化器（R6001）發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)。高壓閃蒸氣和來自脫硫工段的脫硫高壓閃蒸氣混合后進(jìn)入閃蒸氣壓縮機（C4001A，B），(A)、經(jīng)閃蒸氣水冷器冷卻到40℃與變換氣混合，經(jīng)氣體換熱器（E6401A，B）降溫后再去脫硫工段循環(huán)吸收?！?，再被脫碳工段的氨冷器I冷卻至0℃，然后將出氨冷器I的貧液分為兩部分，一部分貧液直接進(jìn)入燃?xì)饷摿蛩═3004）；另一部分則進(jìn)入NHD脫碳工段的脫碳塔上塔，在塔內(nèi)吸收脫碳塔下塔過來的凈化氣中微量的H2S和CO2，(G)進(jìn)入變換氣脫硫塔（T3001）。圖5 變換工藝流程來自變換及燃?xì)鉄峄厥障到y(tǒng)的煤氣（36℃，(A)，含H2S %）與燃?xì)饷摿蛩═3004）℃進(jìn)入燃?xì)饷摿蛩═3004）下部，在塔內(nèi)NHD吸收了煤氣中大部分的H2S氣體，同時也帶走部分COCOS、H2等氣體。另一部分去發(fā)電氣加熱器（E2007），溫度降至213℃，進(jìn)入發(fā)電氣廢熱鍋爐（E2008）， MPa(A)低壓蒸汽，出口水煤氣溫度降至170℃，進(jìn)入第四水分離器（V2011），分離出冷凝液后進(jìn)入鍋爐給水加熱器Ⅱ（E2009）加熱鍋爐給水，溫度降至153℃，再進(jìn)入第五水分離器（V2012），分離出冷凝液后進(jìn)入鍋爐給水加熱器Ⅲ（E2010）加熱來自熱電站的鍋爐給水，溫度降至123℃，進(jìn)入第六水分離器（V2013），分離出冷凝液后進(jìn)入脫鹽水加熱器Ⅱ（E2011），溫度降至35℃，進(jìn)入第七水分離器，分離出冷凝液后的煤氣（發(fā)電氣）去送至NHD脫硫脫碳工段。氣化原料中的礦物部分形成熔渣。該塔生產(chǎn)能力大，壓降小，分離效果好，結(jié)果簡單，維修量極小，相對投資較小，是目前使用較多的塔型之一。該類型塔塔板效率高，操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大。表5 雙塔精餾與三塔精餾的投資與操作費用比較表［18］項目雙塔精餾三塔精餾生產(chǎn)規(guī)模t/a105105投資100100100113129操作費用1001001006471能耗10010010060注：投資、操作費用、能耗為相對數(shù) 通過上述比較可知，雖然三塔精餾技術(shù)的一次性投入要比雙塔精餾高出20%~30%,但是從能源消耗、精甲醇質(zhì)量上都要優(yōu)于雙塔精餾，特別是能耗低的優(yōu)點十分突出。（2）蒸汽消耗。作為一般要求的精甲醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達(dá)到合格的質(zhì)量。該工藝適合于原料粗甲醇中二甲醚等輕組分、還原性雜質(zhì)量較低的粗甲醇加工。近年來在大、中型企業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。如此反復(fù)，低沸點組分不斷提高。所得產(chǎn)品除甲醇為，還有水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機酸等幾十種有機雜質(zhì)。但是過高的二氧化碳含量會降低合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，粗甲醇含水增加，增加精餾系統(tǒng)的負(fù)荷和能耗。至較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，這些副反應(yīng)的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，使床層溫度提高，副反應(yīng)加速，如果不及時控制，回造成溫度猛升而損壞催化劑。一般而言，在催化劑的使用初期，反應(yīng)溫度維持較底的數(shù)值，隨著使用時間的增加，逐步提高反應(yīng)溫度。(4)選擇性好。催化劑主要物化性質(zhì)：催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化劑已于80年代中期淘汰。合成塔的選用原則一般為：反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進(jìn)行，床層阻力小，需要消耗的動力低，合成反應(yīng)的反應(yīng)熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫危簿褪沁M(jìn)塔氣225℃，管外的沸騰水卻是248℃，不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)氣加熱。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超級合成塔，該塔是在列管內(nèi)再增加一小管，小管內(nèi)走進(jìn)塔的冷氣。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。根據(jù)內(nèi)件的催化劑筐和換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同，甲醇內(nèi)件份為若干類型。綜上所述，NHD法脫硫脫碳凈化工藝是一種高效節(jié)能的物理吸收方法。NHD溶劑系物理吸收溶劑。物理性質(zhì)(25℃)： 密度 蒸汽壓 表面張力 粘度 比熱 2100J/(kg/K) 導(dǎo)熱系數(shù) (m/K) 冰點 22℃～29℃ 閃點 151℃ 燃點 157℃應(yīng)用性能：表2 各種氣體在NHD溶劑中的相對溶解度［7］ 組分H2COCH3CO2COSH2SCH3SHCS2H20相對溶解度1002338932270240073300 NHD溶劑的優(yōu)點如下:(1)溶劑對CO2, H2S等酸性氣體吸收能力強。（2）壓力。變換工序主要有兩個方面的作用：通過變換調(diào)整氫碳比和使有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫。水冷壁設(shè)計壽命按25年考慮。 GSP工藝技術(shù)簡介GSP工藝技術(shù)是20世紀(jì)70年代末由GDR(原民主德國)開發(fā)并投入商業(yè)化運行的大中型煤氣化技術(shù)。目前，常用的、技術(shù)較成熟的氣流床主要有干粉和水煤漿兩種。 (3)～， 可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。它的缺點是：（1）在常壓或接近于常壓下生產(chǎn)，生產(chǎn)強度低、能耗高、碳轉(zhuǎn)化率只有88%～90%。采用一定粒度范圍的碎煤（5mm～50mm）為原料，與氣化劑逆流接觸，爐內(nèi)溫度分布曲線出現(xiàn)最高點，反應(yīng)殘渣從爐底排出，生成氣中含有可觀量的揮發(fā)氣。工作制度：合成車間日工作小時為24小時，每日3班輪流替換，每班8小時連續(xù)生產(chǎn)，共4個班。﹑裝置組成及建設(shè)規(guī)模（1）年產(chǎn)20萬噸甲醇生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計（2）物料衡算、熱量衡算（3）主要生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計計算與選型（6）繪制設(shè)計圖紙設(shè)計重點：工藝流程的設(shè)計，工藝計算，合成塔設(shè)計計算與選型(1)設(shè)生產(chǎn)車間4個煤氣化車間：包括原料煤的貯存、備煤加工處理、粉煤氣化和空分。通過完成設(shè)計，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外甲醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢。20世紀(jì)50年代以前多以煤和焦碳為原料；50年代以后，以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)流程被廣泛應(yīng)用；進(jìn)入60年代以來，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展。70年代四川維尼綸廠引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料的95 kt/a低壓法裝置，采用英國ICI技術(shù)。1923年德國BASF公司首先用合成氣在高壓下實現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，直到1965年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的分離。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味；，(d420)，(空氣=1)，℃，℃，閃點（開杯）16℃，自燃點473℃，折射率(20℃)，表面張力（25℃），蒸氣壓（20℃），粘度（20℃）?s。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。在自然界只有某些樹葉或果實中含有少量的游離態(tài)甲醇，絕大多數(shù)以酯或醚的形式存在。目前，國外的液相甲醇合成新工藝［2］具有投資省、熱效率高、生產(chǎn)成本低的顯著優(yōu)點，尤其是LPMEOHTM工藝，采用漿態(tài)反應(yīng)器，特別適用于用現(xiàn)代氣流床煤氣化爐生產(chǎn)的低H2／(CO＋CO2)比的原料氣，在價格上能夠與天然氣原料競爭。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產(chǎn)甲醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。隨著石油和天然氣價格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢。以設(shè)計任務(wù)書為基礎(chǔ)，適應(yīng)我國甲醇工業(yè)發(fā)展的需要。(2)設(shè)輔助車間3個機修車間：包括機修、電儀修理。圖1 煤制甲醇的簡單工藝流程首先是采用GSP氣化工藝將原料煤氣化為合成氣；然后通過變換和NHD脫硫脫碳工藝將合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，加溫到225℃后輸入列管式等溫反應(yīng)器，在XNC98型催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。所以氣體組成和溫度均勻，解決了固定床氣化需用煤的限制。氣流床氣化優(yōu)點很多，它是針對流化床的不足開發(fā)的。前者在煤氣離開氣化爐后用激冷水直接冷卻，它適合于制造氨氣或氫氣。通過比較可知道大型甲醇的煤氣化的應(yīng)該優(yōu)先考慮干粉煤氣化。(2)氣化溫度高，一般在1450～1600℃，%，(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)高達(dá)90%以上。(8)投資省，粗煤氣成本較低。為了讓反應(yīng)沿著最佳溫度曲線進(jìn)行，必須移走反應(yīng)熱以降低反應(yīng)溫度。（4）催化劑粒度為了提高催化劑的粒內(nèi)有效因子，可以減少催化劑粒度，但相應(yīng)地氣體通過催化劑床的阻力就將增加，變換催化劑的適宜直徑為6～10mm，工業(yè)上一般壓制成圓柱狀，粒度￠55或￠99mm。 (6)具有選擇性吸收H2S的特性，并且可以吸收COS等有機硫。降低壓力、升高溫度可實現(xiàn)溶劑的再生。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，甲醇合成反應(yīng)器應(yīng)具有以下要求：（1）催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移走反應(yīng)熱，并能以較高位能回收反應(yīng)熱；（2）反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，能保證氣體均勻通過催化劑床層，阻力小，氣體處理量大，合成轉(zhuǎn)化率高，催化劑生產(chǎn)強度大；（3）結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能多填裝催化劑，提高高壓空間利用率；高壓容器及內(nèi)件間無滲漏；催化劑裝御方便；制造安裝及維修容易。該塔結(jié)構(gòu)簡單，也適于大型化。（3）水管式合成塔 將床層內(nèi)的傳熱管由管內(nèi)走冷氣改為走沸騰水。這種塔型是造價最高的一種，也是裝卸催化劑較難的一種。各床層是絕熱反應(yīng)，在各床出口將熱量移走。耐熱性較差，對硫、氯及其化合物敏感，易中毒。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。(3)適用溫區(qū)寬,使用壽命長。綜上所述，催化劑的活性、選擇性和使用壽命等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口催化劑及國產(chǎn)C型催化劑，所以本設(shè)計選用四川天一科技股份有限公司研制的XNC98型催化劑。甲醇合成反應(yīng)時分子數(shù)變少，因此增加壓力對反應(yīng)有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的 生產(chǎn)強度也提高。合成塔中氫氣過量，對減少副反應(yīng)是有利的?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個相對較小的范圍內(nèi)變化。其分離的原理如下：對于由沸點不同的組分組成的混合液，加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離。帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)僅在單醇生產(chǎn)中用鋅鉻為催化劑的產(chǎn)品中有應(yīng)用。甲醇的精餾分2個階段：；后進(jìn)入主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等。預(yù)精餾塔后的冷凝器采用一級冷凝，用以脫除二甲醚等低沸點的雜質(zhì)，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內(nèi)。圖3 三塔工藝流程1 預(yù)精餾塔 2加壓精餾塔 3 常壓精餾塔［17］（1）工藝流程。三塔精餾的流程較雙塔精餾流程要復(fù)雜，所以在投資方面，同等規(guī)模三塔精的設(shè)備投資要比雙塔精餾高出20%～30%。所以要根據(jù)企業(yè)的實際條件選擇合適的高效精餾塔。目前該塔仍被廣泛使用，但有使用逐漸減少的趨勢。3工藝流程 GSP氣化工藝流程 GSP氣化工藝過程也主要是由給料系統(tǒng)、氣化爐、氣化、除渣三部分組成。圖4 GSP氣化工藝流程 凈化裝置工藝流程(A)，216℃左右，（V2003）和中溫?fù)Q熱器（E2002）溫度升高至240℃進(jìn)入預(yù)變換爐（R2001）后分成兩部分：一部分進(jìn)入變換爐（R2002），變換爐內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，二段間配有煤氣激冷管線，%（干），溫度為393℃左右進(jìn)入中溫?fù)Q熱器（E2002），溫度降為332℃，與旁路調(diào)節(jié)的水解氣混合進(jìn)入變換氣第一廢熱鍋爐（E2