【正文】 合性能指標(biāo)空分設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，配套機組多，為保證裝置具有最優(yōu)性價比，目前國際上一些著名的氣體公司均采用擇優(yōu)選擇，在全球范圍進行大配套的做法。內(nèi)壓縮空分流程分為空氣循環(huán)（又稱雙泵流程）和氮氣循環(huán)（又稱單泵流程）。這樣的裝置已經(jīng)工業(yè)化，并且在國內(nèi)外的生產(chǎn)裝置上應(yīng)用多套。c) 空分裝置特點產(chǎn)品產(chǎn)量大；氣、液體的純度要求高；氧氣產(chǎn)品壓力高；氮氣產(chǎn)品品種多、按壓力分有：VHPNMP1NMP2NLP1NLP2N2；可提供不同壓力等級的儀表空氣、工廠空氣。4）甲醇合成可研階段暫按引進德國Lurgi公司技術(shù)考慮，最終確定有待進一步的技術(shù)交流和談判，建議引進范圍如下：209。 主要操作條件1） 磨煤機 煤稱重進料機給料速率：50t/h磨煤機出口槽液位63％磨煤機出口槽泵出口水煤漿流量：56m3/h；溫度：50℃；壓力：(G)煤漿給料泵入口水煤漿壓力：(G)水煤漿控制指標(biāo)水煤漿控制指標(biāo)濃度6065％(wt)8目100％密度1260kg／m314目％溫度38℃60℃粒度分布40目％粘度9001500cp325目％PH值7—92）煤漿給料泵和氧氣煤漿給料泵出口水煤漿流量:95945kg/h；溫度: 50℃；壓力:(G) 空分來的純氧流量: 204421Nm3/h；溫度: 37℃；壓力: (G) 純度 :%3）氣化爐氣化爐氣化反應(yīng)溫度:13001450℃；壓力: (G)氣化爐洗滌冷卻室出口合成氣溫度:℃；壓力: (G)氣化爐支撐板溫度：250℃氣化爐表面熱電偶溫度：295℃氣化爐與爐出口合成氣壓差： MPa燒嘴冷卻水泵進出口壓差： MPa 鎖斗與氣化爐出口合成氣壓差 MPa燒嘴冷卻水氣體分離器CO分析 0ppm4）碳洗塔碳洗塔液位:60%碳洗塔出口合成氣流量: 600306Nm3/h 溫度: ℃ MPa(G)碳洗塔出口合成氣CH4分析 1000ppm碳洗塔出口合成氣H2分析 ％(mol)碳洗塔出口合成氣CO分析 ％(mol)碳洗塔出口合成氣CO2分析 ％(mol)5) 變換爐氣量：320020Nm3/h（干基）入口溫度：260℃，出口溫度：372℃操作壓力：，水氣比：入口CO（濕基）：%，出口CO（濕基）：%6）酸性氣體吸收塔氣量：740247Nm3/h（干基）變換氣入口溫度：20℃，出口溫度：49℃操作壓力：貧甲醇：930m3/h7) 甲醇合成塔入口新鮮氣量：517668Nm3/h 入口循環(huán)氣量：2370000Nm3/h 入口溫度：235℃，出口溫度：250℃操作壓力：入口甲醇：%，出口甲醇：%8）循環(huán)氣壓縮機入口新鮮氣：517668Nm3/h入口循環(huán)氣：2370000Nm3/h入口溫度：40℃，入口壓力：壓縮機出口壓力： 甲醇裝置工藝流程 氣化1) 煤漿制備由煤運系統(tǒng)送來的原料煤（干）送至煤貯斗，經(jīng)稱重給料機控制輸送量送入棒磨機，加入一定量的水，物料在棒磨機中進行濕法磨煤，濕法磨煤無粉塵，操作環(huán)境好。2) 氣化流程a) 氣化在本工段，煤漿與氧進行部分氧化反應(yīng)制得粗合成氣。澄清槽底部的細渣漿經(jīng)泵抽出送往過濾機給料槽，經(jīng)由過濾機給料泵加壓后送至真空過濾機脫水，渣餅由汽車拉出廠外。 低溫甲醇洗本工段采用低溫甲醇洗工藝脫除變換氣中CO全部硫化物、其它雜質(zhì)和H2O。未變換氣的吸收流程同變換氣的吸收流程。從原料氣分離器和甲醇再生塔底出來的甲醇水溶液經(jīng)泵加壓后甲醇水分離器，通過蒸餾分離甲醇和水。酸性氣體在進反應(yīng)器前用反應(yīng)器中產(chǎn)生的中壓蒸汽預(yù)熱，同時，這個系統(tǒng)還需要從外界補充一部分中壓蒸汽來彌補硫化氫濃縮過程中對熱量的需求。在催化劑床層上有內(nèi)部冷卻管來降低反應(yīng)溫度。系統(tǒng)弛放氣及甲醇膨脹槽產(chǎn)生的膨脹氣混合送往工廠鍋爐燃料系統(tǒng)。汽提塔下部設(shè)有側(cè)線采出，采出部分異丁基油和少量乙醇,混合進入異丁基油貯槽。分子篩純化器為兩臺，其中一臺工作時，另一臺再生。另一部分進入經(jīng)過過冷節(jié)流后做為上塔回流液。甲醇裝置的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)將由獨立于DCS系統(tǒng)的緊急停車系統(tǒng)（ESD）完成。 甲醇裝置對自動控制的要求甲醇裝置工藝從煤貯運開始,包括煤漿制備、煤氣化、渣水處理、變換、凈化、甲醇合成、甲醇精餾、甲醇貯存、空分、公用工程等組成。由上，確定本甲醇裝置采用集中控制的方式，在裝置的中央控制室使用DCS進行檢測和自動控制，并采用獨立的符合TUV5~6級安全等級的ESD系統(tǒng)完成煤氣化和全裝置的安全聯(lián)鎖保護。主要的和重要的工藝參數(shù)集中到甲醇裝置中央控制室由DCS系統(tǒng)顯示和控制。2）儀表選型原則甲醇裝置選用的儀表將是可靠的、先進的和準(zhǔn)確的，以保證裝置安全正常操作和維修方便。c) 流量儀表DN40或更大口徑的管線的流量測量一般采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭取壓孔板,高壓和過熱蒸汽或腐蝕性流體采用標(biāo)準(zhǔn)流量噴嘴,漿液管線采用文丘里管或電磁流量計,低壓和大尺寸管線采用阿牛巴流量計。洗滌后的合成氣中H2分析采用熱導(dǎo)式分析儀。切斷閥一般采用氣動球閥，按照工藝要求選取適合介質(zhì)的材質(zhì)。 保證自動控制系統(tǒng)運行的主要安全技術(shù)措施按照工藝要求選用適合介質(zhì)特性的有運行業(yè)績的可靠現(xiàn)場檢測儀表和調(diào)節(jié)閥，尤其是擔(dān)當(dāng)聯(lián)鎖和順序控制的切斷閥。儀表電源采用雙回路輸入的UPS電源。大型機泵和設(shè)備設(shè)就地控制盤，如煤漿給料泵等。3）其它 儀表吹掃需要高壓氮氣和高壓密封水。儀表用壓縮空氣設(shè)置空氣貯罐，其容量應(yīng)能保持在氣源中斷時，維持儀表正常工作5～15分鐘。與全廠聯(lián)鎖系統(tǒng)有關(guān)的信號通過硬接線與全廠聯(lián)鎖ESD系統(tǒng)連接。ESD采用經(jīng)國際機構(gòu)認證的3重冗余系統(tǒng)，確保安全系統(tǒng)可靠運行，從而保證裝置設(shè)備和人身安全。DCS和ESD系統(tǒng)安裝于裝置的中央控制室，對裝置的工藝過程進行集中監(jiān)視，并對重要參數(shù)進行分散控制。自力式調(diào)節(jié)閥用于控制精度要求不高的地方。就地指示用磁浮子式液位計。b) 壓力儀表就地壓力表一般采用波登管型測量元件，根據(jù)工藝介質(zhì)要求采用彈簧管、隔膜和膜盒型。系統(tǒng)具有事故追憶功能，發(fā)生聯(lián)鎖后，自動高速記憶事故前后的現(xiàn)場狀態(tài)，并可按事件順序打印出來，以便分析事故原因。 甲醇生產(chǎn)過程自動控制水平及儀表選型原則1）自動控制水平甲醇裝置工藝過程決定了必須隔離和集中操作和控制，所以，本設(shè)計擬采用當(dāng)今世界上可靠而先進并且便于操作和編程的DCS系統(tǒng)在裝置中央控制室對整個甲醇裝置生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和自動控制。甲醇合成是在具有較高壓力和溫度下的放熱反應(yīng)，甲醇產(chǎn)品也是易燃易爆介質(zhì)，且具有毒性。中央控制室的建筑面積約為800m2。 自控水平 自動控制水平和主要控制方案甲醇裝置采用分散控制系統(tǒng)（DCS）在甲醇裝置區(qū)設(shè)中央控制室對整個甲醇裝置區(qū)的生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視和自動控制。在上塔進一步精餾后，上塔底部獲得液氧，并經(jīng)液氧泵壓縮后進入高壓板式換熱器，復(fù)熱后出冷箱，進入氧氣管網(wǎng)。冷卻水為經(jīng)水冷塔冷卻后的水。常壓塔底的含甲醇的廢水送入磨煤工段作為磨煤用水。 一部分循環(huán)氣作為弛放氣排出系統(tǒng)以調(diào)節(jié)合成循環(huán)圈內(nèi)的惰性氣體含量。第一段的催化劑床層是不經(jīng)過冷卻的，這里主要是進行初始化的激活反應(yīng)，第一段中較高的溫度有利于反應(yīng)的發(fā)生和進行。液氨通過分配器送往各制冷設(shè)備。甲醇中殘存的CO2以及溶解的H2S由再沸器提供的熱量進行熱再生，混和氣出塔頂經(jīng)多級冷卻分離，甲醇一級冷凝液回流，二級冷凝液經(jīng)換熱進入H2S濃縮塔底部。在吸收塔下段，引出的甲醇液大部分進入高壓閃蒸器；另一部分溶液經(jīng)氨冷器冷卻后回流進入H2S吸收段以吸收變換氣中的H2S和COS，自塔底出來的含硫富液進入H2S濃縮塔。氣液分離器分離出來的高溫工藝冷凝液送氣化工段碳洗塔。b) 灰水處理本工段將氣化來的黑水進行渣水分離，處理后的水循環(huán)使用。煤漿氣化需調(diào)整漿的pH值在6～8，可用稀氨水或堿液，稀氨水易揮發(fā)出氨，氨氣對人體有害，污染空氣，故本項目擬采用堿液調(diào)整煤漿的pH值，堿液初步采用42%的濃度。6）變換及熱回收全部技術(shù)立足國內(nèi)。2）低溫甲醇洗購買Lurgi或Linde的工藝軟件包或基礎(chǔ)工程設(shè)計，詳細設(shè)計由國內(nèi)完成。國內(nèi)如杭州杭氧股份有限公司、開封空分設(shè)備有限公司等的大型空分設(shè)備制造公司在大型空分設(shè)備設(shè)計、加工制造中吸收、引進國外技術(shù)，提高了自身的設(shè)計加工水平，在大型空分裝置的設(shè)計加工上已有了成功的先例。另外循環(huán)氮氣主要是作為吸收和轉(zhuǎn)移低溫冷量的一種載體，而空氣則不僅完成了這種功能，還與精餾有機的結(jié)合了起來，并能使精餾過程更加有效。 空分裝置流程的選擇空分裝置的工藝流程采用分子篩預(yù)凈化、增壓透平膨脹機、全精餾提氬、氧氮產(chǎn)品內(nèi)壓縮等先進技術(shù)。目前國內(nèi)已投運的寶鋼5 空分單機制氧能力已達70000Nm3/h等級。209。至于兩臺反應(yīng)器串聯(lián)，即Lurgi雙合成塔（氣冷和管殼水冷）還是兩臺管殼式反應(yīng)器并聯(lián)，兩者投資相差不多，因壓縮機和控制方面的因素，前者略低。但缺點是反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大，運輸困難。同時考慮大件設(shè)備運輸困難，無論采用何種技術(shù)，單臺反應(yīng)器均難以實現(xiàn)。它充分發(fā)揮了魯奇管殼式反應(yīng)器的優(yōu)點又克服了其缺點，節(jié)省了投資，可節(jié)約大量的外匯投資，但國內(nèi)目前運行的最大裝置為約10萬噸/年。由于液相合成中使用了熱容高，導(dǎo)熱系數(shù)大的惰性液體，可以使甲醇的合成反應(yīng)在等溫條件下進行，同時，由于分散在液相介質(zhì)中的催化劑的比表面積非常大，加速了反應(yīng)過程，反應(yīng)溫度和壓力也下降很多，該技術(shù)尚需要大型工程化的驗證。MHI/MGC管殼冷管復(fù)合型甲醇合成反應(yīng)器該反應(yīng)器為Lurgi反應(yīng)器的改進型，由日本三菱公司開發(fā)，該反應(yīng)器是在管殼反應(yīng)器的催化管內(nèi)加一根冷管，用于預(yù)熱原料氣，其主要特點是：一次通過的轉(zhuǎn)化率高；可以高位能回收熱量；在反應(yīng)器中預(yù)熱原料氣，可以省去一個換熱器。Lurgi低壓合成甲醇反應(yīng)器的優(yōu)點主要有：合成甲醇反應(yīng)器催化劑床層內(nèi)溫度較為均勻，大部分床層溫度在250255℃之間，溫度變化小，催化劑使用壽命長，并允許原料氣中含有較高的CO；能準(zhǔn)確、靈敏地控制反應(yīng)溫度，催化劑床層的溫度可以通過調(diào)節(jié)蒸汽壓力控制；回收的反應(yīng)熱位能高，熱量利用合理；反應(yīng)器出口甲醇含量較高，催化劑利用率高；設(shè)備緊湊，開停車方便；合成反應(yīng)過程中副反應(yīng)少，故粗甲醇中雜質(zhì)含量少，質(zhì)量高。在今后一段時期內(nèi)，高中壓法將逐步由低壓法取代。4) 甲醇合成與精餾的工藝技術(shù)方案選擇a) 國外工藝技術(shù)概況1923年，德國BASF公司在合成氨工業(yè)化的基礎(chǔ)上，首先用鋅鋁催化劑在高溫高壓的條件下，實現(xiàn)了由一氧化碳和氫合成甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，從此逐步淘汰了由木材干餾制甲醇的生產(chǎn)方法。如果原料氣硫含量偏低，整個裝置出現(xiàn)低負荷運轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)拓摵捎?5%時，Sulfree裝置便不能正常運行，因而總硫回收率受到影響。采用了省功器后，部分中間壓力的低溫氣體補入壓縮機的二級入口，起到了一次補氣冷卻的作用，從而達到節(jié)能的效果。因此，考慮到項目合作以及可靠性，本項目的酸性氣體脫除推薦采用林德或魯奇低溫甲醇洗工藝。由于沒有中間循環(huán)甲醇提供冷量，吸收所需的冷量全部由外部供給；甲醇溶液循環(huán)量相對較大，相對于林德流程能耗稍高，吸收塔的尺寸也較大。最主要的問題是由于本項目規(guī)模大，如采用NHD工藝溶液循環(huán)量大，液相管道較大，因此，推薦酸性氣體脫除選用低溫甲醇洗工藝。根據(jù)粗水煤氣量，本項目采用部分變換流程，變換氣和未變換氣分開，這樣使得設(shè)備尺寸減小，便于制造和運輸。制取甲醇合成氣的凈化流程，一般在NHD凈化后，增加精脫硫裝置。采用耐硫變換時，煤漿氣化粗合成氣經(jīng)洗滌后含塵量1～2mg/m3（標(biāo)），溫度為230～245℃，并被水蒸汽飽和，~，直接經(jīng)過加熱升溫后即可進入變換，不需再補加蒸汽。氣化爐燒嘴正常的更換時間約為每4060天一次，每次約816小時，每年至少更換或檢修耐火磚一次，因此保證安全穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)需備用一臺氣化爐。廢鍋流程可產(chǎn)生高壓蒸汽，但由于氣化氣溫度高、帶有大量煤渣，對廢鍋有磨蝕沖刷，設(shè)備材質(zhì)要求高，一次投資及維修費用較大；激冷流程是在氣化爐內(nèi)將氣體用水激冷降溫的同時，洗滌除塵，出氣化爐的氣體帶有大量的水蒸汽，在變換工段不再補加蒸汽；這種流程氣化設(shè)備投資較低，維修工作量較少。另外水煤漿氣化技術(shù)經(jīng)過我國有關(guān)科研、設(shè)計、生產(chǎn)、制造部門的多年研究，已基本掌握該技術(shù)，并能設(shè)計大型工業(yè)化裝置，國產(chǎn)化率達90%以上，氣化爐在國內(nèi)制造，可以控制并節(jié)省大量投資、同時可有效縮短建設(shè)周期。氣化溫度1300～1400℃，氣化爐無轉(zhuǎn)動部件，對于生產(chǎn)合成氣的氣化爐，大多采用冷激流程。，則合成新鮮氣需要壓縮。為配合水煤漿氣化的研究試驗工作，洛陽材料研究所研究制成了水煤漿氣化爐的耐火磚，原化工部化工機械研究所開發(fā)了二流道、三流道的燒嘴，重慶熱工儀表研究所開發(fā)了適于水煤漿氣化的測溫度計等。德州恒升公司大氮肥國產(chǎn)化工程及兗礦集團年產(chǎn)24萬噸甲醇項目均采用了該技術(shù)，現(xiàn)正在設(shè)計、建設(shè)中。氣化劑采用蒸汽和富氧，富氧分為兩段加入氣化爐，在常壓下進行氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1000~1100℃，固態(tài)排渣，無廢氣排放。.2噸。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。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)，可以與國外廠家相競爭。**集團萬利煤礦地處鄂爾多斯市，礦區(qū)有豐富的煤炭資源，從儲量和目前的生產(chǎn)能力上看，完全可滿足合成甲醇所需合成氣原料的需要。 產(chǎn)品、副產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)1）甲醇本項目產(chǎn)品甲醇除了滿足MTO裝置對甲醇的質(zhì)量要求外，同時要滿足商品甲醇的需要?！妫? ≤高錳酸鉀試驗，min ≥503020水溶液試驗澄清水份含量，% ≤酸度（以HCOOH計），% ≤堿度（以NH3計），% ≤羰基化合物（以CH2O計）， ≤蒸