【正文】 即“絕熱—管殼外冷復(fù)合型”氣固相催化反應(yīng)器。現(xiàn)已在美國田納西州建成72kt／a工業(yè)實驗裝置。我國瀘州天然氣化工廠年產(chǎn)40萬噸的甲醇裝置引進了此項技術(shù)。Lurgi工藝可以利用反應(yīng)熱副產(chǎn)壓力較高的中壓蒸汽。二十世紀七十年代中期以后不但新建廠全部采用低壓法，而且老廠擴建或改造也幾乎都采用低壓工藝。由于項目用煤為低硫煤，低溫甲醇洗濃縮的H2S氣體濃度較低，故本項目采用Linde的Clinsulf硫回收工藝技術(shù)。該工藝與傳統(tǒng)的克勞斯工藝接近，對原料氣中H2S濃度有要求（25%）。滿負荷時比單級壓縮節(jié)省軸功率13%左右，部分負荷時節(jié)省軸功率約20%；其次是可以擴大穩(wěn)定工作范圍，改善調(diào)節(jié)特性，部分負荷時不易喘振。而大連理工大學(xué)低溫甲醇洗工藝雖然技術(shù)指標(biāo)不比國外技術(shù)差，但鑒于至今尚無一套利用該技術(shù)的裝置正式投入使用，和林德與魯奇技術(shù)相比缺少實際運行經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，存在著一定的風(fēng)險。魯奇低溫甲醇洗工藝未采用繞管式換熱器，換熱器均為管殼式，所有設(shè)備在國內(nèi)可以設(shè)計和制造，投資可節(jié)省約2200萬元。而且低溫甲醇洗在國內(nèi)具有豐富的生產(chǎn)操作經(jīng)驗，除部分低溫材料需引進外，設(shè)備設(shè)計和制造等均可在國內(nèi)解決。全部變換流程中粗煤氣需先經(jīng)廢熱鍋爐換熱產(chǎn)生低壓蒸汽，將粗煤氣中的水/汽比降下來，粗煤氣冷凝出來的工藝冷凝液含有一定的灰塵，用這部分高溫冷凝液去氣化碳洗塔洗滌粗煤氣，洗滌效果差；變換前的低壓廢熱鍋爐也容易被灰塵堵塞。%以下，H2S小于1ppm。這部分氣量約占總氣量的55%左右，以調(diào)整甲醇合成氣的組成。每臺氣化爐日處理煤量為1651噸，最大可達2000噸，有20%的增產(chǎn)能力。d) 氣化流程煤漿氣化工藝流程有兩種：激冷流程和廢鍋流程。本裝置的原料煤屬低變質(zhì)長焰煤，化學(xué)活性良好，灰熔點1130℃，符合Texaco氣化用煤。它是在煤中加入添加劑、助熔劑和水，磨成水煤漿，加壓后噴入氣化爐，與純氧進行燃燒和部份氧化反應(yīng)。與德士古綜合比較，兩種氣化工藝的噸甲醇煤耗相差不大。本世紀初該院又開發(fā)了焦煤水加添加劑的混合煤漿氣化技術(shù)，已成功地應(yīng)用于油氣化裝置的改造，建有工業(yè)化裝置，該技術(shù)已申請國家專利并獲得批準(zhǔn)。采用該技術(shù)建立的日處理煤量20噸的工業(yè)性試驗裝置已運轉(zhuǎn)400小時以上，并經(jīng)過72小時考核，取得了國家專利，經(jīng)過科技部組織的評審與驗收。恩德粉煤氣化恩德粉煤氣化技術(shù)，在朝鮮有30多年的運行經(jīng)驗，適用于灰分不大于40%的褐煤、長焰煤、不粘或弱粘結(jié)的煤粉（0~10mm）。該技術(shù)工業(yè)示范裝置已于2001年在陜西城固氮肥廠建成，小時耗煤量4流化床氣化技術(shù)流化床氣化技術(shù)主要有德國溫克勒（Winkler）流化床粉煤氣化技術(shù)。（），我國以天然氣為原料的甲醇廠生產(chǎn)的甲醇在價格上無法與國外同類產(chǎn)品競爭。甲醇生產(chǎn)裝置各工序的投資比例見下表： 甲醇生產(chǎn)裝置各工序投資比例表序號項 目占總投資的比例1合成氣制備（包括氣化、凈化、冷凍）60%2甲醇合成10%3甲醇精餾10%4公用工程等20%選用生產(chǎn)甲醇合成氣的原料，可以從原料儲量、現(xiàn)有生產(chǎn)能力、原料價格、成本、投資費用與技術(shù)水平等進行綜合考慮。同時，本項目年副產(chǎn)硫磺27072噸。項 目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品硫，% ≥酸度（以H2SO4計）, % ≤水份，% ≤灰份，% ≤砷，% ≤粒度片狀片狀片狀 工藝技術(shù)選擇 原料路線確定甲醇是由一氧化碳與氫在催化劑存在的情況下進行化學(xué)反應(yīng)而制得。近年來，美國的天然氣價格上漲幅度較大，2001～2002年已先后關(guān)閉340萬噸甲醇生產(chǎn)能力。此技術(shù)經(jīng)過英國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，污染問題也有所改善。該技術(shù)在國外已被淘汰。產(chǎn)品氣中不含焦油，含酚量低。由于氣化劑為富氧，故合成氣中氮氣含量高，故此合成氣適用于作為合成氨原料氣。但鑒于該爐型尚無工業(yè)運行的經(jīng)驗，加之事故和停車的幾率增加，運行的可靠性較差，故本項目暫不推薦。采用廢鍋流程，可副產(chǎn)高壓蒸汽。國內(nèi)有六套Shell氣化裝置正在建設(shè)，另有幾個項目也簽了引進合同。煤的適應(yīng)性寬。應(yīng)當(dāng)指出的是，上個世紀九十年代此技術(shù)經(jīng)過英國煤氣公司和魯奇公司聯(lián)合攻關(guān)，開發(fā)出了一種新的爐型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，污染問題也有所改善，目前有一臺能力日處理500噸煤的示范爐在德國運行，原料為城市垃圾與煤混燒。(G)壓力煤漿氣化，由于氣化壓力高，(G)，正好符合低壓合成甲醇的壓力，因此合成氣不需增壓，％能耗。硫化物、氯、重金屬鎳等對甲醇合成催化劑是毒物，必須除去。低溫甲醇洗(Rectisol)工藝是采用冷甲醇作為溶劑脫除酸性氣體的物理吸收方法，是由德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的一種有效的氣體凈化工藝。b) 凈化工藝技術(shù)的比較及選擇變換將粗水煤氣調(diào)整為甲醇合成氣，CO變換有兩種流程，即部分變換和全部變換。該法缺點是在低溫下操作，設(shè)備低溫材料要求較高，整個工藝投資較高。林德低溫甲醇洗工藝采用林德的專利設(shè)備―高效繞管式換熱器，提高換熱效率，特別是多股物流的組合換熱，節(jié)省占地、布置緊湊，能耗較?。坏咝Ю@管式換需要國外設(shè)計（可國內(nèi)制造）。利用該項開發(fā)成果大連理工大學(xué)為國內(nèi)采用低溫甲醇的8個廠進行了過程分析，為改進操作提出了有益的建議。因此，本方案擬選用離心式制冷壓縮機。其最大的特點是：流程簡單、設(shè)備少、占地少、投資省、回收硫磺純度高。本項目酸氣中CO2含量較高，因此不適用此法。與此同時德國Lurgi公司也成功地開發(fā)了中低壓合成甲醇工藝。該技術(shù)在我國首先引進的廠家是四川維尼倫廠。合成氣由中心管進入，徑向流過催化床，反應(yīng)后氣體匯集于催化劑筐與外筒之間的環(huán)形集流流道中，向上流動，由上部引出。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造費用高。在甲醇新型反應(yīng)器的開發(fā)中，也有較大的技術(shù)突破，尤其是九十年代以后，有最大規(guī)模達到5~8萬噸/年的國內(nèi)自主開發(fā)的甲醇新型反應(yīng)器應(yīng)用于工業(yè)化。但目前采用該反應(yīng)器的最大裝置20萬噸/年的渭河化肥廠甲醇裝置尚處于設(shè)計階段。美國空氣及化學(xué)制品公司（APCI）的液相合成甲醇技術(shù)，尚需要大型工程裝置的實踐驗證。h進塔氣CO含量%～12～9出塔氣CH3OH含量%6～75～6循環(huán)氣/合成氣4:14:1合成塔形式管束式激冷式設(shè)備尺寸設(shè)備緊湊設(shè)備較大合成開工設(shè)備不設(shè)開工加熱爐要設(shè)開工加熱爐甲醇精制三塔流程兩塔、三塔和四塔流程Lurgi工藝甲醇合成塔，反應(yīng)溫度均勻，轉(zhuǎn)化率較高，反應(yīng)副產(chǎn)物少，原料消耗低，副產(chǎn)物少，加上國外目前建設(shè)的大型/超大型甲醇裝置多采用Lurgi工藝，大型裝置工業(yè)化經(jīng)驗多，工藝成熟。5) 空分裝置a) 國內(nèi)外工藝技術(shù)概況209。 采用計算機集散型自動化控制（DCS）對空分裝置的整個工藝流程采用DCS控制，具有合理調(diào)節(jié)產(chǎn)量，穩(wěn)定操作，降低消耗，提高裝置可靠性和降低運行費用的功能。b) 空分裝置的選擇209。單泵流程利用高壓氮來使加壓液氧汽化復(fù)熱并回收其低溫冷量的缺點是：由于氮氣的冷凝溫度比空氣低，氮氣的潛熱比空氣小，這意味著為汽化同樣數(shù)量的加壓液氧，需要被壓縮的氮氣量要比空氣量更多，而且氮氣的壓力要高于空氣的壓力。但是，相比之下采用中壓膨脹循環(huán)，以中壓空氣絕熱膨脹輸出外功，帶動透平增壓機，可節(jié)省能耗。供氧方式采用液氧由液氧泵加壓至一定壓力后，經(jīng)高壓換熱器氣化復(fù)熱后、送出空分裝置進入管網(wǎng)。 引進專有設(shè)備如甲醇合成反應(yīng)器209。出棒磨機的煤漿濃度約65%，排入磨煤機出口槽，經(jīng)出口槽泵加壓后送至氣化工段煤漿槽。氣化反應(yīng)在氣化爐反應(yīng)段瞬間完成，生成CO、HCOH2O和少量CHH2S等氣體。閃蒸出的低壓氣體直接送至洗滌塔給料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分別送至洗滌塔給料槽、氣化鎖斗、磨煤水槽，少量灰水作為廢水排往廢水處理。由變換來的變換氣進入原料氣一級冷卻器、氨冷器、進入分離器，出分離器的變換氣與循環(huán)高壓閃蒸氣混合后，噴入少量甲醇，以防止變換氣中水蒸氣冷卻后結(jié)冰，然后進入原料氣二級冷卻器冷卻至－20℃，進入變換氣甲醇吸收塔，依次脫除H2S+COS、CO2后在－49℃出吸收塔，然后經(jīng)二級原料氣冷卻器，一級原料氣冷卻器復(fù)熱后去甲醇合成單元。甲醇富液采用低壓氮氣汽提。塔頂出來的氣體送到甲醇再生塔中部。空氣在進反應(yīng)器前要在預(yù)熱器中用中壓蒸汽預(yù)熱到一定的溫度。為防止硫磺在催化劑上冷凝附著，出反應(yīng)器的氣體溫度要遠遠高于硫磺的露點，反應(yīng)后產(chǎn)品的進一步冷卻放在反應(yīng)器外的冷凝冷卻器中完成，用冷凝冷卻器放出的冷凝熱產(chǎn)生低壓蒸汽，蒸汽在空冷器中冷凝后的凝液再回流到冷凝冷卻器中，這樣循環(huán)可以很好的維持單質(zhì)硫磺的液化溫度。2) 甲醇精餾從甲醇合成膨脹槽來的粗甲醇進入精餾系統(tǒng)。 空分裝置本裝置工藝為分子篩凈化空氣、空氣增壓、液氧和液氮氣壓縮流程，帶中壓空氣增壓透平膨脹機，采用規(guī)整填料分餾塔，全精餾制氬工藝。凈化后的空氣分成兩股，一股直接進入低壓板式換熱器，從換熱器底部抽出后進入下塔。從上塔上部引出污氮氣經(jīng)過冷器、低壓板式換熱器和高壓板式換熱器復(fù)熱出冷箱后分成兩部分：一部分進入分子篩系統(tǒng)的蒸汽加熱器，作為分子篩再生氣體，其余污氮氣去水冷塔。甲醇裝置的復(fù)雜控制系統(tǒng)，如德士古氣化爐的燃燒控制、O2/C比控制、甲醇H2/CO比控制等，將在DCS中完成，并輔之以必要的PC處理機。水煤漿介質(zhì)為高粘度非牛頓流體，具有高磨蝕性。另外，煤氣化和灰渣處理工段的黑水和灰水中含有較多的灰渣顆粒，其中并含有較高的氯離子和硫化物離子，具有較強的腐蝕性，對儀表材料的選用提出較高的要求。必須在現(xiàn)場操作和監(jiān)視的機組或設(shè)備，則在機組或設(shè)備附近的現(xiàn)場安裝儀表或操作盤，例如壓縮機、大型機泵等。位于危險場所的儀表選型應(yīng)適應(yīng)有關(guān)的區(qū)域等級劃分，并適合氣體分組及溫度等級，原則上采用本安型儀表，為此，模擬信號和開關(guān)量信號要與安全柵相配。煤計量采用稱重傳感器和皮帶稱測量。關(guān)鍵的分析儀設(shè)置分析小屋。切斷閥將采用可靠的氣動和電氣附件，以適應(yīng)聯(lián)鎖和程序控制的要求?，F(xiàn)場檢測儀表必須具備相應(yīng)機構(gòu)認證的防爆合格證，并符合防護標(biāo)準(zhǔn)。儀表電源和氣源設(shè)計3重變送器檢測，采用2/3邏輯，引入聯(lián)鎖系統(tǒng)。 儀表動力供應(yīng)和公用工程消耗1）儀表電源裝置分散控制系統(tǒng)（DCS）、緊急停車系統(tǒng)（ESD）和主要現(xiàn)場儀表采用雙回路輸入的不間斷電源（UPS）供電，在電源事故期間，UPS電池至少可供系統(tǒng)正常工作30分鐘。 主要設(shè)備選擇 主要設(shè)備的選擇根據(jù)我國的技術(shù)水平和建廠經(jīng)驗，水煤漿氣化、一氧化碳變換、低溫甲醇洗、脫硫脫碳等各工序的主要設(shè)備的制造與選型可以立足國內(nèi)。2）儀表氣源儀表氣源要求無油、無塵、干燥、潔凈的壓縮空氣，含塵徑： ＜3μm含油量： ＜10mg/m3壓力： ～露點溫度： 50℃。 設(shè)備成套供貨儀表壓縮機隨機儀表盤（含監(jiān)視、報警、安全聯(lián)鎖、操作儀表和按鈕開關(guān)等）集中安裝于壓縮機旁控制柜內(nèi)。控制回路采用1：1冗余系統(tǒng)。h) 其他儀表氣動調(diào)節(jié)器、皮帶輸送機的拖拉開關(guān)、跑偏開關(guān)和速度開關(guān)，用于聯(lián)鎖的壓力、溫度和流量開關(guān)等都將被采用。根據(jù)工藝條件的需要，分別選用球閥、角閥、蝶閥、三通閥。煤筒倉的物位測量采用超聲波式料位計。a) 溫度儀表一般熱電偶應(yīng)為K型/2級，熱電阻為Pt100/A級，溫度計套管用于熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計和壓力式溫度計。根據(jù)工藝PDP要求，緊急停車系統(tǒng)（ESD）選用符合TUV安全認證的三重化冗余可編程邏輯控制器（PLC）獨立承擔(dān)，ESD帶有顯示器（CRT），編程簡單容易?？辗?、甲醇裝置設(shè)有壓縮機組，它們與生產(chǎn)過程有緊密的聯(lián)系，壓縮機組的檢測和控制在甲醇裝置中央控制室進行。氣化氣中的氫氣極易燃燒和爆炸，一氧化碳除易燃易爆外，尚有很強的毒害性。蒸汽透平驅(qū)動的壓縮機組檢測和控制系統(tǒng)包括速度控制、防喘振控制等將采用壓縮機專用監(jiān)測控制系統(tǒng)來完成，并將對壓縮機的轉(zhuǎn)速、軸溫、軸振動、軸位移等進行數(shù)據(jù)處理，傳送到全廠機械管理系統(tǒng)。全廠氮氣消耗量表序號裝置名稱單位小時消耗量備注正常最大1甲醇裝置Nm330000300002PPNm3200200 MPaG3甲醇裝置Nm352000520004MTPNm38008005PPNm3100015006甲醇裝置Nm3260026007合計Nm38660087100全廠氧氣消耗量表序號裝置名稱單位小時消耗量備注正常最大1甲醇裝置Nm3204421204421 工藝流程圖物料平衡圖及平衡表見附圖3。另一部分高壓空氣進入高壓板式換熱器，冷卻后經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后進入下塔。過濾后的空氣進入離心式空壓機經(jīng)壓縮，然后進入空氣冷卻塔冷卻。、80℃，進入加壓塔下部，加壓塔塔頂氣體經(jīng)冷凝后，一部分作為回流，一部分作為產(chǎn)品甲醇送入貯存系統(tǒng)。經(jīng)過Clinsulf硫回收后的尾氣中還會含有少量的硫化氫、二氧化硫和硫磺蒸汽，為防止污染，尾氣送到焚燒爐進行進一步的焚燒處理后高空排放。經(jīng)過預(yù)熱后的酸性氣體和空氣，通過靜態(tài)混合器混合后進入Clinsulf反應(yīng)器中，完成一個成硫反應(yīng)。3）氨壓縮制冷從凈化各制冷點蒸發(fā)后的33℃氣氨進入氨液分離器，將氣體中的液粒分離出來后進入離心式制冷壓縮機一段進口壓縮至冷凝溫度對應(yīng)的冷凝壓力，然后進入氨冷凝器。高壓閃蒸器下部的含硫甲醇富液從塔中部進入，塔底加入的氮氣將CO2汽提出塔頂，然后經(jīng)氣提氮氣冷卻器回收冷量后，作為尾氣高點放空