【導(dǎo)讀】技術(shù)水平等來(lái)綜合考慮。國(guó)內(nèi)外都有工業(yè)化裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。油、氣、煤是生產(chǎn)合成氣的三大主要原料，由于不同國(guó)家和地區(qū)資源條件的差異，不同時(shí)期原料供應(yīng)和價(jià)格的變化，合成氣的原料路線也隨之改變。主，除南非等少數(shù)國(guó)家外，一般不以煤為原料。我國(guó)由于煤炭多、氣少、缺油的能源。氣配套裝置所需原料以煤為原料。在以煤為原料生產(chǎn)合成氨的工藝中，煤的處理及氣化部分所占總投資比例較高，因而選擇合適可靠的煤氣化工藝對(duì)項(xiàng)目影響較大。工業(yè)上以煤為原料生產(chǎn)煤氣已有百余年歷史。已被成功地用于荷蘭聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工廠的商業(yè)運(yùn)營(yíng)。以天然氣和重油為原料生產(chǎn)合成氣技術(shù)，經(jīng)多年研究以后，推出了水煤漿氣化工藝。由于水煤漿中含有35～40%水分，因。采用干煤粉進(jìn)料與水煤漿氣化相比不需在爐內(nèi)蒸發(fā)水分，氧氣用量因。2020噸，目前，正在設(shè)計(jì)更大規(guī)模的裝置。Shell燒嘴保證壽命為8000小時(shí)，已超過(guò)連續(xù)16000小時(shí)運(yùn)行。氣化過(guò)程無(wú)廢氣排放。

　　

【正文】 液氨，氨含量降至 %～ %，再經(jīng)冷交管 526 內(nèi)換熱至 25℃左右進(jìn)循環(huán)機(jī)加壓，如此循環(huán)。 流程特點(diǎn)： 分流進(jìn)塔 未 反應(yīng)氣分兩路進(jìn)塔，一路經(jīng)塔外換熱器管外預(yù)熱，經(jīng)塔內(nèi)換熱器管間、中心管，到達(dá)催化床層第一段；另一路經(jīng)環(huán)隙直接進(jìn)冷管束，兩路在第一、二段間的菱形混合器混合降溫后再往下反應(yīng)。 由于分流而帶來(lái)了下列優(yōu)點(diǎn)： ⑴、因?yàn)榈蜏匚捶磻?yīng)氣直接進(jìn)入冷管，經(jīng)冷管稍為加熱后 (250℃左右 )，以作為一、二段間的冷激氣，從而減少冷管面積和占用空間，提高了觸媒筐的有效容積，并強(qiáng)化了床層溫度的可調(diào)節(jié)性。 ⑵、 因?yàn)檫M(jìn)塔內(nèi)換熱器冷氣只有 60%～ 75%左右，減輕了換熱器負(fù)荷，因而可減少換熱器面積，相對(duì)地增加觸媒筐的容積。同時(shí)使出塔熱氣溫度提高， 回收熱品位提高 (出塔氣溫度高達(dá) 300℃～ 340℃ )，可產(chǎn)生 。 ⑶、 配置全分流進(jìn)塔外部流程，系統(tǒng)阻力比傳統(tǒng)流程小。據(jù)實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)管道壓差比傳統(tǒng)流程少 ～ 。 ⑷、全“分流”流程，在觸媒升溫還原時(shí)，可單獨(dú)控制冷管冷氣量和溫度，有利于還原徹底。 進(jìn)塔外換熱器的冷氣為低溫冷氣 傳統(tǒng)的塔外預(yù)熱流程中，進(jìn)換熱器的冷氣是從合成塔環(huán)隙出來(lái)的 70℃～ 80℃氣體。因而使換熱器冷端熱氣溫度較高，達(dá) 105℃～110℃。Ⅲ JD－ 3000流程中，進(jìn)塔外熱交的冷氣不是從環(huán)隙出來(lái)的，而是從循環(huán)機(jī)出口油分 來(lái)的，溫度只有 35～ 40℃，因而從換熱器出來(lái)的熱氣即進(jìn)水冷器氣體溫度可以降到 70～ 80℃。這樣就提高了合成反應(yīng)熱的利用率，噸氨可回收 800kg，降低了水冷負(fù)荷和冷卻水的消耗。相對(duì)“二進(jìn)二出”的合成流程，減少了一個(gè)軟水加熱器，減少了設(shè)備投資。 水冷后氣體直接進(jìn)冷交管間，往下在冷交下部分離 達(dá)到邊冷卻邊冷凝，液氨在重力和離心力作用下往下分離，提高了分離效果，節(jié)約冷凍量。 放空點(diǎn)放在二次氨分之后循環(huán)機(jī)之前，此處氣體中氨含量從 %降到 %，且惰性氣體含量最高，故放空量少，噸氨新鮮氣消 耗低。 冷交換器和氨分離器分離出來(lái)的液氨經(jīng)減壓后送往氨庫(kù)，氨分離器后排出的馳放氣送往氨回收。 527 甲醇精餾 來(lái)自醇烴化工序的粗甲醇在預(yù)精餾塔中分離不凝氣體和輕組分。預(yù)精餾塔頂餾出物依次經(jīng)預(yù)精餾塔冷凝器、膨脹氣冷卻器冷卻到 35℃后，粗甲醇中輕組分等雜質(zhì)在膨脹氣冷卻器被分離后排出。冷凝液則通過(guò)預(yù)精餾塔回流槽回流入塔。預(yù)精餾塔塔底餾出液，經(jīng)加壓塔給料泵送至加壓精餾塔，塔頂餾出甲醇蒸汽（ 122℃， ）用作常壓精餾塔再沸器熱源，同時(shí)被冷凝為甲醇液體。甲醇液體流入加壓精餾塔回流槽，一部分用泵送回加 壓塔作回流液，另一部分經(jīng)冷卻后送罐區(qū)作產(chǎn)品。加壓精餾塔塔底餾出液 135℃，送常壓塔。塔頂餾出物經(jīng)精甲醇冷凝冷卻器冷卻至 40℃左右送常壓塔回流槽，通過(guò)常壓塔回流泵一部分送回塔作回流液，另一部分送中間罐區(qū)。常壓精餾塔底含少量甲醇的餾出液經(jīng)冷卻到 60℃后送煤氣化工序使用。 堿液（ NaOH 溶液）視粗甲醇成份所需在預(yù)精餾塔前加入系統(tǒng)。 甲醇精餾工序臨時(shí)停車時(shí)，醇烴化工序生產(chǎn)的粗甲醇，進(jìn)入粗甲醇貯罐中貯存。甲醇精餾工序恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，粗甲醇經(jīng)粗甲醇泵升壓后送往甲醇精餾工序。 甲醇精餾工序生產(chǎn)的精甲醇，進(jìn)入甲醇計(jì)量罐中。經(jīng) 檢驗(yàn)合格的精甲醇用精甲醇泵升壓送往成品罐區(qū)甲醇貯罐中貯存代售。 冷凍站 從合成工段氨冷器來(lái)的氣氨經(jīng)氨壓縮機(jī)壓縮，再經(jīng)水冷后送液氨貯槽，再送往氨合成以提供冷量。 甲醇罐區(qū) 甲醇精餾工序生產(chǎn)的產(chǎn)品精甲醇經(jīng)中間罐區(qū)送到甲醇成品罐區(qū)貯罐儲(chǔ)存并外售。 主要設(shè)備的選擇 （ 1）氫氮?dú)鈮嚎s機(jī) 本設(shè)計(jì)選用 6M50340/314型氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)，其主要技術(shù)特性如下： 排氣量： 340 min/3m （吸入狀態(tài)） 最終排氣壓力： 電機(jī)功率： 5200Kw 電壓： 6000V 壓縮機(jī)生產(chǎn)能力核定 528 當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?99667Pa 羅茨風(fēng)機(jī)壓升為： 49000Pa 脫硫系統(tǒng)阻力降為： 13000Pa 壓縮機(jī)進(jìn)口壓為： 99666+4900013000=135666Pa 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為： 103330Pa 單臺(tái)壓縮機(jī)打氣量為 hm /2413230273 27310333013566660340 3????? 30℃時(shí)小蒸汽的飽和蒸汽壓力為 4242MPa 水蒸汽所占體積為： h/m7794242135666 424224132 3??? 每臺(tái)壓縮機(jī)實(shí)際打氣量為： 24132779=23353 h/m3 每臺(tái)壓縮機(jī)每小時(shí)產(chǎn)氨量為： )/( 3 htN H?? 單臺(tái)壓縮機(jī)全年產(chǎn)氨量（全年以 8000小時(shí)計(jì)）： )/( 3 atN H?? 計(jì)算實(shí)際需設(shè)壓縮臺(tái)數(shù)： )( 1 9 2 02 5 3 0 0 0 臺(tái)?? 選用 6臺(tái)， 5開(kāi) 1備。 （ 2）變換爐 1臺(tái) φ 3800 H～ 19000 內(nèi)裝：抗毒劑 20 3m 催化劑 90 3m （ 3）變換氣脫硫塔 1臺(tái) 填料塔 φ 3600 H～ 23000 529 （ 4）變壓吸附脫碳裝置 1套 處理變換氣量： 20200 N h/m3 （ 5）精脫硫塔 1臺(tái) φ 2800 H～ 16000 內(nèi)裝轉(zhuǎn)化吸收型活性炭（ EH2） 脫硫劑 43 3m （ 6）醇化塔 A、 B 2臺(tái) φ 2020 H～ 18000 （ 7）烴化塔 1臺(tái) φ 1800 H～ 18000 （ 8） 氨合成塔 1臺(tái) φ 2020 H～ 20200 內(nèi)件Ⅲ JD3000型 內(nèi)裝催化劑 38 3m （ 9）廢熱回收器 φ 2020/φ 2400 F=400 3m （ 10）循環(huán)壓縮機(jī) 選用 TC6203212型透平循環(huán)機(jī)，其操作參數(shù)為： 排氣量： 620 h/m3 （吸入狀態(tài)）； 排出壓力： （ A） 吸入壓力： MPa（ A）； 吸入溫度： 35℃ 選用三臺(tái)， 二 開(kāi)一備。 原料、動(dòng)力消耗（以每噸氨計(jì)） 序號(hào) 名稱 單位 規(guī)格 消耗量 備注 1 原料粉煤 kg 原煤 1800 2 冷卻水 3m 435 3 新鮮水 3m 11 4 電 kWh 1000 5 回收燃料氣 3m （標(biāo)） 142 530 合成甲醇工藝技術(shù)方案 合成甲醇生產(chǎn)工藝路線確定的原則 本報(bào)告甲醇生產(chǎn)工藝路線為：以煤為原料，采 用固定層型煤氣化，在常壓條件下制得水煤氣。水煤氣經(jīng)電除塵除去氣體中夾帶的粉塵、焦油等雜質(zhì)，并進(jìn)行水煤氣脫硫工序，進(jìn)原料氣壓縮機(jī)壓縮至 ，再進(jìn)行水煤氣經(jīng)變換、變換氣脫硫、脫碳、精脫硫等工序制得合格的合成氣。然后再經(jīng)合成氣壓縮機(jī)壓縮至 塔合成甲醇，粗甲醇經(jīng)精餾制得精甲醇送罐區(qū)貯存待售。 甲醇合成后的釋放尾氣中含有有效氣體氫氣，采用變壓吸附提氫技術(shù)對(duì)其回收利用。 工藝技術(shù)方案的比較和選擇 變換 以煤為原料生產(chǎn)甲醇的原料氣只需部分變換，以控制合成氣中各 有效組份的比例， 得到 (H2CO2)/(CO+CO2)=～ 。因此，要求變換具有一定的調(diào)節(jié)手段， 才 能有效控制合成氣中 CO組份。 本設(shè)計(jì) 中， 變換工藝采用全低串中溫水解有機(jī)硫轉(zhuǎn)化 工藝 ， 使 用 CoMo系耐硫變換催化劑，原料氣全氣量通過(guò)，變換后 CO組份采用外加蒸汽調(diào)節(jié) 。 該工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 由于耐硫催化劑不受最低水氣比限制，可以通過(guò)外加蒸汽來(lái)控制變換出口的CO，蒸汽和循環(huán)冷卻水消耗較少。與使用 FeCr系催化劑相比，每噸甲醇可節(jié)省蒸汽、節(jié)省循環(huán)水 13m3。 (2) 采用寬溫 耐硫變換工藝，所使用的 CoMo催化劑對(duì)入口氣體硫含量要求可低至 140mg/Nm3，且原料氣可一次通過(guò)變換爐，有機(jī)硫轉(zhuǎn)化率可到 96％，因而不會(huì)對(duì)后續(xù)精脫硫工序產(chǎn)生較大影響。 (3) 該工藝調(diào)節(jié)手段靈活、方便，一方面以調(diào)節(jié)蒸汽加量為操作手段，另一方面在變換爐段間設(shè)置急冷換熱裝置，有效調(diào)節(jié)出口 CO含量，以適應(yīng)工廠對(duì)本裝置不同使用目的需要。 變換氣脫硫 由于變換工段采用耐硫變換催化劑，經(jīng)變換后的變換氣中硫含量較高，約 531 132mg/Nm3，為保證后工序裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，增設(shè)變換氣脫硫裝置，以保證出口硫含量小于 5ppm。 與水煤氣脫硫工藝相似，變換氣脫硫也采用栲膠法脫硫工藝，再生采用目前較為普遍的噴射再生，利用溶液自身余壓，在變脫噴射再生槽內(nèi)完成。 脫碳 酸性氣體脫除的任務(wù)一方面是脫除 H2S及少量有機(jī)硫；另一方面是脫除 CO2。 脫硫工藝一般有干法脫硫和濕法脫硫二種。干法脫硫一般采用固體脫硫劑脫除少量硫，屬精脫硫范疇，有活性炭、改性活性炭和氧化鋅等方法。濕法脫硫，屬氣體粗脫硫范疇，一般可分為物理吸收和化學(xué)吸收二種，常用物理吸收方法有低溫甲醇洗、NHD工藝等；常用的化學(xué)吸收方法有栲膠、 ADA、 MDEA工藝等。除了拷膠、 ADA法外，其它的各種濕法脫硫工藝常常與脫碳一并考慮。 目前，世界上脫碳工藝，根據(jù)操作過(guò)程的特點(diǎn)和機(jī)理，基本上分為三大類： 一是化學(xué)吸收法?；瘜W(xué)吸收法利用氣體中 CO2能與吸收劑中的活性組份起化學(xué)反應(yīng)生成不穩(wěn)定化合物，而熱再生時(shí)不穩(wěn)定化合物又分解出活性組份和 CO2。常用的工藝有 MEA法、熱鉀堿法等。 二是物理吸收法。物理吸收法利用氣體中 CO2能溶解于某些溶劑，并且在不同分壓下有較大溶解度差異這一機(jī)理來(lái)脫除 CO2。吸收溶劑一般為非電解質(zhì)、有機(jī)溶劑或其它溶液。再生采用減壓閃蒸及氣提出酸性氣。 常用的工藝有碳丙法、 Selexol法（國(guó)內(nèi)稱為 NHD法）、低溫甲醇洗法、 NMP法等。 三是物理化學(xué)吸收法。物理化學(xué)吸收是利用某些溶劑對(duì) CO2的吸收具有化學(xué)反應(yīng)和物理吸收兩種機(jī)理來(lái)脫除 CO2。再生除減壓閃蒸、氣提外，還需熱再生才能將酸氣徹底釋放出來(lái)。常用的工藝有 MDEA法等。 本工序滿足后序裝置的要求，將變換氣中的 H2S、 COS、 CO2等脫除，使其H2S， CO2約 %(v)。在國(guó)內(nèi)外大型工業(yè)化裝置中使用脫硫、脫碳的工藝方法很多。而較常使用的有： MDEA脫硫、 MDEA脫碳， NHD（ Selexol）脫硫、 NHD（ Selexol）脫碳、低溫甲醇洗脫硫脫碳。采用何種酸性氣體脫硫技術(shù)是根據(jù)原料氣的性質(zhì)和產(chǎn)品氣的要求而選擇不同方法。 在本裝置中脫除 CO2氣體采用物理吸收比較有利，這是因?yàn)榛瘜W(xué)吸收法中溶劑的循環(huán)量在活性組分濃度一定時(shí)與酸性氣含量成正比， CO2的高含量會(huì)使溶劑循環(huán)量急 532 劇增加，這將造成系統(tǒng)的操作能耗大大增加，經(jīng)濟(jì)上不合理；而物理吸收法中溶劑的循環(huán)量與原料氣中被吸收氣體的分壓幾乎無(wú)關(guān)，因此較高的操作分壓有利于物理吸收。對(duì)于大型工業(yè)裝置，減少溶劑循環(huán)量對(duì)降低能耗和操作費(fèi)用十分重要。 以下將幾種常用 在大型工業(yè)化裝置的酸性氣體脫除技術(shù)說(shuō)明如下： 1) MDEA脫硫、脫碳工藝 MDEA即 N－甲基二乙醇胺的英文縮寫(xiě)。 MDEA為叔胺，其穩(wěn)定性好、蒸汽壓較低，一般不與氧反應(yīng)，無(wú)降解產(chǎn)物生成，在水溶液中會(huì)與 H＋結(jié)合而生成 R3NH＋，從而呈弱堿性，能夠從氣體中選擇性吸收 H2S和 CO2等酸性氣體。 按本項(xiàng)目變換氣條件，活化的 MDEA溶液在 CO2能力為31Nm3CO2/m3溶液，而再生熱耗約～ 1890kJ/ Nm3CO2，采用活化的 MDEA溶液脫碳消耗蒸汽較多，溶液循環(huán)量大，電耗高。采用活化 MDEA脫硫，要達(dá)到 H2S≤ ，蒸汽消耗高，亦不合理。因此，不宜采用 MDEA溶液脫硫、脫碳。 2) NHD（ Selexol）脫硫、脫碳工藝 用聚乙二醇二甲醚溶液作吸收劑的氣體凈化過(guò)程，國(guó)外稱為 Selexol法， Selexol工藝是由 Allied化學(xué)公司于六十年代開(kāi)發(fā)的， 1993年 UOP公司取得 Selexol技術(shù)許可證。 Selexol于八十年代初開(kāi)始從合成氣中脫除 CO2，以后發(fā)展為從氣體中選擇性脫除酸性氣體。國(guó)內(nèi)南京化工研究院于八十年代經(jīng)過(guò)研究，獲得了物化性質(zhì)與 Selexol相似的吸收溶劑組成 ，稱之為 NHD溶劑， 1984年經(jīng)化工部鑒定，確定為 NHD凈化工藝，在1993年建成第一套以德士古造氣、 NHD脫硫、脫碳，年產(chǎn) 8萬(wàn)噸合成氨的工業(yè)化示范裝置，變換氣經(jīng) NHD脫硫、脫碳后，凈化氣 CO2%，總硫小于 50ppm。目前，國(guó)內(nèi)已廣泛采用該工藝，該工藝國(guó)內(nèi)在建最大能力為淮南 18萬(wàn)噸 /年合成氨裝置。 NHD（ Selexol）脫硫、脫碳工藝技術(shù)特點(diǎn)如下： (1)溶劑對(duì) CO H2S等酸性氣體吸收能力強(qiáng)。 (2)溶劑的蒸汽壓低，揮發(fā)性小。 (3)溶劑不氧化、不降解，有很好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。 (4)溶劑對(duì)碳鋼 等金屬材料無(wú)腐蝕性。 (5)溶劑本身不起泡。 (6)具有選擇性吸收 H2S的特性，并且可以吸收部分 COS等有機(jī)溶劑。 (7)溶劑無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒，但