【正文】 儀表保溫伴熱需要低壓水蒸氣。用量： ～6000Nm3/h。 空分和熱電站隨機(jī)成套儀表按照設(shè)備制造商的標(biāo)準(zhǔn)選用。與工藝有關(guān)的蒸汽管線和工藝物料管線的測(cè)量和控制參數(shù)等則引入DCS系統(tǒng)集中監(jiān)視和控制。儀表氣源設(shè)計(jì)3重保安。ESD系統(tǒng)保持與DCS系統(tǒng)獨(dú)立，輸入元件和儀表單獨(dú)設(shè)置，重要聯(lián)鎖采用雙重元件或三重元件，采用2/3邏輯。氧氣調(diào)節(jié)閥和切斷閥必須按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格選用。 主要的檢測(cè)及控制方案本裝置主要控制通過(guò)DCS和ESD系統(tǒng)完成，系統(tǒng)由操作站、控制站、打印機(jī)、輔助操作臺(tái)、通訊總線、外圍設(shè)備、相關(guān)的接口和三重化冗余的PLC組成。氧氣切斷閥可考慮采用柱塞閥的可能性。其中氣化工段的渣閥選用特殊材質(zhì)和型式的調(diào)節(jié)閥。其它分析如CH3OH分析儀、電導(dǎo)率儀和PH計(jì)將被用在適當(dāng)場(chǎng)合。渣水介質(zhì)液位測(cè)量采用射頻導(dǎo)納式液位計(jì)。用于儀表吹掃的管線采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)，用于原料和產(chǎn)品的計(jì)量采用容積式流量計(jì)，甲醇產(chǎn)品的灌裝計(jì)量用質(zhì)量流量計(jì)。但還有一些專用溫度儀表如：氣化爐爐壁表面溫度監(jiān)視器、氣化爐體、煤筒倉(cāng)、甲醇合成塔的溫度元件選用特殊的多點(diǎn)式。除一些就地氣動(dòng)控制器和隨設(shè)備成套的特殊測(cè)量?jī)x表外，通常儀表采用電子型。系統(tǒng)能區(qū)分第一事故，并發(fā)出聲光報(bào)警。不重要的工藝參數(shù)，其設(shè)定點(diǎn)不經(jīng)常調(diào)整的參數(shù)，采用就地顯示和控制儀表。XXX甲醇工廠建立在氣候條件比較惡劣的地區(qū)，應(yīng)選取較高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的儀表。另外，設(shè)置可燃和有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)裝置內(nèi)的可燃和有毒氣體濃度超過(guò)要求時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。所以，煤氣化工藝過(guò)程為高度易燃易爆連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，PDP開(kāi)發(fā)商定為TUV5~6級(jí)安全等級(jí)，生產(chǎn)線布置在敞開(kāi)式的框架內(nèi)，防爆等級(jí)為II區(qū)T4組。水煤漿氣化過(guò)程是在高溫高壓下進(jìn)行的，最高溫度達(dá)1500℃，最高壓力等級(jí)為ANSI 1500LB。甲醇裝置區(qū)設(shè)置一個(gè)中央控制室對(duì)整個(gè)裝置區(qū)的工藝過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視和控制，中央控制室為密閉型（設(shè)中央空調(diào)），由操作室、機(jī)柜室、工程師站室、電源室、備品備件室及維修室等組成。ESD主要用于氣化工藝系統(tǒng)安全聯(lián)鎖和全廠聯(lián)鎖。工藝流程圖見(jiàn)附圖4。從上塔頂部得到低壓氮?dú)?，?jīng)過(guò)冷器、高壓板式換熱器復(fù)熱后出冷箱，進(jìn)入產(chǎn)品氮壓機(jī)。空氣經(jīng)下塔初步精餾后，獲得富氧液空、純液氮，富氧液空經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后節(jié)流進(jìn)入上塔。純化器的切換周期約為46小時(shí)，定時(shí)自動(dòng)切換?？諝庾韵露洗┻^(guò)空氣冷卻塔，在冷卻的同時(shí)，又得到清洗。汽提塔塔底排出的廢水，含少量甲醇，進(jìn)入沉淀池，分離出雜醇和水，廢水用于磨煤用水。由加壓塔底出來(lái)的甲醇溶液自流入常壓塔下塔進(jìn)一步蒸餾，常壓塔頂出來(lái)的回流液一部分回流，一部分作為精甲醇經(jīng)泵送入貯存系統(tǒng)。甲醇合成水冷反應(yīng)器副產(chǎn)中壓蒸汽經(jīng)變換過(guò)熱后送工廠中壓蒸汽管網(wǎng)。 甲醇合成及精餾1) 甲醇合成，然后進(jìn)入冷管式反應(yīng)器（氣冷反應(yīng)器）冷管預(yù)熱到235℃，進(jìn)入管殼式反應(yīng)器（水冷反應(yīng)器）進(jìn)行甲醇合成，CO、CO2和H2在CuZn催化劑作用下，合成粗甲醇，出管殼式反應(yīng)器的反應(yīng)氣溫度約為240℃，然后進(jìn)入氣冷反應(yīng)器殼側(cè)繼續(xù)進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)，同時(shí)預(yù)熱冷管內(nèi)的工藝氣體，氣冷反應(yīng)器殼側(cè)氣體出口溫度為250℃，再經(jīng)低壓蒸汽發(fā)生器，鍋爐給水加熱器、空氣冷卻器、水冷器冷卻后到40℃，進(jìn)入甲醇分離器，從分離器上部出來(lái)的未反應(yīng)氣體進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)壓縮，返回到甲醇合成回路。冷卻的催化劑有利于反應(yīng)向生成硫的方向發(fā)展，當(dāng)向單質(zhì)硫生成反應(yīng)的方向得到加強(qiáng)時(shí)，硫化氫轉(zhuǎn)化成硫的轉(zhuǎn)化率會(huì)提高。Clinsulf反應(yīng)器由兩個(gè)反應(yīng)段組成。硫化氫進(jìn)行氧化反應(yīng)所需氧氣由空氣風(fēng)機(jī)提供。氣氨通過(guò)對(duì)冷卻水放熱冷凝成液體后，靠重力排入液氨貯槽。甲醇水分離器由再沸器提供。富H2S甲醇液自H2S濃縮塔底出來(lái)后進(jìn)熱再生塔給料泵加壓，甲醇貧液冷卻器換熱升溫進(jìn)甲醇再生塔頂部。2）溶液再生系統(tǒng)從高壓閃蒸器上部和底部分別產(chǎn)生的無(wú)硫甲醇富液和含硫甲醇富液進(jìn)入H2S濃縮塔，進(jìn)行閃蒸汽提。中間二次引出甲醇液用氨冷器冷卻以降低由于溶解熱造成的溫升。1）吸收系統(tǒng)本裝置采用的吸收系統(tǒng)，用來(lái)處理經(jīng)過(guò)變換和熱回收后的氣體，經(jīng)過(guò)甲醇吸收凈化后的原料氣，作為甲醇合成的新鮮氣。本工段的化學(xué)反應(yīng)為變換反應(yīng)，以下列方程式表示： CO+H2O—→H2+CO2由氣化碳洗塔來(lái)的粗水煤氣經(jīng)氣液分離器分離掉氣體夾帶的水分后，進(jìn)入氣體過(guò)濾器除去雜質(zhì)，然后分成兩股，一部分（約為55%）進(jìn)入原料氣預(yù)熱器與變換氣換熱至305℃左右進(jìn)入變換爐，與自身攜帶的水蒸汽在耐硫變換催化劑作用下進(jìn)行變換反應(yīng)，出變換爐的高溫氣體經(jīng)蒸汽過(guò)熱器與甲醇合成及變換副產(chǎn)的中壓蒸汽換熱、過(guò)熱中壓蒸汽，自身溫度降低后在原料氣預(yù)熱器與進(jìn)變換的粗水煤氣換熱，溫度約335℃進(jìn)入中壓蒸汽發(fā)生器，溫度降至270℃之后，與另一部分未變換的粗水煤氣（約為45%）混合，一起進(jìn)入低壓蒸汽發(fā)生器溫度降至180℃，然后進(jìn)入脫鹽水加熱器、水冷卻器最終冷卻到40℃進(jìn)入低溫甲醇洗吸收系統(tǒng)。閃蒸出的高壓氣體經(jīng)過(guò)灰水加熱器回收熱量之后，通過(guò)氣液分離器分離掉冷凝液，然后進(jìn)入變換工段汽提塔。氣化爐及碳洗塔等排出的洗滌水（稱為黑水）送往灰水處理。煤漿由煤漿槽經(jīng)煤漿加壓泵加壓后連同空分送來(lái)的高壓氧通過(guò)燒咀進(jìn)入氣化爐，在氣化爐中煤漿與氧發(fā)生如下主要反應(yīng)：CmHnSr+m/2 O2—→mCO+（n/2r）H2+rH2SCO+H2O—→H2+CO2（G）、1350～1400℃下進(jìn)行。為了降低煤漿粘度，使煤漿具有良好的流動(dòng)性，需加入添加劑，初步選擇木質(zhì)磺酸類添加劑。為了控制煤漿粘度及保持煤漿的穩(wěn)定性加入添加劑，并加入堿液調(diào)整煤漿的pH值。5）甲醇精餾設(shè)計(jì)，設(shè)備和材料全部依靠國(guó)內(nèi)。 引進(jìn)工藝包和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)209。 技術(shù)來(lái)源及引進(jìn)意見(jiàn)根據(jù)以上工藝技術(shù)路線的確定，主要技術(shù)來(lái)源及引進(jìn)范圍如下：1）水煤漿氣化引進(jìn)德士古工藝軟件包及專利許可證，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)由國(guó)內(nèi)完成；或采用國(guó)內(nèi)多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)。全廠設(shè)統(tǒng)一的儀表空氣和工廠空氣管網(wǎng)。目前大型化工行業(yè)空分裝置多采用該工藝流程的空分裝置。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)都是安全、可靠、先進(jìn)、節(jié)能的。因此，在同樣規(guī)模的內(nèi)壓縮流程中，氮壓機(jī)的尺寸要比增壓空氣壓縮機(jī)的尺寸大，耗功也要高一些。空氣循環(huán)是用高壓空氣來(lái)復(fù)熱高壓液氧和高壓液氮產(chǎn)品（根據(jù)需要），液氧、液氮根據(jù)需要用泵加壓到所需壓力；氮?dú)庋h(huán)流程是用高壓氮?dú)鈦?lái)復(fù)熱高壓液氧，用液氧泵壓縮液氧達(dá)到所需壓力，用氮壓機(jī)壓縮氮?dú)膺_(dá)到所需壓力。209。國(guó)內(nèi)空分制造廠目前在這方面也已具有大量的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，因而可以通過(guò)國(guó)內(nèi)外眾多渠道，擇優(yōu)選擇配套設(shè)備，保證裝置具有最優(yōu)性價(jià)比。 空分設(shè)備趨向大型化隨著大化肥、煤化工、石化、鋼鐵等大型工程項(xiàng)目的興建和擴(kuò)建，從降低投資費(fèi)用，運(yùn)行費(fèi)用和方便管理等方面著眼，要求工程配套的空分設(shè)備也趨于大型化，國(guó)外最大的空分單機(jī)制氧能力已達(dá)100000 Nm3/h 以上。209。從九七年以后國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的1000 m3（標(biāo)）/h O2以上的空分設(shè)備均采用了規(guī)整填料塔與全精餾制氬技術(shù)，采用這項(xiàng)技術(shù)后，對(duì)外壓縮流程而言氧的提取率可達(dá)到98～%，氬提取率可達(dá)65～85%，能耗下降10～13%以上，而且整個(gè)流程簡(jiǎn)單，操作方便、安全可靠、占地面積小，優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。本項(xiàng)目采用節(jié)能型三塔精餾工藝，雙系列配置。根據(jù)以上分析，考慮到合成塔的運(yùn)輸問(wèn)題，本項(xiàng)目暫按Lurgi雙合成塔（氣冷和管殼水冷）生產(chǎn)180萬(wàn)噸/年甲醇，采用雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這兩種工藝技術(shù)特點(diǎn)比較見(jiàn)下表：甲醇生產(chǎn)方法比較表項(xiàng) 目Lurgi法ICI法合成壓力bar50～10050～118合成溫度℃225～250230～270催化劑組成CuZnAlVCuZnAl時(shí)空收率t/m3Lurgi合成反應(yīng)器，反應(yīng)氣轉(zhuǎn)化率高，副反應(yīng)少，系統(tǒng)對(duì)于反應(yīng)熱的回收和利用已經(jīng)比較完善，操作費(fèi)用低，開(kāi)工時(shí)不用設(shè)開(kāi)工加熱爐。在反應(yīng)器方面有TEC的MRF多段徑向流動(dòng)反應(yīng)器，托普索三個(gè)并聯(lián)激冷絕熱徑向流合成塔，三菱重工的管殼冷管復(fù)合反應(yīng)器等，這些反應(yīng)器比傳統(tǒng)的低壓合成法反應(yīng)器具有轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)器體積小、反應(yīng)熱移出更方便、床層壓降小等優(yōu)點(diǎn)。另一方面，采用國(guó)外甲醇合成技術(shù)投資較大，設(shè)備制造周期長(zhǎng)。本技術(shù)已用于哈爾濱氣化廠8萬(wàn)噸/年甲醇裝置中，效果良好。華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)并取得專利的低壓甲醇反應(yīng)器即“絕熱—管殼外冷復(fù)合型”氣固相催化反應(yīng)器。在甲醇合成反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)中，開(kāi)發(fā)成功單套管及雙套管反應(yīng)器?，F(xiàn)已在美國(guó)田納西州建成72kt／a工業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置。國(guó)外已有數(shù)套裝置采用此種塔型。我國(guó)瀘州天然氣化工廠年產(chǎn)40萬(wàn)噸的甲醇裝置引進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)。TEC的新型反應(yīng)器合成甲醇工藝該工藝及反應(yīng)器由日本TEC（東洋工程公司）開(kāi)發(fā)成功，由外筒、催化劑筐和許多垂直的沸水管組成，沸水管埋于催化床中。Lurgi工藝可以利用反應(yīng)熱副產(chǎn)壓力較高的中壓蒸汽。其主要缺點(diǎn)是：反應(yīng)器因有部分氣體與未反應(yīng)氣體之間的返混，催化劑空時(shí)產(chǎn)率不高，用量較大；僅能回收低品位熱能。二十世紀(jì)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(kuò)建或改造也幾乎都采用低壓工藝。1966年，英國(guó)ICI公司成功地實(shí)現(xiàn)了銅基催化劑的低壓合成甲醇工藝，隨后又實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)更為經(jīng)濟(jì)的中壓法合成甲醇工藝。由于項(xiàng)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(xiàng)目采用Linde的Clinsulf硫回收工藝技術(shù)。 栲膠法在國(guó)內(nèi)合成氨廠已普遍使用，操作經(jīng)驗(yàn)豐富，但設(shè)備數(shù)量多、投資大，且尚無(wú)用于高CO2含量酸氣先例。該工藝與傳統(tǒng)的克勞斯工藝接近，對(duì)原料氣中H2S濃度有要求（25%）。b) 硫回收工藝技術(shù)比較及選擇第一類主要代表是克勞斯（Claus）法，它是目前煉廠氣、天然氣加工副產(chǎn)酸性氣體及其它含H2S氣體回收硫的主要方法。滿負(fù)荷時(shí)比單級(jí)壓縮節(jié)省軸功率13%左右，部分負(fù)荷時(shí)節(jié)省軸功率約20%；其次是可以擴(kuò)大穩(wěn)定工作范圍，改善調(diào)節(jié)特性，部分負(fù)荷時(shí)不易喘振。離心式制冷機(jī)與其它幾種類型的制冷機(jī)相比，具有轉(zhuǎn)速高，制冷量大，蒸發(fā)溫度低，機(jī)械磨損小，易損件少，維護(hù)簡(jiǎn)單，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，振動(dòng)小，運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)組重量輕、占地面積小，能經(jīng)濟(jì)方便地調(diào)節(jié)制冷量等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)離心式制冷壓縮機(jī)，節(jié)能效果明顯。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(guó)外技術(shù)差，但鑒于至今尚無(wú)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(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)改進(jìn)后該技術(shù)采用六塔流程，與林德工藝相似，據(jù)介紹冷負(fù)荷和設(shè)備投資比林德工藝低~10%。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(guó)內(nèi)可以設(shè)計(jì)和制造，投資可節(jié)省約2200萬(wàn)元。國(guó)內(nèi)大連理工大學(xué)經(jīng)過(guò)近20年的研究，也開(kāi)發(fā)成功了低溫甲醇洗工藝軟件包，并獲得了國(guó)內(nèi)兩項(xiàng)專利。而且低溫甲醇洗在國(guó)內(nèi)具有豐富的生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，除部分低溫材料需引進(jìn)外，設(shè)備設(shè)計(jì)和制造等均可在國(guó)內(nèi)解決。而且溶劑吸收能力大，循環(huán)量小，能耗省，溶劑價(jià)格便宜，操作費(fèi)用低亦是此法的優(yōu)越性所在。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(lái)，粗煤氣冷凝出來(lái)的工藝?yán)淠汉幸欢ǖ幕覊m，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。本項(xiàng)目采用的低溫甲醇洗技術(shù)需要35℃級(jí)的冷量移出反應(yīng)熱，采用氨壓縮制冷工藝流程。%以下，H2S小于1ppm。脫硫脫碳從國(guó)內(nèi)外煤氣化裝置中所采用的脫除酸性氣體的工藝來(lái)看，低溫甲醇洗(Rectisol)和NHD(或Selexol)較常見(jiàn)。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。2) 凈化工藝技術(shù)a) 凈化工藝技術(shù)概況采用煤漿氣化工藝生產(chǎn)的粗煤氣除含CO、HCO2外，還有少量H2S、COS、CHN2，微量的氯，氨等成分。每臺(tái)氣化爐日處理煤量為1651噸，最大可達(dá)2000噸，有20%的增產(chǎn)能力。三種氣化壓力均已有大型裝置的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。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。該技術(shù)雖然能連續(xù)加壓氣化，但由于氣化溫度較低(~1000℃)，生成氣中甲烷含量大，同時(shí)生成氣中含苯、酚、焦油等一系列難處理的物質(zhì)，凈化流程長(zhǎng)；尤其是該技術(shù)只能用碎煤不能用粉煤，因而原料利用率低，盡管篩分下來(lái)的粉煤可以配燃煤鍋爐加以利用。本裝置的原料煤屬低變質(zhì)長(zhǎng)焰煤，化學(xué)活性良好，灰熔點(diǎn)1130℃，符合Texaco氣化用煤。德士古氣化還有以下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)闻_(tái)爐處理煤量大，最大日處理煤量2000噸；氣化壓力高，新鮮氣可不需增壓、且合成氣壓縮功耗省，尤其是生產(chǎn)甲醇時(shí)，可實(shí)現(xiàn)等壓合成；有效氣（CO+H2）含量高，生成的新鮮合成氣惰性組分含量低，特別適合做生產(chǎn)甲醇的合成氣，甲醇合成弛放氣排放量低。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(jìn)行燃燒和部份氧化反應(yīng)。該技術(shù)目前只有國(guó)外兩套以煤為原料大型裝置在運(yùn)行，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，工業(yè)化的經(jīng)驗(yàn)不多，技術(shù)須依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)技術(shù)支撐率低。與德士古綜合比較，兩種氣化工藝的噸甲醇煤耗相差不大。國(guó)外大型氣化技術(shù)比較表項(xiàng) 目Texaco Shell Lurgi(傳統(tǒng))氣化壓力～～氣化溫度 ℃1300～14001400～1600850單爐最大能力噸煤/天500～20002000600氣化爐型式熱壁式、單噴嘴冷壁爐、四噴嘴熱壁爐進(jìn)煤方式水煤漿濃度60%泵送煤粉用氮?dú)廨斔土６?0%90μm碎煤干法加料熱回收方式激冷、廢鍋廢鍋廢 鍋排 渣液態(tài)排渣液態(tài)排渣固態(tài)排渣碳轉(zhuǎn)化率 %96—989990有效成份（CO+H2）較高 80%高 90%68%凈化氣中惰性氣含量%5%10%(N2+CH4+Ar)噸甲醇耗煤量（干, 弛放氣氫回收時(shí)）氧氣用量高(比Shell爐高10%)較低低工業(yè)化裝置數(shù)71多在中國(guó)已投產(chǎn)/在建的工業(yè)裝置4/70/74/0環(huán)境影響友好友好有污染治理問(wèn)題投資(含空分)較低