【正文】 控制室配置 DCS 控制系統(tǒng)對(duì)正常生產(chǎn)過(guò)程中工藝生產(chǎn)裝。 控制方式 本著“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行可靠、操作方便”的原 則 , 根據(jù)工藝裝置的生產(chǎn)規(guī)模、流程特點(diǎn)、工藝操作要求，并參考國(guó)內(nèi)外類(lèi)似裝置的自動(dòng)化水平，本項(xiàng)目采用中央控制室和區(qū)域控制室集中監(jiān)視和控制的控制方式，對(duì)各生產(chǎn)裝置實(shí)施崗位集中監(jiān)視和控制。 容器的材料應(yīng)根據(jù)其壓力、溫度、介質(zhì)特性以及環(huán)境條件等來(lái)選擇，既要考慮材料的可靠性，同時(shí)又要考慮其經(jīng)濟(jì)合理性。 關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)、材料的選擇原則 設(shè)備主要元件材料主要按照工藝條件及專(zhuān)利商文件確定，設(shè)備專(zhuān)業(yè)對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)。進(jìn)口壓力 容器應(yīng)按《進(jìn)出口壓力容器安全性能監(jiān)督管理辦法》進(jìn)行安全 29 性能的監(jiān)督檢查。 壓力容器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造應(yīng)符合相應(yīng)最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 非標(biāo)設(shè)備主要設(shè)計(jì)原則 工程中非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造在充分考慮技術(shù)的安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量立足于國(guó)內(nèi)，國(guó)內(nèi)制造加工使用尚不成熟的設(shè)備和材料采用引進(jìn)。 設(shè)計(jì)依據(jù) 本項(xiàng)目化工設(shè)備的設(shè)計(jì)主要依據(jù)為：項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)規(guī)定；各裝置化工設(shè)備的工藝條件；采用國(guó)外專(zhuān)利技術(shù)的，專(zhuān)利商提供的工藝包或基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；引進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備或關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)件的設(shè)備設(shè)計(jì)條件、圖紙、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定和設(shè)計(jì)說(shuō)明等。 國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)水平和經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備制造、加工能力，可以滿足本項(xiàng)目的大部分設(shè)備設(shè)計(jì)和制造要 求。 27 5 設(shè)備方案 概述 本項(xiàng)目的設(shè)備設(shè)計(jì)包括：煤氣化、甲烷化、硫回收、空分、冷凍站等裝置中 的容器、換熱器、塔器、工業(yè)爐等非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)。 由于大型輸氣管道普遍向大排量、高揚(yáng)程發(fā)展，因而離心式壓縮機(jī)正逐漸取代往復(fù)式壓縮機(jī)的主導(dǎo)地位。目前，往復(fù)式壓縮機(jī)的最大功率可達(dá) 10000kW，效率為 86％～ 90％。儲(chǔ)氣罐的作用實(shí)現(xiàn)是使甲烷中的冷凝液充分析出，減少管道阻力和腐蝕，另外作為生產(chǎn)過(guò)程的緩沖手段，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。洗滌液的 PH值是通過(guò) PH 值分析來(lái)控制補(bǔ)充的堿液量，補(bǔ)充的堿液通過(guò)堿液補(bǔ)充泵提供。洗滌后的尾氣經(jīng)廢氣分離器分離出夾帶的液體后至煙囪高空排放。 26 反應(yīng)后的尾氣由于不能達(dá)標(biāo)排放，需要經(jīng)過(guò)尾氣堿洗處理。氣體則通過(guò)第一酸氣加熱器的中壓蒸汽間壁予熱，加熱后的氣體進(jìn)入克勞斯反應(yīng)器二段內(nèi)再進(jìn)行催化反應(yīng)生成氣態(tài)硫磺，氣體再經(jīng)過(guò) H2S鍋爐內(nèi) 的換熱器冷卻，冷卻產(chǎn)生的液體硫磺去液封槽，氣體則通過(guò)第二酸氣加熱器的中壓蒸汽予熱，加熱后的氣體進(jìn)入克勞斯反應(yīng)器三段內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)完成后的尾氣經(jīng)最終冷凝器冷卻后進(jìn)入尾氣堿洗處理系統(tǒng)，在最終冷凝器冷凝下來(lái)的液相硫磺自流至液封槽。 部分酸性氣經(jīng)燃燒反應(yīng)后成為含 SO2的氣體，與來(lái)自造氣車(chē)間的含 H2S 的氣體一起進(jìn)入克勞斯反應(yīng)器一段進(jìn)行催化反應(yīng)生成氣態(tài)硫磺。酸性氣在 H2S 鍋爐內(nèi)和來(lái)自羅茨鼓鳳機(jī)的空氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)生成 SO2。分離了焦油和石腦油的煤氣水混合后進(jìn)入最終油分離器，經(jīng)過(guò)焦炭濾框、斜板沉淀后，再通過(guò)雙介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)一步除去懸浮固體、焦油和油后，進(jìn)入煤氣水貯槽，送酚氨回收裝置進(jìn)一步處理。 由氣化裝置來(lái)的含塵煤氣水與煤氣冷卻裝置來(lái)的含焦油煤氣水混合，經(jīng)換熱后進(jìn)入含塵煤氣水膨脹器，膨脹出的氣體去硫回收裝置，煤氣水靠重力進(jìn)入初焦油分離器 分離出含塵焦油和純焦油。 焦油、石腦油回收裝置 魯奇加壓氣化是在 的壓力下，用 的蒸汽和 99%的氧氣作為氣化劑，氣化 5～ 50mm 的塊煤制得粗煤氣，在氣化過(guò)程中，煤中的輕質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為焦油、酚、氨等物質(zhì)與煤氣同時(shí)產(chǎn)生，在煤氣的洗滌、冷卻、凈化過(guò)程中，大部分變?yōu)橐簯B(tài)進(jìn)入煤氣水中。一部分氨水作為提純塔的回流液，其余氨水經(jīng)泵加壓并加熱至 130℃后送至氨精餾塔。該塔由三部分組成：上提純段、中部吸收反應(yīng)段、下部剩余氨汽提段。 氨回收工藝主要包括三個(gè)步驟：汽提、提純、精餾。蒸汽繼續(xù)上升至塔頂， 65℃時(shí)水中的少量醚被蒸出。 工藝流程說(shuō)明 由煤氣水分離裝置來(lái)的煤氣水，先經(jīng)脫酸塔去除 CO H2S等后進(jìn)入萃取塔，在萃取塔內(nèi)酚水與二異丙基醚逆流接觸 ,使酚均勻分散最大限 度地溶解于醚中，萃取了酚的大部分醚與水靠比重分離，醚酚混合物從塔頂引出送往酚塔進(jìn)行蒸餾分離，得到粗酚及醚 ,醚再返回萃取塔循環(huán)使用。②廢水經(jīng)萃取脫酚后，在精餾回收廢水中萃取劑的過(guò)程中取出氨含量較高的餾分再進(jìn)行汽提氨，該方法用于廢水中酚含量較高，采用溶劑萃取脫酚的流程。所以廢水中的氨的回收一般以蒸汽汽提精餾為主。由于本項(xiàng)目煤種較年輕，故采用溶劑萃取脫酚。酚回收的工藝、流程選擇主要根據(jù)廢水中總酚含量而定。 24 酚、氨回收裝置 魯奇加壓氣化由于氣化溫度所限，煤氣中含有焦油、酚等物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在會(huì)造成設(shè)備堵塞、催化劑失活影響后序生產(chǎn)，同時(shí)，這些物質(zhì)也是寶貴的化工原料，所以要將其回收利用。 中熱值煤氣甲烷化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng) ,資料顯示 1 Nm3的 CO 氣體甲烷化 ,約可放出92 MJ 的熱量 , 1 Nm3的 1%的 CO 氣體甲烷化的絕熱反應(yīng)溫升約 72℃。用熱交換器再次取走反應(yīng)熱 ,并在工藝上采取措施控制其甲烷化反應(yīng)速度 ,防止甲烷化反應(yīng)器產(chǎn)生積碳現(xiàn)象。 進(jìn)入第一、二級(jí)甲烷化反應(yīng)器煤氣反應(yīng)后的溫升為 500～ 600℃。 中熱值煤氣甲烷化后，可將煤氣中有毒的 CO 氣體組分轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的 CH4氣體 ,不僅在燃用時(shí)更加安全可靠，而且可成倍地提高煤氣熱值，相應(yīng)提高了長(zhǎng)輸管道和城市輸配管網(wǎng)的 輸氣能力，節(jié)約了制氣和輸氣成本。當(dāng)溫度超過(guò)500℃時(shí)，反應(yīng)平衡常數(shù)迅速減小。壓力提高，反應(yīng)物組份分壓提高，可以加快反應(yīng)速度，甲烷化反應(yīng)壓力控制在 ～ 。上述反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，在較低溫度下，平衡常數(shù)很大。分離出的氣體中 H2S和 COS 的含量為 27%左右，經(jīng)冷卻換熱后進(jìn)入硫磺回收工序。甲醇溶液減壓后進(jìn)入 H2S濃縮塔， H2S 在氣提氮?dú)夂退敾亓鞯淖饔孟碌玫交厥铡? 來(lái)自第二閃蒸槽的甲醇溶液送至 CO2解吸塔頂部，解吸出大部分 CO2；來(lái)自第一閃蒸槽的甲醇溶液，降壓至 ，送至 CO2解吸塔中部，解吸出 CO2和 H2S。下塔主要用來(lái)脫硫，由于 H2S 的溶解度大于 CO2的溶解度，硫組分含量也低于 CO2，因此只需一部分甲醇液進(jìn)入下塔吸收 H2S和 COS。大部分的 CO2在上塔的中段和下段被吸收，因此中段和下段由被稱(chēng)為吸收段。貧甲醇溶液經(jīng)水冷器、冷卻器冷卻到57℃，進(jìn)入洗滌塔上塔的上段與塔內(nèi)上升的氣體逆流接觸，氣體中殘存的 H2S 和 CO2被吸收，凈化后的氣體進(jìn)入甲烷化工序。本項(xiàng)目采用一步法流程，主要包括進(jìn)料氣的預(yù)冷、H2S/CO2的脫除、富液的膨脹閃蒸、 H2S的濃縮、合成氣的加熱、甲醇的再生、甲醇 水分離等過(guò)程，流程說(shuō)明如下： 由變換工序來(lái)的原料氣溫度為 40℃左右，向原料氣中噴入少量甲醇，然后經(jīng)換熱器被冷卻到 9℃，在水分離器中分離出甲醇水溶液，由洗滌塔底部 進(jìn)入塔內(nèi)。兩步法用于變換使用不耐硫催化劑的場(chǎng)合，在變換之前必須先脫硫，變換之后再脫 CO2，因此形成前后兩步：第一吸收塔主要進(jìn)行脫硫，第二吸收塔主要進(jìn)行脫碳。 本項(xiàng)目酸性氣體脫除采用低溫甲醇洗工藝。另外其溶劑吸收能力比甲醇低，因而溶劑循環(huán)量大，充填量大，且溶劑價(jià)格昂貴，操作費(fèi)用較高。 NHD(或 Selexol)亦屬物理吸收，對(duì) CO H2S 等均有較強(qiáng)的吸收能力，但只能將 H2S脫至小于 1ppm，對(duì) COS 吸收能力較差，需另加有機(jī)硫水解和精脫硫裝置。而且溶劑循環(huán)量小，溶劑價(jià)格便宜，能耗和操作費(fèi)用較低。 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(guó)林德公司和魯奇公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一種有效的氣體凈化工藝。當(dāng)催化劑吸收了 %（占催化 劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硫時(shí)，會(huì)完全喪失活性；二氧化碳甲烷化時(shí)會(huì)比一氧化碳消耗更多的氫氣，因此必須除去。 酸性氣體脫除裝置 以煤為原料氣化的合成氣含有大量的硫化氫、有機(jī)硫、二氧化碳等雜質(zhì)。 工藝流程說(shuō)明 180℃的合成氣首先進(jìn)入變換爐一段，經(jīng)一段催化劑層反應(yīng)，溫度升至 350℃左右引出，在段間換熱器中與熱水換熱，降溫后進(jìn)入二段催化劑層反應(yīng)，反應(yīng)后的其它在主換熱器與合成氣進(jìn)氣換熱，并經(jīng)水加熱器降溫后進(jìn)入三段催化劑床層，反應(yīng)后氣體中 CO含量降至 1～ %離開(kāi)變換爐。這樣充分發(fā)揮了中變和低變催化劑的特點(diǎn)，阻力小、操作方便。 全低變流程的優(yōu)點(diǎn)是：變換系統(tǒng)在較低的溫度范圍內(nèi)操作，有利于提高 CO 平衡變換率，因?yàn)樽儞Q爐入口溫度及床層內(nèi)的熱點(diǎn)溫度均比中變爐入口溫度及床層內(nèi)的熱點(diǎn)溫度低 100～ 200℃；降低了蒸汽消耗；催化劑用量減少一半，使床層阻力下降。在相同操作條件和工況下，其設(shè)備能力和節(jié)能效果都比中串低、中低低好。該法處理簡(jiǎn)單可隨時(shí)進(jìn)行，熱量回收采用飽和熱水塔。 （ 2）中溫變換串 低溫變換了流程 中溫變換串低溫流程是中變爐串一個(gè)低變爐，也稱(chēng)中串低。 （ 1）加壓中溫變換流程 中溫變換工藝早期采用常壓，經(jīng)節(jié)能改造，現(xiàn)在大都采用加壓變換。再次，將 CO 變換和脫除殘余 CO 的方法結(jié)合考慮。首先，應(yīng)根據(jù)原料氣中 CO 含量高低來(lái)確定， CO含量高英采用中溫變換，這是因?yàn)橹袦刈儞Q催化劑操作溫度范圍較寬，活性溫度高，反應(yīng)速率快，而且價(jià)廉易得，使用壽命長(zhǎng)。以煤為原料生產(chǎn)天然氣的變換工藝選擇關(guān)鍵在于催化劑的選擇。 （ 3）采 用變頻惦記驅(qū)動(dòng)爐篦易于調(diào)節(jié)，減少了泄壓設(shè)備頻繁故障造成的停車(chē)。 該裝置有以下特點(diǎn)： （ 1）氣化后灰渣采用水力排渣法充灰，操作環(huán)境優(yōu)于其他排渣方法。 洗滌后的煤氣水與煤氣冷卻液匯于廢熱鍋爐底部積水槽中，大部分用泵送至洗滌冷卻器循環(huán)使用，多余部分排至煤氣水分離裝置。 20 魯奇爐主要由夾套鍋爐、煤分布器及攪拌器、爐篦及傳動(dòng)裝置、煤鎖及灰鎖四個(gè)部分組成。由于爐內(nèi)固體物料向下移動(dòng)，氣體自下向上，物流類(lèi)似一個(gè)熱交換器進(jìn)行熱的充分回收 ,所以 氣化熱效率是各類(lèi)氣化最高的 (包括副產(chǎn)品 )。 (3)固定床氣化過(guò)程生成大量甲烷，在爐內(nèi)放出大量熱供氣化用，因此降低了氧的消耗，與氣流床氣化相比，用高揮發(fā)分煤，該氣化工藝氧耗僅為氣流床氣化的 1/3，即空分裝置能力僅為氣流床氣化的 1/3因此投資大大節(jié)省、成本大大降低。 (2)固定床煤氣化過(guò)程生成大量甲烷，其甲烷熱值占煤氣熱值的 40%，焦油約占 10%，只需占煤氣熱值 50%的 CO、 H2合成甲烷。煤制備只需簡(jiǎn)單的篩分，重力供料。因此， Lurgi工藝適宜于城市煤氣或煤制天然氣的生產(chǎn)。氣化壓力 ，溫度在 900～ 1050℃之間，采用固態(tài)排渣方式運(yùn)行 。 根據(jù)本工程的特點(diǎn)，煤氣化工藝宜選用 Lurgi加壓氣化工藝。氧耗低，與水煤漿氣化相比，氧耗低 10～ 15%，因 而配套的空分裝置投資可相應(yīng)減少。目前正在開(kāi)發(fā) 400MW的氣化爐（投煤量約 20xx噸）。由于是加壓操作，所以設(shè)備單位容積產(chǎn)氣能力提高； 對(duì)煤種適應(yīng)廣，可使任何煤種完全轉(zhuǎn)化； 加壓氣流床粉煤氣化（ Shell爐）是 20世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的新型煤氣化技術(shù)，是 21世紀(jì)煤炭氣化的主要發(fā) 展途徑之一。干煤氣中的有效成分 CO＋ H2可高達(dá) 90％以上，甲烷含量很低。氣化火焰中心溫度隨煤種不同約在 1600～ 2200℃之間，出爐煤氣溫度約為 1400～ 1700℃。 （ 2） Shell干粉煤加壓氣化工藝 Shell煤氣化工藝屬干法氣流床氣化工藝，其以干煤粉進(jìn)料，純氧作氣化劑，液態(tài)排渣。 氣化過(guò)程不產(chǎn)生焦油、萘、酚等污染物，故廢水治理簡(jiǎn)單，易達(dá)到排放指標(biāo)。氣化爐為專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的熱壁爐，為維持 1350～ 1400℃溫度下反應(yīng)，燃燒室內(nèi)由多層特種耐火磚砌筑。 工業(yè)裝置使用壓力在 ～ ，可根據(jù)使用煤氣的用途加以選擇； 氣化技術(shù)成熟 。該工藝采用水煤漿進(jìn)料、液態(tài)排渣、 在氣流床中加壓氣化，水煤漿與純氧在高溫高壓下反應(yīng)生成煤氣。 工藝技術(shù)方案的比較與選擇 （ 1）德士古 (Texaco)水煤漿氣化工藝 Texaco水煤漿氣化工藝為第二代先進(jìn)煤氣化技術(shù)。由于其干燥無(wú)水，除作為分子篩再生用氮外，入水冷卻塔，能使一部分水汽化從而使循環(huán)冷卻 水得到冷卻。 由 下 塔頂部抽出 （ G）純氮?dú)?，?jīng)主換熱器復(fù)熱后出冷箱， 作為 低壓產(chǎn)品氮?dú)夤?全廠用戶 。 從主冷凝蒸發(fā)器抽出液氧，復(fù)熱氣化后出冷箱，作為產(chǎn)品氧氣送煤氣化裝置。 凈化空氣分成二股：一股直接進(jìn)入冷箱經(jīng)主換熱器被冷卻至接近露點(diǎn)，入精餾塔下塔進(jìn)行預(yù)分離，另一股導(dǎo)入空氣增壓機(jī)。 空氣在空冷塔下段，被循環(huán)冷卻水逆流接觸而降溫。 本項(xiàng)目的煤氣化裝置采用并聯(lián)運(yùn)行，為了便于煤氣化裝置的運(yùn)行和管理，并盡量節(jié)約投資，采用 6系列 45000Nm3/h空分裝置并聯(lián)運(yùn)行的方式。此外，使用液氧泵的內(nèi)增壓流程比使用氧壓機(jī)的外增壓流程操作、管理更為方便，維修工作量少，占地也少。 從安 全方面分析，盡管外增壓流程的使用也比較普遍，氧氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平不斷提高；但是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，國(guó)內(nèi)用戶使用的氧壓機(jī) (包括進(jìn)口氧壓機(jī) )有多臺(tái)次發(fā)生過(guò)燃燒事故，而內(nèi)增壓流程從未出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似事故。 工藝技術(shù)方案的比較和選擇 從能耗上看，相同制氧能力空分裝置，采用內(nèi)壓縮流程和外壓縮流程的實(shí)際功耗相 17 近。過(guò)去精餾塔板多采用篩板塔，現(xiàn)開(kāi)發(fā)了金屬規(guī)整填料塔。冷箱內(nèi)管道、容器材料一般都用鋁合金，法液空是用不銹鋼（板翅式換熱器除外）。 世界上大型空分設(shè)備制