第四章化工工艺及系统

东华工程科技股份有限公司初步设计临涣焦炉气制甲醇装置4-1第四章化工工艺及系统4.1概述4.1.1装置设计规模甲醇年产量：21万吨公称能力：20万吨4.1.2装置组成及各工序名称焦炉气制甲醇装置工艺装置包括以下各工序：主项名称代号简化代号（1）焦炉气湿法脱硫00A0A（2）焦炉气净化及粗脱硫00B0B（3）焦炉气精脱硫011（4）转化及热回收022（5）甲醇合成033（6）甲醇精馏044（7）空分055（8）焦炉气压缩06A6A（9）合成气压缩06B6B（10）焦炉气气柜077（11）锅炉给水及除氧槽088（12）中间罐区099（13）成品罐区及装卸站1010（14）火炬1111（15）公用系统12124.1.3生产方法本装置以焦炉气为原料，采用全低压、空气透平膨胀、内压缩（液氧）加氮压机流程的空分工艺；20000m3气柜；焦炉气压缩采用电机驱动无油螺杆式压缩机；东华工程科技股份有限公司初步设计临涣焦炉气制甲醇装置4-2ADA+PDS湿法脱硫，氧化铁干法粗脱硫加变温吸附（TSA）脱除焦油、萘；二段加氢转化及干法脱硫；纯氧部分催化氧化，转化废热锅炉副产3.8MPa（g）中压蒸汽；合成气压缩采用蒸汽透平驱动带循环段离心式合成气压缩机（二合一机组）；甲醇合成采用等温型合成塔并副产中压蒸汽；甲醇精馏采用三塔精馏加回收塔工艺全厂物料流程框图图号：200508-44-34.1.4流程特点（1）空分采用液氧内压缩空气膨胀流程，即采用增压空压机＋液氧泵＋空气增压透平膨胀机并通过换热器系统的合理组织来取代外压缩流程氧压机。针对用氧压力高，装置规模大的特点，选择这一流程是最安全可靠的，同时也经济合理。（2）焦炉气压缩采用无油螺杆式压缩机对焦炉气进行二级压缩，该压缩机具有以下优点：没有气阀、活塞环等易损件，结构简单、紧凑，运转可靠；压缩机寿命长；可保持气体的干净无油；（3）用ADA＋PDS湿法脱硫，H2S的脱除效率可以保证在90％以上，同时可以脱除部分有机硫、焦油和HCN；（4）采用氧化铁粗脱硫串变温吸附（TSA）脱萘的工艺，流程简单且操作简便，同时也除去了焦油和部分有机硫；（5）采用国产新型加氢脱硫催化剂，具有较高的加氢活性，同时适用于含高浓度CO和CO2气氛下焦炉气的加氢转化，且转化率高，副反应小；（6）采用饱和塔，将原料气增湿，有效回收低位能及工艺冷凝液，并减少工艺蒸汽用量，消除大量工艺冷凝液的排放和处理；（7）采用纯氧部分催化氧化法转化工艺，引进关键设备——纯氧转化炉烧嘴，确保装置安全、稳定、长周期运转；（8）转化气副产3.8MPa（g）的中压蒸汽，经加热炉过热后进入中压蒸汽管网，不仅可以充分利用高位能，而且还可减少外供蒸汽量；（9）合成气压缩机采用单台带循环段的离心式压缩机，中压蒸汽透平驱动，提高装置的运行率，减少维修工作量；（10）合成塔采用国内具有自主知识产权的绝热均温型合成塔技术，引进国东华工程科技股份有限公司初步设计临涣焦炉气制甲醇装置4-3外催化剂。合成塔床层温度分布均匀，接近最佳合成温度，副产2.5～3.5MPa（g）的中压蒸汽；（11）精馏采用三塔工艺流程，精馏塔采用高效规整填料，甲醇产品质量高，蒸汽消耗低。同时设甲醇回收塔，提高甲醇收率，降低废水排放量；（12）本装置自动控制系统采用DCS集散控制,使得全厂操作控制稳定，便利迅捷。同时采用一套安全仪表系统（SIS），为全装置关键的设备和系统提供安全保证。4.1.5生产制度本装置的年操作小时数：8000小时本装置执行四班三运转生产制度。4.2原材料、产品及催化剂、吸附剂、化学品主要技术规格4.2.1原材料技术规格本装置的原料、开工用燃料均为焦炉煤气，原料及燃料焦炉气总量为52900Nm3/h。原料技术规格表如下：东华工程科技股份有限公司初步设计临涣焦炉气制甲醇装置4-1表4-1原料技术规格序号名称规格标准备注一焦炉煤气成分（vol%）：H2：56.70CO：6.00CO2：3.00CH4：26.00N2：5.00O2：0.80Ar：微量CmHn：2.50其他杂质（g/Nm3）：H2S：0.3有机硫：0.05萘：0.5焦油＋尘：0.05NH3：0.05B.T.X：4.0HCN：0.5压力：0.105MPa（g）温度:27℃低热值：17758kJ/Nm3来自一期工程焦化装置4.2.2产品技术规格本装置的产品及副产品见下表：东华工程科技股份有限公司初步设计临涣焦炉气制甲醇装置4-2表4-2甲醇装置产品及副产品序号产品规格单位年产量备注1甲醇美国联邦“AA”级t2100002异丁基油/t13503蒸汽冷凝液0.5MPa、40℃t9350004液氩3ppmO22ppmN2万Nm33845硫磺优等品t1106仪表空气0.6MPa、40℃万Nm32887压缩空气0.6MPa、40℃万Nm31628氮气0.6MPa、40℃万Nm3204甲醇产品质量符合GB-338-92标准优等品或一级品；或美国联邦标准O-M-232G“AA”级，具体质量指标如下：表4-3中华人民共和国国家标准工业甲醇（GB-338-92）规格指标优等品一等品合格品色度（钼－钴），号≤510密度（20℃），g/cm30.791～0.7920.791～0.793温度范围（0℃，101325Pa），℃64.0～65.5沸程（包括64.6±0.1℃）≤0.81.01.5高锰酸钾试验，min≥503020水溶液试验澄清－水分含量，%0.100.15－酸度（以HCOOH计），%≤0.00150.00300.0050或碱度（以NH3计），%≤0.00020.00080.0015羟基化合物含量（以CH2O计），%≤0.0020.0050.010蒸发残渣含量，%≤0.0010.0030.005东华工程科技股份有限公司初步设计临涣焦炉气制甲醇装置4-3表4-4工业甲醇美国联邦标准（O-M-232G）“AA”级指标名称指标乙醇≤10ppm丙酮≤10ppm游离酸（HAc计）≤30ppm外观无色透明可炭化物（加浓H2SO4）不褪色颜色不暗于ASTM的铂－钴标度5馏程（760mmHg）1℃（64.6℃±0.1℃）比重d2020≤0.7928不挥发物≤10mg/100ml气味醇类特征，无其他气味水分≤0.10wt%高锰酸钾试验30分钟内不褪色表4-5空分产品规格产品名称用户纯度温度℃压力MPa（g）产量（Nm3／h）氧气纯氧转化≥99.6％≥253.011000液氧≥99.6％饱和0.202000液氩外售≤3ppmO2≤2ppmN2饱和0.3480低压氮气公用系统/界区外≤1OppmO2≥250.78000工厂空气工厂空气系统/界区外/170.7400仪表空气仪表空气系统/界区外露点≤-50℃230.79004.2.3催化剂、吸附剂、化学品技术规格东华工程科技股份有限公司初步设计临涣焦炉气制甲醇装置4-4表4-6催化剂、化学品技术规格序号名称规格备注一．催化剂1.氧化铁脱硫剂2.铁钼加氢催化剂3.铁锰脱硫剂4.钴钼加氢催化剂5.氧化锌脱硫剂6.耐热转化催化剂7.转化催化剂8.甲醇合成催化剂9.脱萘吸附剂型号：TC-15型号：JT-8型号：T-313型号：JT-1型号：T-305型号：Z205型号：CN-20型号：Katalco51-8/外购外购外购外购外购外购外购外购（引进）TSA成套供应二．化学药品1.液碱2.联氨3.磷酸盐4.ADA+PDS5.缓蚀剂6.抗氧化剂7.碳酸钠NaOH：30%（wt）N2H2·H2O＞99.0%（wt）Cl-＜0.005%（wt）Fe＜0.0005%（wt）SO42-＜0.005%（wt）Pb＜0.002%（wt）灼烧残渣＜0.02%（wt）Na3PO4·12H2O＞98.0%（wt）Cr＜0.3%（wt）SO42－＜0.5%（wt）不溶物＜0.1%（wt）略略略略外购锅炉给水用锅炉给水用东华工程科技股份有限公司初步设计临涣焦炉气制甲醇装置4-54.3装置危险性物料主要物性表4-7装置危险性物料主要特性表序号名称分子量熔点℃沸点℃闪点℃自燃点℃爆炸极限（V%）毒性程度火灾分类备注上限下限1H22.02-259.1-252.8/40074.24.1/甲类2CH416.04-182.5-164/537.815.05.0/甲类3CO28.01-207-191.3＜-5061074.2112.5Ⅱ级甲类4H2S34.08-85.5-60.4＜-50260444Ⅱ级甲类5CH3OH32.04-97.864.811385445.5Ⅲ级甲类6Na0H40.00318.41390////Ⅳ级4.4生产流程简述4.4.1焦炉气湿法脱硫工段（00A工段）工艺物料流程图，图号：200508-44-4管道仪表流程图，图号：200508-44-13、144.4.1.1工艺原理硫的各种化合物是烃类蒸汽转化催化剂和甲醇合成催化剂最主要的毒物，首先会使纯氧转化催化剂活性降低，转化炉出口气中残余甲烷含量增大，整个装置的能耗因此会增加，还会使甲醇合成催化剂中毒失活。因此，在焦炉气净化过程中，必须将总硫脱除到≤0.1ppm，为此需采取一系列的脱硫措施。焦炉气湿法脱硫工段（00A）的主要任务，就是初步将焦炉气中的硫化氢脱除到≤20mg/Nm3，送往下一工序进一步将焦炉气中的硫脱除干净，达到≤0.1ppm，满足转化催化剂和甲醇合成催化剂的使用要求。本工段使用ADA+PDS作为催化剂，以稀碱液作为吸收介质，对焦炉气中的无机硫进行脱除，同时HCN也被吸收脱除。吸收硫化氢的富液通过催化氧化，对溶液进行再生循环使用。4.4.1.2工艺流程简述来自界区外的焦炉气（H2S含量≤300mg/Nm3、HCN含量≤500mg/Nm3）首先进入焦炉气气柜（07），均质稳压后经焦炉气压缩机（06A）一级压缩至压力约为0.3MPa东华工程科技股份有限公司初步设计临涣焦炉气制甲醇装置4-6（g）,入脱硫塔（T-0A01A/B）与自上而下的脱硫溶液（含ADA+PDS）逆流接触，气体中的H2S、HCN被吸收，出脱硫塔气体（H2S含量≤20mg/Nm3，HCN含量≤50mg/Nm3）去焦炉气净化及粗脱硫（00B）工段。吸收了H2S及HCN后的富液从脱硫塔的底部流出至喷射再生槽（V-0A01）进行氧化再生,再生后的贫液经液位调节器进入贫液槽（V-0A02）循环使用；硫磺泡沫在再生槽内被分离出来进入硫泡沫槽（V-0A04），经硫泡沫泵（P-0A02A/B）送至熔硫釜（V-0A07），在熔硫釜内硫磺泡沫被夹套内的蒸气加热，清液自熔硫釜顶部排出（温度约90℃左右）返回贫液槽，熔融的液硫自熔硫釜底部放硫阀排出（温度约135℃左右），用液硫车送至硫库。4.4.2焦炉气净化及粗脱硫工段（00B）工艺物料流程图，图号：200508-44-5管道仪表流程图，图号：200508-44-15、164.4.2.1工艺原理变温吸附是利用吸附剂在不同的温度下，对物质的吸附能力不同来达到脱除杂质的目的。吸附剂在常温下对焦炉气中杂质（萘及焦油等）吸附，通过减压升温解吸来除去被吸附的萘及焦油。4.4.2.2工艺流程简述由湿法脱硫工段（00A）来的焦炉气首先进入V-0101中进行分液，然后用氧化铁干法粗脱硫，用廉价的氧化铁脱硫剂，初步将焦炉气中的H2S脱到＜1mg/Nm3，送入TSA净化系统。设了两台氧化铁脱硫槽（R-0B01A/B），生产时可串可并，任何一个都可以做为第一个槽，这样可以提高脱硫剂的有效硫容，也可以单独使用一个槽，另外一个槽更换脱硫剂。TSA系统有六个脱萘塔（T-0B01A～F），在此除去焦炉气中的萘及焦油，塔内装有特种吸附剂组成的复合吸附床。五个塔同时工作，另一个塔再生，再生气源为3.8MPa（g）的中压蒸汽经减压后进入脱萘器，解吸出的废液，进入污水槽，用污水泵（P-0B01）定时送往界外。脱萘器的工作周期为60天，脱萘剂使用寿命约为一年。TSA处理后的焦炉气中的萘≤5mg/Nm3，焦油＋尘≤1mg/Nm3送往焦炉气压缩工段（06A）二级压缩后送焦炉气精脱硫工段（01）。东华工程科技股份有限公