生产的甲醇装置工艺技术.docx

甲醇装置工艺技术规程甲醇装置工艺技术规程 一、装置概况一、装置概况 本装置生产规模是 3 万吨/年，采用天然气低压合成甲醇工艺,主要产品为精甲醇。产品主要供给乙烯厂 MTBE 装置和甲乙酮厂,一小部分部分供给周边地区，并附产 1.1MPa(G)低压蒸汽和少量杂醇油。二、甲醇岗位操作及工艺流程说明二、甲醇岗位操作及工艺流程说明 1.1.岗位的任务和职责岗位的任务和职责 1.1 压缩岗位的任务 压缩岗位是由天然气压缩机，新鲜气压缩机以及循环气压缩机组成，为甲醇工艺生产提供动能，其作用分别如下：天然气压缩机的作用是将外界来的天然气经过压缩机升压后送至转化工序。新鲜气压缩机的作用是将转化工序来的新鲜气经过压缩升压后送至合成工序。循环气压缩机的作用是将甲醇分离器气相出口来的合成气升压后与新鲜气混合送入合成工序打循环。1.1.1 压缩岗位的职责 1.1.1 压缩岗位的职责 严格执行操作规程。全面负责压缩工序各设备运行状况以及工艺参数的监控和调节，按时做好各项记录。负责压缩工序的操作平稳率的完成，现场加强设备运行状态监护，及时发现并汇报异常情况。做好现场设备维护，定置定位和清洁卫生。定时进行现场巡检。服从班长的领导，协助班长做好本职工作，完成车间交给的各项任务。对自己的工作失误负责。各岗位加强安全学习，提高安全意识，保证本岗位安全平稳运行。1.2 转化岗位的任务 转化岗位的任务就是天然气压缩机出口来的天然气与乙二醇来的 C02混合、脱硫后配入一定的蒸汽进入转化炉生产出合格的转化气，经过冷凝分离后转化气送入新鲜气压缩机。1.2.1 转化岗位的职责 严格执行操作规程。全面负责转化工序工艺参数的调节，根据生产变化调整操作参数并及 时报告班长。加强动静设备运行状态的监护。负责转化工序的操作平稳率、转化气合格率、排污合格率等指标的完成。定时进行现场巡检。负责主控室地面、门窗、DCS 及现场、机泵的清洁卫生。服从班长的领导，协助班长做好本职工作，完成车间交给的各项任务。对自己的工作失误负责。各岗位加强安全学习，提高安全意识，保证本岗位安全平稳运行。1.3 合成岗位的任务 合成岗位的任务就是将压缩工序送来的合成原料气在合成塔内发生合成甲醇反应，冷却降温后分离出粗甲醇，粗甲醇送至精馏工序。1.3.1 合成岗位的职责 严格执行操作规程。全面负责合成工序的各工艺参数的调节，根据生产变化调整操作参数。负责合成工序的操作平稳率、排污合格率、产量等指标的完成。加强动静设备运行状态的监护。定时进行现场巡检。负责主控室地面、门窗、DCS 及现场、机泵的清洁卫生。服从班长的领导，协助班长做好本职工作，完成车间交给的各项任务。对自己的工作失误负责。各岗位加强安全学习，提高安全意识，保证本岗位安全平稳运行。1.4 精馏岗位的任务 精馏岗位是采用三塔精馏工艺，在预塔脱除粗甲醇中的甲醛、二甲醚等轻组份，在加压塔和常压塔脱除水分、乙醇等重组份并生产出合格的精甲醇。1.4.1 精馏岗位的职责 严格执行操作规程。全面负责精馏工序各工艺参数的调节，根据生产变化调整操作参数。负责精馏工序的操作平稳率、成品合格率、排污合格率、产量等指标的完成。加强动静设备运行状态的监护。定时进行现场巡检。负责主控室地面、门窗、DCS 及现场、机泵的清洁卫生。服从班长的领导，协助班长做好本职工作，完成车间交给的各项任务。对自己的工作失误负责。各岗位加强安全学习，提高安全意识，保证本岗位安全平稳运行。2.2.工艺流程说明工艺流程说明 2.1 流程叙述 2.1.1 工艺流程叙述 由外界来的 0.45MPa(G)天然气首先进入天然气压缩机入口缓冲罐 V101,分离掉其中的游离水和机械杂质，进入天然气压缩机，经天然气压缩机加压至1.9MPa(G)，然后经天然气出口缓冲罐 V102 送到转化工序，出口温度约 87，再经流量调节器 FIC201 控制流量后，与乙二醇装置来的经过 FRC213 调节流量后的二氧化碳气体混合，经天然气(CH4+C02)预热器加热至约 380左右依次进入脱硫槽 R201A/B 和 R202，使原料气净化并达到硫含量小于 0.210-6，净化后的原料气与蒸汽过热器来的过热中压蒸汽(2.5MPa(G)、370)混合（按水碳比 H2OC3.3），原料气混合气进入混合气预热器，加热到 530左右，经上集气总管及上猪尾管，均匀地进入 48 根 12412 的转化管中，转化管内装有CN-16YQ 催化剂，气体从上到下经催化剂床层进行转化反应，反应后的气体经转化管的下猪尾管进人下集气管出蒸汽转化炉。转化气出转化炉的温度约 830，压力约为 1.4MPa(G)，其中残余甲烷含量约为 3.78(干基)，转化气进入转化气 1#废锅和转化气 2#废锅的管程，壳程分别产生 2.5MPa(G)和 1.1MPa(G)的饱和蒸汽，出废热锅炉的转化气温度降至 270，再依次进人中压锅炉给水预热器，低压锅炉给水预热器，脱盐水预热器，转化气温度降至 130回收余热；再经转化气水冷器 E206、E207 转化气温度降至低于 40，进入分离器 V210，分离出其余的工艺冷凝液，各换热器和分离器分离出的凝液通过液位调节阀控制进入凝液总管，经冷凝液水冷器冷却后排地沟。分离器顶部出来的转化气压力约为 1.15MPa(G)，进入压缩工序新鲜气入口缓冲罐 V103，经新鲜气压缩机 C102A/B压缩至 5.3MPa(G)，压缩后的新鲜气温度约为 109，进入合成气混合罐 V105，与循环机出口来的循环气充分混合后送入合成工序。混合后的合成气（入塔气）先在入塔气预热器 E301 壳程中预热升温至 200后进入甲醇合成塔 R301 管程进行反应，反应后气体（出塔气）温度约为 230260，然后进入入塔气预热器 E301 管程与入塔气进行换热，温度降至 90左右，再经甲醇水冷器 E302 进一步冷却，温度降至 40以下，反应生成的甲醇等产物在此温度下几乎全部冷凝下来，气液混合物送入甲醇分离器 V301 进行分离，气体从分离器上部排出，根据系统压力情况以及惰性气体含量情况一小部分气体由 PRCA302 调节后去转化工序作燃料，一部分去转化工序作返氢原料，另一大部分气体作为循环气送到循环机入口缓冲罐 V104，经循环气压缩机 C103A/B压缩升压后进入合成气混合罐 V105，与新鲜气混合后送往合成塔打循环。甲醇分离器中分离下来的粗甲醇，经液位调节阀 LICA301 控制减压后进入闪蒸槽V302，粗甲醇在闪蒸槽中压力降至 0.4MPa(G)，闪蒸出大部分溶解气体，闪蒸槽中的粗甲醇经液位调节阀 LICA302 控制去精馏工序粗甲醇贮槽 V401，由闪蒸槽压力调节阀 PICA303 控制闪蒸槽压力，闪蒸气去燃料气管网。由合成工序闪蒸槽来的粗甲醇，先进入粗甲醇槽 V401，再经粗甲醇泵 P401送出，经 FIC-402 调节流量后进入粗甲醇预热器 E401，粗甲醇在预热器中与预精馏塔 T401 及精甲醇加压塔 T402 的再沸器 E404 及 E405 所排放的蒸汽冷凝液换热，预热至 65左右，进入预精馏塔 T401 的上半部，此塔为浮阀塔，内设48 块浮阀塔板，在第 30、34、38 块板上设有三根进料管线，正常生产时，粗甲醇由第 34 块板入塔，但最适宜的进料板位置，必须根据生产实践来确定，其总的要求是：在进料板上轻馏分的浓度与进料粗甲醇中轻馏分的浓度基本相等。在预精馏塔第 14 块塔板上，设有 Na0H 溶液的进料管线，用碱液泵 P409a/b，连续向塔内注入少量的 NaOH 的稀溶液，中和粗甲醇中的少量有机酸如甲酸，乙酸等，以防止粗甲醇中的有机酸被浓缩后对本系统的碳钢设备和管道产生腐蚀，尤其是防止对经常处于高温操作条件下的精甲醇加压塔 T402、精甲醇常压塔T403 底部及其再沸器列管的腐蚀。加碱量的多少，取决于粗甲醇中酸性杂质的含量，本装置预期加碱量为浓度 0.15的 NaOH 溶液 50 l/h 左右，使预后甲醇溶液中的 PH 值在 78 之间。预精馏塔塔顶气相的温度约为 74，其相应的塔顶压力约为 0.053MPa(G)，塔顶气相的冷凝系统是由预塔冷凝器 E402 和膨胀气冷却器 E403 组成。在预塔冷凝器中，只冷凝塔顶蒸汽的大部分，最好不过冷或极少过冷蒸汽冷凝液，在膨胀气冷却器中，则冷凝其余的塔顶蒸汽，使冷凝液降至 3040，这样既可以减少甲醇的损失，又可使粗甲醇中轻馏分的脱除接近最佳值。剩下的不凝气体和大部分二甲醚等低沸点杂质以及少量的甲醇蒸汽，从膨胀气冷却器排出，经调节阀 PIC401 控制压力后排至高点放空。由预塔冷凝器和膨胀气冷却器排出的冷凝液进入预塔回流槽 V402，经液位调节阀 LICA407 控制液位后再经预塔回流泵 P402a/b 升压，送回预精馏塔顶部作为回流。如果预塔冷凝器冷凝太多，即冷凝液过冷较多，则须减少冷却水量，如果回流液中的轻馏分浓度较高，则通过 TIC40l 减少入膨胀气冷却器的冷却水量，增加不凝气的排出量。预精馏塔所需的热量，由 0.35MPa(G)低压蒸汽在立式热虹吸再沸器 E404壳程中冷凝而提供，加热蒸汽的量由流量调节阀 FIC-401 控制再沸器排出的冷凝液量而控制。预精馏塔底部的甲醇水溶液，叫预后甲醇，其温度约为 85，经液位控制阀 LICA401 控制液位后，再经加压塔进料泵 P403 升压，进入精甲醇加压塔 T402，由第 6 块塔板入塔，精甲醇加压塔为一浮阀塔，内有 85 块浮阀塔板。从精甲醇加压塔塔顶排出的甲醇蒸汽温度约 120入冷凝器再沸器 E406向精甲醇常压塔 T403 提供热量，加压塔顶的压力由压力调节阀 PIC402 控制，塔顶甲醇蒸汽冷凝后进入加压塔回流槽 V403，由回流槽抽出部分甲醇经回流液冷却器 E414，冷至约 117经加压塔回流泵 P404a/b 升压，再经流量调节阀FRC403 调节流量后入加压塔进行回流，其余的精甲醇经液位调节阀 LICA403，调节液位后入加压塔精甲醇冷却器 E407，冷却到 40，产品经 FR410 送至精甲醇计量槽 V406a/b。精甲醇加压塔所需的热量，由 0.35MPa(G)低压蒸汽在立式热虹吸再沸器E405 壳程中冷凝来提供，加热蒸汽的量由流量调节阀 FIC405 控制再沸器排出的冷凝液量来控制。由精甲醇加压塔底出来的甲醇溶液，经液位调节阀 LICA402 调节液位后送至精甲醇常压塔 T403 的下半部，此塔为一浮阀塔，内有 85 块浮阀塔扳，在第16、18、20 块板上有三根进料管线，正常生产时，甲醇溶液由第 18 块板入塔。其要求是：在进料板上物料的组分与进料的组分基本上差不多。精甲醇常压塔顶蒸汽的温度约为 65，其相应的塔顶压力约 0 0063MPa(G)，塔顶蒸汽的冷凝系统是由常压塔冷凝器 E408和常压塔精甲醇冷却器 E409组成。塔顶蒸汽经冷凝器冷却降至 40进入常压塔回流槽 V404，经液位控制阀 LICA406控制液位后，再经常压塔回流泵 P405a/b 升压，部分甲醇经流量调节阀 FIC406调节流量后入常压塔进行回流，其余部分作为产品经 FR-411 和加压塔精甲醇E407 冷却器出来的精甲醇一起送至精甲醇计量槽 V406a/b，再经精甲醇外送泵P408a/b 升压，FRQ412 计量(计量数据不做为最终产量数据，只起参考作用，准确数据要读罐液位来计算)后去销售车间。以乙醇为主的重馏分，在精甲醇常压塔底部积聚，其富集区大约在 610块塔板之间，故在第 6、8、10 块塔板上各设有一条侧线抽出管线,正常生产时,侧线抽出管线设在第 8 块塔板，抽出的液体叫侧线抽出物，用遥控阀 HIC402 控制入杂醇油冷却器 E413 冷却到 40，进入杂醇油贮槽 V407，再经杂醇油泵 P410升压，送出本工序。精甲醇常压塔塔底水中含甲醇约 0.46(wt)，温度约 111，经液位控制阀 LICA405 控制液位后，经废水泵 P406a/b 升压，送至废水汽提塔 T404 处理。废水汽提塔为填料塔，内有三段环矩鞍填料，进料有两股物料，即精甲醇常压塔塔底水，精甲醇常压塔侧线抽出物（一般去杂醇油贮槽）。这两股物料进入废水汽提塔的第一、二段填料之间。由转化工序来的压力为 1.1MPa(G)的饱和蒸汽经压力调节阀 PIC404 将压力调节至 0.35MPa(G)，再经 FIC404 调节流量后直接从塔底进入。塔顶排出的蒸汽主要为甲醇，其温度约为 73，压力约为 0.03MPa(G)，塔顶蒸汽进人塔顶冷凝器 E410 中，其中大部分蒸汽被冷凝。冷凝液借助位差流至塔顶作回流液，剩下未冷凝的蒸汽经遥控阀 HIC401 控制压力后排放，排至高点放空。塔底水温度约为 110，压力约为 0.048MPa(G)，含有少量的甲醇和微量的乙醇，经液位控制阀 LICA404 控制液位后，排至废水冷却器 E411，冷却至40，经废水泵 P407a/b 升压后去工业水处理装置。2.1.2 燃料气流程叙述 来自装置天然气总管的燃料气（天然气）经压力调节阀 PIC206 调节压力后（压力控制在 0.4MPa）进入燃料气混合罐 V201，与合成工序来的弛放气充分混合后进入燃料气预热器 F201-1 进行预热，出口温度约为 100，预热后的燃料气经燃料气压力调节阀 PRC208 调节，均匀进入 36 个转化炉炉顶烧嘴，由 PRC-208 根据炉子温度需要调节燃料气加入量，由 HIC201、HIC202、HIC203 控制各排烧嘴背压一致。2.1.3 炉水和蒸汽系统流程叙述(1)脱盐水、锅炉给水流程 来自界外的脱盐水进入装置后一部分进入第一给水预热器 F201-7 中预热，出口温度约 100，另一部分进入脱盐水预热器 E205 换热，出口温度约 100，两部分脱盐水混合后经过脱氧槽液位调节阀 LICA204 由脱氧槽顶部进入脱氧槽V207，由 LICA204 控制上水量。脱盐水进入脱氧槽后被由下向上的蒸汽充分加热，解析出水中的大部分物理氧，在脱氧槽下部与加入的联胺 N2H4反应,将氧含量降至控制指标，给各汽包供水。化学除氧方程：N2H4+O2 =2H2O+N2 由脱氧槽底部来的炉水（除氧后的脱盐水）加入氨水溶液后分别进入中压汽包给水泵 P202A/B、低压汽包给水泵 P203A/B 以及合成汽包给水泵 P206A/B。中压汽包给水泵 P202A/B 出口炉水经过 PV217 调整压力后，经 FI209 流量计首先进入中压给水预热器 E203，与管程中的高温转化气进行换热，出口温度约 170，换热后的炉水进入锅炉给水第二预热器 F201-2 进行换热，出口温度约220，出口炉水一部分进入 1中压汽包 V203，一部分进入 2中压汽包 V205,供汽包上水，由各汽包的液位控制阀控制上水量。低压汽包给水泵 P203A/B 出口炉水经过 FI210 流量计进入低压锅炉给水预热器 E204，与管程中的转化气进行换热，出口炉水温度 150，换热后的炉水经调节阀 LICA203 控制进入低压汽包 V206,由 LICA203 控制上水量。合成汽包给水泵 P206A/B 出口炉水经过 LICA303 进入合成汽包 V303，由 LICA303 控制合成汽包上水量。(2)蒸汽系统流程叙述 炉水进入 1#中压汽包 V203 后，沿下降管进入烟气废锅 F201-3 与管外的对流段高温烟气充分换热，在管内产生饱和蒸汽，沿上升管返回汽包，汽液两相在汽包中充分分离，蒸汽由汽包顶部经压力调节阀 PRC-209 调压后进入中压蒸汽管网。炉水进入 2中压汽包后，沿下降管进入转化气 1废锅 E201 壳程，与管程中的高温转化气充分换热，在壳程产生饱和蒸汽，沿上升管返回汽包，汽液两相在汽包中充分分离，蒸汽由汽包顶部经压力调节阀 PRC212 调压后进入2.5MPa（G）中压蒸汽管网。炉水进入合成汽包 V303 后，沿下降管进入合成塔 R301 壳程,与管程中的合成反应气充分换热，在壳程内产生饱和蒸汽，沿上升管返回汽包，汽液两相在汽包中充分分离，蒸汽由汽包顶部压力调节阀 PRCA301调压后并入 2.5MPa（G）中压蒸汽管网。2.5MPa（G）中压蒸汽一部分进入汽水分离器 V202 分离掉蒸汽中所带的水，蒸汽从 V202 顶部出来经 FRC202 调节流量后进入蒸汽过热器 F201-4，被管外对流段的高温烟气加热，出口蒸汽温度约 370，出口过热蒸汽与工艺原料气（天然气和二氧化碳的混合气）混合，作为原料气进转化管参加转化反应。另一部分经压力调节阀 PRC210 调节压力后并入 1.1MPa（G）低压蒸汽管网。炉水进入低压汽包 V206 后，沿下降管进入转化气 2废锅 E202 壳程与管程中的转化气充分换热，在壳程内产生饱和蒸汽，沿上升管返回汽包，汽液两相在汽包中充分分离，蒸汽由汽包顶部经压力调节阀 PRC213 调压后进入 1.1MPa（G）低压蒸汽管网。1.1MPa（G）的低压蒸汽大部分减压后去精馏工序，作为预塔和加压塔再沸器蒸汽，一部分直接作为精馏汽提塔蒸汽；一部分经压力调节阀 PIC215 调节后进入脱氧槽，为脱氧槽提供蒸汽；还有一部分作为联胺槽、氨水槽和磷酸盐槽的搅拌蒸汽使用（间断使用）；剩下的过剩蒸汽经压力调节阀 PIC214A 调压后送入外界低压蒸汽管网。在各汽包（除 V206）中，分别加入了磷酸盐溶液，目的是为了防止炉水结垢，在各汽包中部位置设置有连续排污点，在各汽包底部、各废锅和合成塔壳程底部都设有间断排污点，要按时按要求进行排污操作，确保炉水质量。2.2 工艺原理及工艺参数 2.2.1 压缩工艺原理 本工序共有三组压缩机，均为一开一备，共六台。为使天然气达到转化压力，天然气压缩机将来自界外的天然气从 0.45MPa（G）加压到 1.9MPa（G），送到 200转化工序。新鲜气压缩机将来自转化工序的新鲜气从 1.15MPa（G）加压至 5.3MPa（G）送到合成气混合罐 V105。循环气压缩机将来自 300合成工序的循环气从 4.9MPa（G）加压至 5.3MPa（G），送到合成气混合罐 V105，与加压后的新鲜气混合后送到 300合成工序。2.2.2 压缩工艺参数控制(1)生产控制 本工序的操作控制集中到主控室通过 DCS 系统进行正常操作。六台压缩机的工艺参数显示、运停显示和停机、回流调节、机内联锁保护、超压放空可由DCS 系统完成。压缩机的开停车、切换操作，油系统的加注应该由操作人员到现场完成，操作人员应对压缩机系统进行定时现场巡检。(2)主要工艺指标 名称 项目 工艺天然气 新鲜气 循环气 流量 Nm3/h 28114 12219.4 9630kg/h 入口压力 MPa 0.45 1.15 4.9 出口压力 MPa 1.9 5.3 5.3 入口温度 环境温度 环境温度 40 出口温度 87 109 46 2.2.3 转化工艺原理 本工序是将天然气、二氧化碳组成的混合气和蒸汽发生蒸汽转化反应，从而制得含 CO、CO2和 H2的新鲜气。(1)因少量硫会使转化催化剂中毒并失去活性，为了满足蒸汽转化时转化催化剂的要求，制气前需将硫化物脱除净，此外，甲醇合成铜基催化剂对硫的作用也十分敏感，催化剂对硫化物、氮化物、重金属等的中毒，都会影响其活性和使用寿命，因此，制气前须除去原料气中的硫化物。我工序脱硫由 MF-2 脱硫和氧化锌脱硫两部分组成，其脱硫原理分别如下：a.MF-2 脱硫:MF-2 型脱硫剂中的氧化锰、氧化铁等可热解或氢解有机硫，同时将硫化氢吸收掉，反应如下：热解：2CH3SH =2H2S C2H4 CH3SCH3 =H2S C2H4 氢解：COS H2 =H2S CO CS2 4H2 =2H2S CH4 CH3SH H2 =H2S CH4 CH3SCH3 H2 =H2S C2H6 吸收硫化氢：H2S MnO =MnS H2O H2S ZnO =ZnS H2O 3H2S Fe3O4 H2 =3FeS 4H2O b.氧化锌脱硫剂:不仅能脱除硫化氢之类的无机硫，而且可以脱除硫醇、硫氧化碳等有机硫，脱硫的主要化学反应有：脱除 H2S：ZnO+H2S=ZnS+H2 (1)脱除 RSH：ZnO+C2H5SH =ZnS+C2H50H (2)ZnO+C2H5SH =ZnS+C2H4+H2 (3)当气体中有氢存在时，硫氧化碳、二硫化碳转化成硫化氢，然后被氧化锌吸收。COS+H2 =H2S+C0 (4)CS2+4H2 =2H2S+CH4 (5)本装置中，氧化锌脱硫是按反应(1)来完成，这是一个放热反应，平衡常数随温度升高而减小。氧化锌脱硫剂的活性温度范围为 270400，随着温度的升高，反应速度显著增大。MF2 脱硫剂还原见后附资料。MF-2 脱硫剂还原使用说明：MF-2 脱硫剂中的 MnO2和 Fe2O3等使用前需用 H2或 CO 还原，还原反应如下：MnO2 H2 =MnO H2O MnO2 CO =MnO CO2 3Fe2O3 H2 =2Fe3O4 H2O 3Fe2O3 CO =2Fe3O4 CO2 由于还原反应放出大量热，如果控制不当，则可能发生脱硫剂床层温度“飞升”现象，损坏脱硫剂和设备，所以脱硫剂的升温还原应严格按规定程序进行。升温还原介质最好用氮气或净化后的原料气（在升温过程中可加入 15氢），也可直接使用原料气；升温还原压力控制在 0.11.0MPa（G），空速保持在 300 时1以上（气体流速应大于 0.25 米/秒）；进入脱硫槽的温度尽快将床层温度升至 150，恒温 24 小时后，再将床层温度升至 180（还原从低于 180开始），再恒温 12 小时，观察脱硫剂上层温度有没有“飞升”现象；床层温度在 180恒温期间如按、条件进行操作，在整个升温还原过程中一般不会发生超温现象。果真如此，可按 3050/小时的升温速度将床层升温至 250，恒温 24 小时后，再继续将床层升温至 400，再恒温 1416小时，升温还原结束；如床层出现温度“飞升”现象（30 秒内床层温度飞涨 50左右），应采取停止预热，加大气量（即增大空速）带走床层反应热以迅速控制床层温度不超过 500。迫不得已，也可采用切断升温还原气，加入蒸汽带走反应热。整个床层的温度“飞升”消除后，方可逐渐将脱硫剂床层的温度升至 400，再恒温1416 小时，升温还原结束。升温还原结束过程中出口气 CO2、O2和硫含量合格后，即可将原料气通入下一工序。(2)天然气的蒸汽转化 天然气蒸汽转化，是以水蒸汽为氧化剂，在 Ni 催化剂的作用下，将天然气中的烃类物质转化，得到合成甲醇的原料气，这一过程为强吸热过程。生产是在天然气(本装置中尚配入适量的 CO2气)中配入水蒸汽，使 H2OC3.3（vol），由转化炉辐射段燃烧燃料气提供反应所得的热量，在 Ni 催化剂层发生如下反应：CH4 +H2O(g)=C0+3H2 -206.29 kJmol CnH2n+2+nH2O(g)=nCO+(2n+1)H2 -Q C0+H2O(g)=C02 +H2 +41.19 kJmol CH4+2H2O =CO2 +4H2 -165.1kJmol C2H6+2H2O =C0+5H2 -Q 副反应主要有：2CO =C+C02 +172.50 kJmol CO+H2 =C+H2O 131.47 kJmol CH4 =C+2H2 74.30 kJmol 由于烃类蒸汽转化反应是一个吸热、体积增大的可逆过程，故提高转化温度对反应有利，从热力学观点看，提高压力对反应进行不利，但适当合理的提高转化压力，可加快反应速度，减少催化剂用量和设备投资，综合经济指标较好；此外，在一定的温度和压力下，增大水碳比，不仅可以提高烃类的转化率，还可防止催化剂析碳；空速对转化反应也有影响，增大空速虽然可以提高设备的生产能力，但若超过允许范围就会使系统阻力增大，转化率降低，残余甲烷含量将上升。后三个反应是造成转化炉结碳的原因，应该尽力避免。2.2.4 转化工艺参数控制（1）生产控制 本工序有调节系统 29 套，其中包括 10 套压力调节，3 套流量调节（含一套比例调节系统），10 套液位调节，4 套遥控调节，2 套紧急切断控制。（2）主要工艺指标 水碳比：3.3 入转化炉工艺气硫含量：0.2 10-6 入转化炉工艺气流量：2811.3Nm3/h 入转化炉蒸汽流量：8002.8 kg/h 转化炉出口气体压力：1.4 MPa（G）转化炉出口气体温度：830 出口气体残余甲烷含量（干基）：3.78 转化气去压缩工序温度：40 中压蒸汽压力：2.5 MPa（G）低压蒸汽压力：1.1 MPa（G）由乙二醇装置来的二氧化碳条件如下(设计条件)：温度：环境温 压力：1.92.1 MPa(G)气量：702.83 Nm3h 燃料气(设计条件)：本装置的燃料气由外界来的天然气和合成来的弛放气以及合成闪蒸槽来的闪蒸气三部分组成。a)天然气 温度：环境温度 压力：0.4 MPa(G)气量：1095.56 Nm3h b)驰放气 温度：小于 40 压力：0.4 MPa(G)气量：1756 Nm3h c)闪蒸气 温度：小于 40 压力：0.4 MPa(G)气量：30.9 Nm3h 2.2.5 合成工艺原理 以 CO、CO2和 H2为原料，在铜基甲醇催化剂的作用下反应生成甲醇，基本反应式：C0+2H2=CH 30H +90.64 kJ/mol C02+3H2 =CH30H+H2O+48.02 kJ/mol 实际上，这二种反应组份之间以及其与生成物之间，还会发生许多其它反应，例如：C02+H2 =C0+H2O CO+H2 =HCH0（甲醛）2CO+4H2 =(CH3)2O +H2O（二甲醚）2CO+4H2 =C2H50H+H2O（乙醇）4CO+8H2 =C4H90H+3H2O（丁醇）此外，尚有甲酸甲酯、乙酸甲酯及其它高级醇、高级烷烃类生成。选用适当的催化剂和操作条件，使反应基本上只向生成产品甲醇的方向进行，而使杂质的生成量减至最小，以铜为主体的铜基催化剂对于甲醇合成具有极高的选择性，而且在不太高的压力及温度下就具有很高的活性，但这种催化剂对硫、氯这样的毒物非常敏感，要求合成气的净化极彻底，否则其活性将很快丧失，再就是它的耐热性较差，要求维持催化剂在最佳的温度下操作。铜催化剂一般可以在 270290下操作，视催化剂的型号及反应器型式不同，其最佳操作温度范围也略有不同，管壳式反应器的最佳操作温度在 230260。在铜催化剂上合成甲醇，合适的压力是 4.010.0 MPa(G)，对于合成气中C02含量较高的情况，压力的提高对提高反应速度有比较明显的效果，由于本装置规模较小，选择合成压力为 4.55.3MPa(G)，若进一步提高操作压力效果不显著，反而多耗能量。合成气的成份对甲醇合成反应的影响较大，由前述反应式可见要降低能耗，应采用较高的 C02浓度的合成气是合适的，若合成气中 C02含量太高，会加重精馏工序的负担，并增加了能耗。合适的新鲜气成分是：(H2-CO2)/(CO+CO2)2.05 合适的合成气成分是：(H2-CO2)/(CO+CO2)2.75 甲醇合成是强烈的放热反应，必须在反应过程中不断的将热量移走，反应才能正常进行，管壳式反应器利用管子与壳体间副产中压蒸汽来移走热量，合成反应温度的控制是依靠控制蒸汽压力来实现的，一定的蒸汽压力对应着一定的饱和蒸汽温度。2.2.6 合成工艺参数控制 (1)生产控制 本工序有调节系统 6 套，其中包括 3 套压力调节，3 套液位调节。(2)主要工艺指标 合成塔进口温度：200230 合成塔出口温度：220260 合成汽包压力：2.54.2MPa（G）入塔气流量：9630kg/h 粗甲醇产量：5165kg/h 2.2.7 精馏工艺原理 甲醇合成的铜基催化剂虽然有非常高的选择性，但在其合成甲醇的同时，也难免有许多杂质生成，该杂质除水以外其总量很小。为制备符合精甲醇质量要求的产品，必须除去粗甲醇中的杂质，在工业上主要是利用粗甲醇中各组份的沸点不同，用精馏的方法将甲醇与其它组份分开。本装置采用三塔精馏流程，在预精馏塔中除去溶解性气体及低沸点杂质，在加压塔和常压塔中除去水及高沸点杂质，从而制得合格的精甲醇产品。2.2.8 精馏工艺参数控制 (1)生产控制 本工序有调节系统 17 套，其中压力调节 3 套，温度调节 1 套，流量调节 6套，液位调节 7 套。(2)主要工艺指标：位号 名称 T401 T402 T403 T404 塔顶温度 74 121 65 73 塔底温度 85 132 111 108 塔顶压力 MPa(G)0.04 0.57 0.006 0.03 塔底压力 MPa(G)0.08 0.62 0.05 0.05 三三.装置生产原理装置生产原理 1.1.气体压缩的原理气体压缩的原理 由于气体分子之间间距较大，分子间作用力较弱,所以通过压缩机等设备对气体做功，使分子间距变小，分子间作用力变大,其宏观表现为气体体积缩小，压力升高。2.2.天然气蒸汽转化原理天然气蒸汽转化原理 在反应器中一定温度和压力下，通过 Ni 催化剂的催化作用，使天然气和蒸汽反应生成 CO、CO2和 H2。3.3.合成原理合成原理 在反应器中一定温度和压力下，通过甲醇合成铜催化剂的催化作用，使合成气中的 CO、CO2和 H2反应生产甲醇。4.4.精馏原理精馏原理 精馏是分离均相液相混合物最常用的一种单元操作，精馏塔是实现精馏的主要设备,下部有塔底再沸器，上部有冷凝器。塔底液在再沸器中被蒸汽加热，发生部分汽化，产生蒸汽。蒸汽沿塔板逐板上升，并在每一块塔板上都遇到由塔上部流下来的液体，并汽化其中的轻组分，同时本身的重组分被汽化，产生部分冷凝液，与其它液相物料一起向下走，到达塔顶的蒸汽进入冷凝器内全部冷凝成液体，该液体一部分可作为馏出液，另一部分作为回流从塔顶送回塔内。回流液逐板下降，在每块塔板上与上升的蒸汽相遇而部分汽化，液体最终从塔底抽出称为塔釜液。由此看，上升的蒸汽多次部分冷凝，温度逐渐下降，其中易挥发组分的浓度逐渐增加，而难挥发组分的浓度逐渐下降，塔内温度分布由底部到顶部逐渐降低，而易挥发组分的浓度由底部到顶部逐渐升高。精馏就是利用液相的多次部分汽化和气相的多次部分冷凝的方式进行传质传热，而使液相混合物中的轻重组分得到充分分 离的一种单元操作。5.5.汽包的工作原理汽包的工作原理 炉水进入换热器吸取热量后，形成汽液两相混合物，由于比重差，分别循环进入汽包，在汽包内依靠重力和吸附力的作用进行汽液分离，储存并输送蒸汽。四、物料平衡（见附表五四、物料平衡（见附表五附表九）附表九）五、原、辅材料及五、原、辅材料及公用工程规格、消耗指标公用工程规格、消耗指标 1.1.原料的主要技术指标原料的主要技术指标 1.1 工艺天然气 a)天然气组成：组份 C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6 C7+N2(vol)94 3.67 0.59 0.12 0.15 0.05 0.02 0.01 0.03 1.36 b)天然气压力（G）：0.450.5 MPa（G）c)天然气温度：常温 d)工艺天然气流量：2811.3 Nm3/h e)天然气中硫氯等未检测出来，设计总硫按 20mg/Nm3进行设计。1.2 二氧化碳 a)二氧化碳组成 组份 CO2 N2 C2H4 Ar O2 C2H6 CH4 硫 氯(vol)99.24 0.25 0.305 0.01 0.044 0.01 0.01 0.210-6 0.210-6 b)二氧化碳压力：1.92.1 MPa（G）c)二氧化碳温度：常温 d)二氧化碳流量：702.83 Nm3/h 1.3 燃料气 开车初期为天然气，正常操作时为天然气和合成甲醇弛放气的混合气。a)燃料天然气用量 1095.56 Nm3/h b)燃料甲醇弛放气量 1756 Nm3/h 2.2.化学品规格化学品规格 序号 名称 1 氢气 理化 性 质 中文名：氢气 英文名：Hydrogen 分子式：H2 分子量：2.01 外观与形状：无色无臭气体 主要用途：用作合成氨及甲醇等，石油精制，有机物氢化及作火箭燃料。熔点（）：-259.2 沸点（）：-252.8 相对密度（水=1）：0.07/-252 相对密度（空气=1）：0.07 饱和蒸汽压（KPa）：13.33/-257.9 溶解性：不溶于水，不溶于乙醇、乙醚。临界温度（）：-240 临界压力（MPa）：1.30 燃烧热（kJ/mol）：241.0 最小引燃能量（mJ）：0.02 燃烧（分解）产物：水 避免接触条件：光照 燃 烧 爆 炸 危 险 性 燃烧性：易燃 建规火险分级：甲 闪点（）：-50 爆炸下限（(VOL)）：4.1 自燃温度（）：400 爆炸上限（(VOL)）：74.1 危险特性：与空气混合能形成爆炸混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。气体比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排除，遇火星会引起爆炸，与氟、氯等能发生剧烈的化学反应。燃烧（分解）产物：水 稳定性：稳定 聚合危害：不能出现 避免接触条件：光照 禁忌物：强氧化剂、卤素。灭火方法：切断气源。若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体，喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。用雾状水、二氧化碳灭火。危险性类别：第 2.1 类 易燃气体 危险货物包装标志：4 包 装 与 储 运 储运注意事项：易燃压缩气体。储存于阴凉、通风仓间内，仓温不宜超过 30，远离火种、热源，防止阳光直射。应与氧气、压缩空气、卤素（氟、氯、溴）、氧化剂等分开存放。切忌混储混运。储存间内的照明、通风等设施应采用防爆型，开关设在仓外，配备相应品种和数量的消防器材。禁止使用易产生火花的机械设备和工具，验收时要注意品名，注意验瓶日期，先进仓的先发用，搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。毒性及健康危害 侵入途径：吸入 健康危害：在很高浓度时，由于正常氧分压的降低造成窒息；在很高的分压下，可出现麻醉作用。急救 吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道畅通，呼吸困难时给输氧，呼吸停止时，立即进行人工呼吸，就医。防护措施 工程控制：密闭操作，提供良好的自然通风条件。呼吸系统防护：高浓度环境中，佩带供气式呼吸器或自给式呼吸器。眼睛防护：一般不需要特殊防护。防护服：穿工作服。手防护：一般不需要特殊防护。其它：工作场所严禁吸烟，避免高浓度吸入。进入罐或其它高浓度区作业，须有人监护。泄漏处置 迅速撤离泄漏污染区人员至上风口，并隔离直至气体散尽，切断火源。建议应急处理人员戴自给式呼吸器，穿一般消防防护服。切断气源，抽排（室内）或强力通风（室外），如有可能，将漏出气用排风机送至空旷处或装设适当喷头烧掉。漏气容器不能再用，且要经过技术处理以清除可能剩下的气体。环境资料 对环境无害。废弃 允许气体安全地扩散到大气中。2 甲烷 理 化 性 质 中文名：甲烷；沼气 英文名：Methane；Marsh gas 分子式：CH4 分子量：16.04 外观与形状：无色无臭气体 主要用途：用作燃烧和用于炭黑、氢、乙炔、甲醛等制造。熔点（）：-182.5 沸点（）：-161.5 相对密度（水=1）：0.42/-164 相对密度（空气=1）：0.55 饱和蒸汽压（kPa）：53.32/-168.8 溶解性：微溶于水，溶于乙醇、乙醚。临界温度（）：-82.6 临界压力（MPa）：4.59 燃烧热（kJ/mol）：889.5 最小引燃能量（mJ）：0.28 燃 烧 爆 炸 危 险 性 燃烧性：易燃 建规火险分级：甲 闪点（）：-188 爆炸下限（(VOL)）：5.3 自燃温度（）：538 爆炸上限（(VOL)）：15 危险特性：与空气混合能形成爆炸混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氟、氯等能发生剧烈的化学反应，若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。燃烧（分解）产物：一氧化碳、二氧化碳 稳定性：稳定 聚合危害：不能出现 禁忌物：强氧化剂、氟、氯 灭火方法：切断气源。若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体，喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。用雾状水、泡沫、二氧化碳灭火。包 装 与 储 运 危险性类别：第 2.1 类 易燃气体 危险货物包装标志：4