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1、神华包头煤化工项目合成气制甲醇装置总体设计和基础设计技术附件合同编号（业 主）：SKCC*-C-MS-C-06001-00合同编号（承包商）：SH-2006-07业 主：包头神华煤化工有限公司承 包 商：华陆工程科技有限责任公司2006年 月 日28 目 录附件1 工艺描述附件2 设计基础附件3 设计原则、标准和规范附件4 工作范围和服务内容附件5 甲方提供的设计基础资料附件6 设计文件及交付附件7 工作执行计划及重要会议附件8 组织机构及主要人员配备附件9 人工时费附件10 履约保函模板附件1 工艺描述1.1 概述 甲方拟在内蒙古自治区包头市九原区工业开发区建设神华包头煤化工项目（以下简称“
2、项目”）。该项目是以煤为原料生产甲醇，甲醇通过MTO装置转化为烯烃，烯烃聚合生产出聚丙烯和聚乙烯；同时副产硫磺、丁烯、丙烷和乙烷以及C5+等副产品。合成气制甲醇装置（以下简称“合同装置”）为神华包头煤化工项目的工艺生产装置之一。本技术附件适用于乙方承担的合同装置基础工程设计工作。合同装置采用国外甲醇合成技术生产粗甲醇作为MTO装置原料，生产能力折合精甲醇180万吨/年；同时抽出部分粗甲醇采用国内精馏技术（甲醇精馏技术视招标情况也可由甲醇合成专利商提供）生产精甲醇，甲醇精馏规模暂按生产60万吨/年精甲醇考虑，同时预留位置以满足180万吨/年精甲醇生产需要，待甲醇专利技术引进合同签订后确定最终精馏
3、规模。详见合同装置的方块流程图。 富氢气 燃料气去界区外高纯氢气去下游装置PSA单元（8000Nm3/h）合成气自界区外精甲醇产品外售粗甲醇合成及制备单元（180万吨/年）粗甲醇甲醇精馏单元（60万吨/年）粗甲醇去下游MTO装置1.2 工艺单元的工艺叙述和特点合同装置主要由粗甲醇合成单元、甲醇精馏单元、氢气回收单元及产品贮存单元组成。各单元详细组成如下：粗甲醇合成及制备单元：原料气净化、压缩、甲醇合成、粗甲醇制备、膜分离等；甲醇精馏单元：甲醇精馏、甲醇中间贮罐；氢气回收单元： PSA提纯；产品贮存单元：粗甲醇贮罐、精甲醇贮罐；1.2.1 粗甲醇合成及制备单元1.2.1.1概述本单元拟采用国外技
4、术,详见甲方与国外专利商签订的技术附件。对于公称能力为180万吨/年合成气制甲醇装置，为充分利用资源，在甲醇合成单元设置膜分离装置，回收合成弛放气中有效气体，该气体一部分可直接返回到联合循环压缩机进口以增产甲醇,另一部分气体进入PSA装置，以提取纯度更高的氢气给下游装置使用。1.2.1.2膜分离技术(1)工作原理膜分离的基本原理就是利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，故在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。整个膜分离系统基本上无运动部件，控制回路及监控点少，开、停车方便快捷，甚少维修，开工率极高。(2)流程简述来自甲醇合成工序的弛放气进入膜分离工序，此气体
5、首先进水洗塔以洗去气体中甲醇，然后进入除雾器。除雾器中装有高效除雾元件，可除去小于1mm的粒子，冷凝的液沫及雾滴被捕集形成液体后通过除雾器底部的阀门排出；从除雾器出来的气体进入一套管式换热器将原料气加热至50C，用蒸汽调节阀与温度变送器联合实现原料气温度的调节、指示、报警及联锁；加热过的气体经一管道过滤器进入膜分离器组进行分离，在高压侧得到富氢的渗透气，作为产品气返回压缩机入口,或送到PSA工序进一步提纯；而渗透气并入燃料气管网或直接排往火炬总管。1.2.2 甲醇精馏单元1.2.2.1概述尽管我国甲醇生产起步较晚，随着生产技术逐年改进和提高，目前甲醇精馏技术掌握了两塔精馏和三塔精馏流程，既可生
6、产GB338-2004优等品甲醇，又可生产（O-M-232K）AA级精甲醇，因此，精馏单元拟采用由国内工程院设计，但考虑到装置的整体优化设计，视具体情况决定是否与合成甲醇单元一起引进。甲醇精馏有两塔和三塔之分，主要区别在于三塔流程采用两个主精馏塔，一个加压操作（P=0.6-0.7MPa）,一个常压操作，利用加压塔塔顶蒸汽冷凝热作为常压塔再沸器的热源，既减少蒸汽消耗，又节约了冷却水，总能耗比两塔精馏低10-20%；由于三塔流程比两塔流程多一个加压主精馏塔及其附属设备，流程变长，投资比两塔流程多30%左右。从能耗和投资综合考虑，对大型甲醇精馏装置宜采用三塔精馏，为提高甲醇回收率，也可设甲醇回收塔，
7、即3+1流程。为进一步降低低压蒸汽消耗，提高精甲醇的产品质量，本次60万吨/年甲醇精馏单元拟采用三塔并设回收塔的3+1流程，以提高甲醇收率并平衡整个项目中的低位热能，降低能耗。1.2.2.2甲醇精馏流程由甲醇合成送来的粗甲醇经过甲醇中间罐区的缓冲后，用泵打入预精馏塔,在该塔进行轻组分的分离。塔顶蒸馏出的气体经预塔冷凝器将甲醇、水、部分轻组分冷凝，冷凝液进入预塔回流罐，不凝气进轻组分冷却器进一步冷却，出轻组分冷却器的不凝气去燃料气管网作燃料气，冷凝液返回预精馏塔作回流液。为防止设备腐蚀，在预精馏塔下部加入NaOH稀溶液,以中和合成反应中生成的有机酸，预精馏塔蒸馏需要的热量由预塔再沸器供给。预精馏
8、塔底部出来的甲醇液由甲醇给料泵加压后送入加压精馏塔，塔顶蒸出的甲醇蒸汽进入冷凝再沸器，甲醇蒸汽冷凝热作为常压精馏塔的热源，出冷凝再沸器的精甲醇液进入加压塔回流罐，一部分精甲醇由加压塔回流泵加压后送入加压精馏塔，其余部分经精甲醇冷却器冷却到40送至精甲醇中间罐。加压精馏塔所需热量由低压蒸汽通过加压塔再沸器提供。加压精馏塔底部出来的甲醇液送至常压精馏塔下部，蒸出的甲醇蒸汽由常压塔冷凝器冷凝后进入常压塔回流罐，再经常压塔回流泵加压，一部分精甲醇打入常压塔回流，其余部分送至精甲醇中间罐。精甲醇中间罐的产品化验合格后送去产品甲醇罐区。常压精馏塔侧线采出的杂醇油冷却后送入杂醇贮槽。常压精馏塔底排出的含有微
9、量甲醇和其它高沸点醇的水经废液冷却器冷却后，由废液泵送废水处理装置。1.2.2.3 甲醇中间贮罐中间罐区的作用是检验甲醇产品是否合格。设计按8小时储存周期考虑，储存量为1812吨，合2264m3，拟设置3个1000m3甲醇储罐，其中2个作为检验罐，1个作为精馏单元进料缓冲罐。自甲醇精馏工序来的精甲醇，进入甲醇计量罐中。经检验合格的精甲醇用精甲醇泵升压后送往精甲醇罐区贮存，不合格的甲醇返回到前面重新精馏。1.2.3 氢气回收单元1.2.3.1 概述为了得到满足下游装置需要的高纯度氢气，本单元拟采用国内成熟的变压吸附技术，以粗甲醇合成单元膜分离工序来的有效气为原料，提取纯度更高的氢气供下游装置使用
10、。由于目前尚未确定产品氢气的规格要求、用量及有效气的规格、流量等,本流程在设计条件会后确定。1.2.3.4变压吸附技术(1)工作原理变压吸附(PSA)工艺，利用吸附剂对气体的吸附容量随压力变化而变化的特性，吸附剂在选择吸附的条件下，加压吸附气体中的某些组分，减压脱附这些组分而使吸附剂得到再生，而氢气等组分作为弱吸附组分通过床层达到提纯氢气的目的。该工艺国内技术成熟、流程简单、投资少、能耗低、自动化程度高、氢回收率高（90%,一级）、产品氢气纯度高(99.5%)、工业上类似应用业绩很多。(2)流程简述来自粗甲醇合成单元膜分离工序的富氢气，经流量计计量后送入吸附器，在此气体中含有的CO、CO2及部
11、分CH4等杂质组份被吸附，产品氢气从吸附器顶部出来，经一组压力调节系统将压力调节至要求等级，产品氢气用管道送出界外。再生阶段，首先将塔内气体从吸附器底部排出(逆放)，使其压力降至常压，再利用台吸附器的顺放气对另一台吸附器自上而下进行冲洗，进一步将吸附器中剩余的杂质组分分离出来。逆放前期压力较高的解吸气先经解吸气缓冲罐后，再经一组压力调节系统调节压力，与逆放后期及冲洗阶段压力较低的解吸气一起进入解吸气混合罐混和后输出。整个吸附分离循环过程由计算机控制，全部实现自动化操作，装置弹性大，能适应原料气量和组成的波动。1.2.4产品贮存单元本装置的产品贮存包括供下游MTO装置用的粗甲醇储罐，甲醇精馏单元
12、生产的精甲醇储罐。（1）粗甲醇储罐粗甲醇储罐主要向下游MTO装置提供原料甲醇，同时可兼作精馏单元的不合格储罐。当下游MTO装置临时停车时，甲醇合成工序生产的粗甲醇，进入粗甲醇贮罐中贮存，当下游MTO装置恢复生产时，粗甲醇经粗甲醇泵升压后送往MTO装置；或当精馏单元在开车初期出现不合格产品时，不合格产品可直接经泵送到其中一个储罐，然后再循环到精馏直到达到规格后送到精甲醇储罐。粗甲醇储罐储存周期按5天考虑，储存量约为30000吨，合38700m3。为防止物料挥发损失，贮罐拟采用内浮顶式，考虑设置10000m3粗甲醇储罐5个。贮罐体积和数量可在设计中进一步优化。（2）精甲醇储罐自精馏单元来的合格精甲
13、醇进入精甲醇储罐储存。根据业主要求，设计按10天储存周期考虑，储存量为18000吨，合23077m3。为防止物料挥发损失，该罐拟采用内浮顶式，考虑设置15000m3精甲醇储罐2个。成品罐的产品经管道输送至成品装车站的装车臂进行槽车灌装，计量方式采用流量计计量。装车后的产品槽车经火车将产品运往周边市场销售。1.3 控制方案1.3.1 概述合成气制甲醇装置与煤气化装置将共用一个中央控制室，土建由煤气化装置统一考虑。1.3.2控制方案合成气制甲醇装置采用先进、可靠、成熟的分散控制系统（DCS）对整个生产过程进行集中监视和自动控制。所选用的DCS系统是整个工厂管理和控制系统的一部分，实现信息共享，提高
14、全厂的操作管理水平。合成气制甲醇装置的安全联锁系统由独立于DCS系统的紧急停车系统（ESD）完成。压缩机组的检测和控制系统包括速度控制、防喘振控制等由压缩机组成套供货，并将重要的运行参数送到DCS系统。主要的和重要的工艺参数集中到合成气制甲醇装置控制室由DCS系统显示和控制。不重要的工艺参数及设定点不经常调整的参数，采用就地显示和控制仪表。必须在现场操作和监视的机组或设备，则在机组或设备附近的现场安装仪表或操作盘，例如压缩机、大型机泵等。DCS和ESD系统由操作站、控制站、打印机、辅助操作台、通讯总线、外围设备、相关的接口等部分组成。DCS和ESD系统安装在合成气制甲醇装置的中央控制室，对合成
15、气制甲醇装置的工艺过程进行集中监视，并对重要参数进行分散控制。对一般的控制参数进行单回路PID反馈控制，部分较重要的参数采用比值控制、串级控制和选择控制，对于特别重要的工艺过程设计复杂控制系统，如甲醇合成的H2/CO比控制、甲醇合成反应器的废锅汽包压力与反应温度的控制、工业在线自动分析数据处理和控制，这些都将在DCS中完成，并可实现优化控制。本装置的环境特征是易燃、易爆、有毒及气候条件比较恶劣，因此采用本质安全仪表。另外，设置可燃和有毒气体检测系统，当装置内的可燃和有毒气体浓度超过要求时，发出报警信号。1.4 技术来源粗甲醇合成（包括膜分离）及制备单元，拟采用国外先进合成技术，引进国外基础工程设计;甲醇精馏单元采用国内技术或国外技术，氢气回收单元（PSA）采用国内先进技术。附件2 设计基础在国内设计条件会前，乙方协助甲方收集整理设计基础资料，由甲方汇总后提交乙方。下文代表合同装置的设计基础并包括本文件编制期间所作的假设。原料、产品和公用工程的全部条件、组成及生产能力应在合同签订后的国内设计条件会期间确认。
