煤制甲醇工艺说明

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1、南化院煤制甲醇仿真软件工艺说明北京东方仿真软件技术有限公司2013-7-311. 气化系统 1.1气化炉系统来自煤浆槽浓度为53.4%的水煤浆，由高压煤浆泵加压，投料前经煤浆循环 阀循环至煤浆槽。投料后经煤浆切断阀送至主烧嘴的环隙。空分装置送来的纯度为99.6%的氧气，由控制阀控制氧气压力为 5.5 5.8MPa,在准备投料前打开氧气手动阀，由氧气调节阀控制氧气流量，经氧气 放空阀送至氧气消音器放空。投料后由氧气调节阀控制氧气流量经氧气上、下游 切断阀分别送入主烧嘴的中心管、外环隙。水煤浆和氧气在工艺烧嘴中充分混合雾化后进入气化炉的燃烧室中，在约 4.0MPa、1200C条件下进行气化反应。生

2、成以CO和H2为有效成份的粗煤气。 粗煤气和熔融态灰渣一起向下，经过均匀分布激冷水的激冷环沿下降管进入激冷 室的水浴中。大部分的熔渣经冷却固化后，落入激冷室底部。粗煤气从下降管和 导气管的环隙上升，出激冷室去洗涤塔。在激冷室合成气出口处设有工艺冷凝液 冲洗，以防止灰渣在出口管累积堵塞。由冷凝液冲洗水调节阀控制冲洗水量为 23m3/h。激冷水经激冷水过滤器滤去可能堵塞激冷环的大颗粒，送入位于下降管上部 的激冷环。激冷水呈螺旋状沿下降管壁流下进入激冷室。激冷室底部黑水，经黑 水排放阀送入黑水处理系统，激冷室液位控制在60-65%。在开车期间，黑水经 黑水开工排放阀排向沉降槽。在气化炉预热期间，激冷

3、室出口气体由开工抽引器排入大气。开工抽引器底 部通入低压蒸汽，通过调节预热烧嘴风门和抽引蒸汽量来控制气化炉的真空度， 气化炉配备了预热烧嘴。1.2粗煤气洗涤系统从激冷室出来的粗煤气与激冷水泵送出的激冷水充分混合，使粗煤气夹带的 固体颗粒完全湿润，以便在洗涤塔内能快速除去。水蒸汽和粗煤气的混合物进入洗涤塔，沿下降管进入塔底的水浴中。合成气 向上穿过水层，大部分固体颗粒沉降到塔底部与粗煤气分离。上升的粗煤气沿下 降管和导气管的环隙向上穿过四块冲击式塔板，与冷凝液循环泵送来的冷凝液逆 向接触，洗涤掉剩余的固体颗粒。粗煤气在洗涤塔顶部经过丝网除沫器，除去夹 带气体中的雾沫，然后离开洗涤塔进入变换工序。

4、粗煤气水气比控制在1.41.6之间，含尘量小于1mg/Nm3。在洗涤塔出口 管线上设有在线分析仪，分析合成气中CH4、02、CO、CO2、H2等含量。在开车期间，粗煤气经背压前阀和背压阀排放至开工火炬来控制系统压力在 3.74MPa。火炬管线连续通入LN使火炬管线保持微正压。当洗涤塔出口粗煤气 压力温度正常后，经压力平衡阀使气化工序和变换工序压力平衡，缓慢打开粗煤 气手动控制阀向变换工序送粗煤气。洗涤塔底部黑水经黑水排放阀排入高压闪蒸罐处理。除氧器的灰水由高压灰 水泵加压后进入洗涤塔，由洗涤塔的液位控制阀控制洗涤塔的液位在60%。工艺 冷凝液缓冲罐的冷凝液由工艺冷凝液循环泵加压后经洗涤塔补水控

5、制阀控制塔 板上补水流量，另外当工艺冷凝液缓冲罐液位高时，由洗涤塔塔板下补水阀来降 低工艺冷凝液缓冲罐液位。当除氧器的液位低时，由除氧器的补水阀来补充工业 水（PW2），用除氧器压力调节阀控制低压蒸汽量从而控制除氧器的压力。从洗 涤塔中下部抽取的灰水，由激冷水泵加压作为激冷水和进入洗涤塔的洗涤水。2. 变换系统由气化碳洗塔来的粗水煤气（3.85MPa、232C ）经1#气液分离器（V201） 分离掉气体夹带的水分后，其中一部分进入原料气预热器（E201）与变换气换 热至285C左右进入变换炉（R201），与自身携带的水蒸气在耐硫变换催化剂作 用下进行变换反应，变换气出口 CO含量约为5.27%

6、，出变换炉的高温气体 （449C ）经原料气预热器（E201）与进变换的粗水煤气换热后，温度降为381C 与另一部分未进入变换炉（R201 ）的水煤气（约76%）汇合，然后进入1#低 压蒸汽发生器（E202）,副产0.9MPa蒸汽，温度降至200C之后进入2#气液分 离器（V202），进行气液分离，分离的气体进入2#低压蒸汽发生器（E203）副 产0.4MPa的低压蒸汽，温度降至180C，然后进入3#气液分离器进行气液分 离，之后气体进入1#除盐水预热器（E204 ）最终冷却到40C进入4#气液分离 器（V204），气液分离器顶部喷入冷密封水洗涤气体中的NH3，然后气体送至低 温甲醇洗变换气净

7、化系统，甲醇合成气。1#气液分离器（V201）排出的冷凝液送至3#气液分离器（V203）, 2#气 液分离器（V202）排出的冷凝液也送至3#气液分离器（V203），从3#气液分 离器（V203）排出的工艺热冷凝液出口分为两路：一路通过工艺热冷凝液泵 （P201）送至气化工段；另一路送至外界。3. 低温甲醇洗甲醇洗装置包括：原料变换气冷却、酸性气体H2S/CO2吸收、甲醇溶液闪蒸 再生与有用气体h2、co等的回收、co2解吸与co2产品气回收、h2s浓缩（n2 气提）、甲醇溶液热再生与h2s回收、甲醇/水分离、尾气水洗回收甲醇。来自变换单元的变换气（温度：40c,压力：3.3MPa（G）,流量

8、：97256kg/h）, 先喷射少量甲醇（流量：663 kg/h）,经E301与合成气、CO2气和尾气换热后， 温度降至-13C,并在V301罐分离甲醇/水混合物后，进入吸收塔T301脱硫段， 其中T301分为四段，最下段为脱硫段（称为下塔），上面的三段为脱碳段（称为上 塔）。在脱硫段变换气经富含CO2的甲醇液洗涤，脱除H2S、COS和部分CO2等 组分后进入脱碳段，进入脱碳段的气体不含硫，在T301塔顶用贫甲醇液（温度: -54.51 C，流量 212362kg/h）洗涤。净化气（CO2M0PPm，H2S0.1 PPm，温度: -54.51 C，压力：3.15MPa（G），流量：7301kg

9、/h），由塔顶引出送入液氮洗单元。 其中吸收塔T301设有两个中间冷却器E302和E303，用来移走甲醇因吸收CO2 所产生的溶解热。吸收了 H2S和CO2后，从T301塔脱硫段出来的含硫富甲醇液经过换热器 E304、E305、E306，分别与CO2气、V304罐底甲醇、液氨换热器换热降温再减 压至0.9MPa（G）后，在V302罐闪蒸出溶解的氢气、CO气及少量CO2、H2S等气 体。同样，从吸收塔脱碳段出来的不含硫的甲醇液经过换热器E301、E305、E306, 分别与来自600单元的合成气、V304罐底甲醇、氨冷器换热降温再减压至 0.9MPa（G）后，在V303罐闪蒸出溶解的氢气、CO气

10、及少量CO2等气体。两部分 闪蒸气体混合后排出系统。从V302罐出来的含硫甲醇减压至0.19 MPa（G ）后，一部分送入T302塔下部， 闪蒸出溶解的CO2,同时溶解的H2S也部分闪蒸出来;另一部分含硫甲醇从V302 罐出口直接送入T303塔上段，二者的流量根据CO2产品气量的要求调节。从 V303罐出来的不含硫甲醇液进入T302塔顶，闪蒸出溶解的CO2气，液相部分 回到T302塔内洗涤塔内的含硫气体后，在T302塔一层塔盘处，一部分靠压差 送入T303塔顶部，另一部分作为回流液，洗涤T302塔二段含硫气体。T302塔 顶得到CO2产品气（36732 kg/h），与含硫甲醇及变换气换热后送入

11、产品单元。从T302塔二层采出的液体靠压差送入T303塔上段下部，再进一步闪蒸出 部分溶解的CO2,同时溶解的H2S也部分闪蒸出来，T303塔顶用从T302塔来的 不含硫甲醇液洗涤，以吸收气体中的硫化物，塔顶得到不含硫的尾气。尾气经 E308、E301与贫甲醇液、变换气换热升温后，尾气中甲醇含量190mg/m3，总 硫20 mg/Nm3时在50米高度排放。从T303塔上段下部采出的含硫的甲醇液，作为系统温度最低的冷源用泵 P301送至E308、E303与贫甲醇换热升温后进入V304罐，闪蒸出部分溶解的 CO2等气体，送入T302塔下部；液体经P302泵送至E305与不含硫甲醇、含硫 甲醇，进一

12、步换热升温后也进入T302塔底部，闪蒸出溶解的气体。从T302塔下部的甲醇，靠压差送入T303塔下段，用气提氮气提后得到CO2 含量较低而且温度也较低的甲醇液，用P303泵送至换热器E309与从热再生塔 T304来的贫甲醇换热后进入T304塔，经塔釜再沸器E310 （采用0.5MPa（G）蒸 汽加热）进行热再生，塔底得到贫甲醇，塔顶得到富含H2S的气体（H2S25%）， 送至硫回收单元。贫甲醇从T304塔釜采出，经E309、E308换热降温至-54.51C后，送到吸收 塔T301顶部，作为T301塔洗涤甲醇。T304塔顶得到的H2S浓度较高的气体，经过水冷器E311冷却后，进入到 V305罐中

13、，气液分离后，液相用P306泵送回T404作为回流液，气相回到T503 塔下塔。T304塔底的甲醇液经过P305泵后，经V301罐来的甲醇/水混合液换热后， 进入T305塔顶部。从V301罐分离出来的含水甲醇还含有CO2,经E512换热后进入到甲醇/CO2 闪蒸罐V306分离后，气相返回到T303塔下塔，液相送入甲醇水分离塔T305中 部；从尾气水洗塔T306塔底来的含有少量甲醇的水溶液也进入T305塔中部。来自V301罐甲醇/水混合液、T304塔底的甲醇液及T306塔底来的含有少 量甲醇的水溶液进入T305塔，进行甲醇/水分离（塔釜再沸器E313，用1.0Mpa 蒸汽加热）,得到较纯的甲醇蒸

14、汽，被送回T304塔。T305塔底得到废水，排至 水处理单元。4. 甲醇合成甲醇合成装置仿真系统的设备包括循环气压缩机（C401）、甲醇分离器 （V402）、中间换热器（E401）、冷却器（E402）、甲醇合成塔（R401）、蒸汽包 （V401）以及开工喷射器（X401 ）等。甲醇合成是强放热反应，进入催化剂层 的合成原料气需先加热到反应温度（210C）才能反应，而低压甲醇合成催化剂 （铜基触媒）又易过热失活（280C），就必须将甲醇合成反应热及时移走，本反 应系统将原料气加热和反应过程中移热结合，反应器和换热器结合连续移热，同 时达到缩小设备体积和减少催化剂层温差的作用。低压合成甲醇的理想合

15、成压力 为4.8-5.5Mpa，在本仿真中，假定压力低于3.5MPa时反应即停止。蒸汽驱动透平带动压缩机运转，提供循环气连续运转的动力，并同时往循环 系统中补充H2和混合气（CO+H2），使合成反应能够连续进行。反应放出的大 量热通过蒸汽包V401移走，合成塔入口气在中间换热器E401中被合成塔出口 气预热至46C后进入合成塔R601，合成塔出口气由255C依次经中间换热器 E401、冷却器E402换热至40C，与补加的H2混合后进入甲醇分离器V402， 分离出的粗甲醇送往精馏系统进行精制，气相的一小部分送往火炬，气相的大部 分作为循环气被送往压缩机C401，被压缩的循环气与补加的混合气混合后

16、经 E401进入反应器R401。合成甲醇流程控制的重点是反应器的温度、系统压力以及合成原料气在反应 器入口处各组分的含量。反应器的温度主要是通过汽包来调节，如果反应器的温 度较高并且升温速度较快，这时应将汽包蒸汽出口开大，增加蒸汽采出量，同时 降低汽包压力，使反应器温度降低或温升速度变小；如果反应器的温度较低并且 升温速度较慢，这时应将汽包蒸汽出口关小，减少蒸汽采出量，慢慢升高汽包压 力，使反应器温度升高或温降速度变小；如果反应器温度仍然偏低或温降速度较 大，可通过开启开工喷射器 X401来调节。系统压力主要靠混和气入口量 FIC4001、H2入口量FIC4002、放空量PIC4004以及甲醇在分离罐中的冷凝量来 控制。合成原料气在反应器入口处各组分的含量是通过混和气入口量FIC4001、 H2入口量FIC4002以及循环量来控制的，冷态开车时，由于循环气的组成没有 达到稳态时的循环气组成，需要慢慢调节才能达