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1、新疆广汇新能源有限公司年产120万吨甲醇合成装置仿真系统仿真培训系统操作手册（教师/学员）编写: 审核: _北京东方仿真软件技术有限公司二零零九年七月十三日正文1 目 录仿真培训系统操作手册1目 录11仿真培训系统简介11.1仿真培训的目的11.2仿真培训的范围12甲醇合成工段简介22.1甲醇合成工段工艺说明22.1.1合成回路工艺说明22.1.2氢回收装置工艺说明43关键设备简介53.1压缩机系统53.2合成塔53.3反应方程式53.3.1反应的主要影响因素63.3.2反应的特点73.3.3理解几个重要概念73.4膜分离装置83.4.1原理83.4.2渗透系数的定义83.4.3渗透系数的影响
2、因素94自动控制94.1复杂控制回路说明94.2联锁说明94.2.1联锁旋扭的使用说明94.2.2联锁系统105工艺指标135.1主要控制指标135.2显示仪表145.3分析仪表145.4现场阀145.5物料平衡表145.6蒸汽压力和饱和温度对应表145.7设备一览表145.8工艺卡片156操作规程156.1开车准备156.2催化剂活化后冷态开车156.3氢回收装置开车166.4计划内停车166.5计划外停车（循环泵J400A01跳车）167评分细则167.1ESST评分系统的使用说明167.2冷态开车评分系统167.3停车操作评分系统178下位机画面设计178.1DCS用户画面设计178.2
3、现场操作画面设计178.2.1现场操作画面设计说明178.2.2画面图179附表18第44页/共47页2 仿真培训系统简介2.1 仿真培训的目的本仿真系统的目的是：对工艺流程进行仿真，模拟各种生产状况；对中控室的人机界面（DCS系统）进行仿真；将自动化系统的各种逻辑关系（ESD及联锁系统），结合进操作流程中进行模拟；对整个工艺流程以及各环节设备的启动、停止（多种工况）以及各种故障情况的应急处理（安全预案）进行模拟；通过在线操作指导（包含工艺操作规程和指导说明），满足工人冷态开车、技能实训、技能鉴定中有关设备故障、装置操作、工艺调控方面的培训、考核的需要，满足针对操作进行技能鉴定的需要。2.2
4、仿真培训的范围由于本仿真系统主要以仿DCS操作为主，因而，在不影响操作的前提下，对一些不很重要的现场操作进行简化，简化主要内容为：不重要的间歇操作，部分现场手阀，现场盲板拆装，现场分析及现场临时管线拆装等等。另外，根据实际操作需要，对一些重要的现场操作也进行了模拟，并根据DCS画面设计一些现场图，在此操作画面上进行部分重要现场阀的开关和泵的启动停止。对DCS的模拟，以化工厂提供的DCS画面和操作规程为依据，并对重要回路和关键设备在现场图上进行补充。3 甲醇合成工段简介3.1 甲醇合成工段工艺说明3.1.1 合成回路工艺说明来自前端净化工序的新鲜补充气和氢回收装置回收甲醇回路弛放气所得到的氢气及
5、前端工序来的CO2经过压缩机入口分离器F630A01后，进入甲醇合成气压缩机J630A01/1。来自合成气压缩机J630A01/1的气体经保护床预热器C630A01加热后进入保护床D630A01。气体通过第一床除去无机硫。氧气在第二床的除氧催化剂上和氢气及一氧化碳反应，主要产物是水蒸汽。气体中的COS和水蒸汽在第三床的水解催化剂上生成H2S。然后气体进入最后一床的脱硫催化剂，硫化物在此被脱除。出保护床D630A01的游离氧小于300ppmv，总硫小于20ppbv。出保护床D630A01的气体进入压缩机段间水冷器C630A02中冷却并在压缩机段间分离器F630A03中分离出可能的冷凝液。分离了冷
6、凝液的气体进入合成气压缩机J630A01/2。出合成气压缩J630A01/2的气体和来自循环机入口分离器F630A02的循环气混合后（缸内混合）进入合成气压缩机J630A01/2的循环段。来自甲醇合成气循环机的8.84MPag（G,EOR）的气体在72.6（EOR）下送入进出口换热器C400A01壳侧。在此换热器中，经过与甲醇合成塔D400A01中的出口气换热，壳侧的工艺气被加热到235（EOR）。甲醇合成塔D400A01入口工艺气的温度由换热器C400A01的旁路气来控制。工艺气经C400A01壳侧进入甲醇合成塔D400A01后，在甲醇催化剂上发生反应，甲醇浓度增加到10.862%（体积，E
7、OR）。通过汽包F400A01的压力来控制甲醇合成塔D400A01内催化剂床层的温度。汽包F400A01带有排污系统（排污罐，F400A04）和排污管线。进出口换热器C400A01冷侧的旁路也用于开车和停车时合成塔的温度控制。出甲醇合成塔D400A01的反应气体进入进出口换热器C400A01的管侧，通过预热上面提到的合成塔进口气，出口反应气冷却到121（EOR）。甲醇开始冷凝。气体离开C400A01后进入空冷器C400A04，工艺气被冷却到大约70（EOR）。大部分甲醇在此冷凝。气体离开C400A04后，进入水冷器C400A02，在此气体被进一步冷却到40（EOR）。小部分甲醇在此冷凝。液体甲
8、醇在甲醇高压分离器F400A02中分离出来。从甲醇高压分离器F400A02出来的大部分循环气被送至循环缸入口分离器F630A02入口后，随后进入J630A01/2循环缸。从甲醇高压分离器F400A02出来的另一部分循环气作为弛放气被送至弛放气水洗塔，随后送至氢回收装置Y620A01-Y620A07。甲醇高压分离器F400A02出来的液体甲醇经过粗甲醇过滤器F400A05A/B后在甲醇闪蒸槽F400A03中减压至0.5MPag（EOR），44（EOR）、0.5MPag的粗甲醇被送至界区。来自甲醇闪蒸槽F400A03的闪蒸气用氢回收水洗塔来的甲醇溶液洗涤后送出界区用作燃料气。弛放气中的甲醇经过氢回
9、收装置回收后作为甲醇溶液送去甲醇闪蒸槽F400A03的顶部。氢回收装置的返氢和新鲜补充气及CO2混合后进入合成气压缩机入口分离器F630A01.氢回收装置的尾气被送出界区作为燃料气。界区外来的锅炉给水和汽包F400A01的循环水混合后进入锅炉给水泵J400A01A/B，再甲醇合成塔D400A01冷侧锅炉给水部分汽化，实时地将换热板工艺侧产生的热量移走。两相的汽水混合物从合成塔D400A01冷侧的顶部流出，在汽包F400A01中得到分离。饱和蒸汽被送出界外。3.1.2 氢回收装置工艺说明本装置采用膜分离技术，从弛放气中提取回收率大于85%的氢气。装置按照预处理量为20518Nm3/h来设计，操作
10、弹性为50%10%。本装置主要分两大部分：一是原料气的预处理。驰放气首先进入水洗塔，洗去其中的甲醇，然后经气液分离器将雾沫夹带中的液体分离后，进入套管加热器，预热到47C左右（目的是达到膜分离的最佳温度，并使之远离露点，防止入膜后在膜表面凝结出水）。二是气体的分离。经水洗、气液分离和预热后的原料气即可进入膜分离器，经分离后便可得到所要求性能指标的氢气（即渗透气），回收率85%以上。来自合成系统的弛放气由H2、CO、CO2、N2、CH4、H2O、Ar、CH3OH、C2H6气组成，其末期表压为8.07MPa（初期表压为7.7MPa）,通过膜分离装置将其中的氢气分离出来。弛放气首先经薄膜调节阀HV-
11、620A01，然后进入洗甲醇塔，气体在洗甲醇塔E620A01中与高压水泵打进的脱盐水在填料层中逆流接触，气相中的甲醇气（CH3OH）被水吸收后变成甲醇水，由塔底排出。脱甲醇后的气体（原料气）由塔顶排出后进入气液分离器，使水洗过程中产生的雾沫夹带得到分离。水洗目的主要是净化弛放气，除掉其中的甲醇，水洗后气体的甲醇含量应低于200ppm。由于水洗过程气液两相平衡，使得塔顶出来的原料气中水含量处于饱和状态。在气液分离器F620A01以后的管路及膜分离器中遇冷降温会出现水雾，进入膜分离器后会造成膜分离器性能下降。因此，气液分离器排出来的气体必须经过加热处理。加热器C620A01为一列管式换热器，热源为
12、0.5MPa饱和蒸汽。原料气在换热器中被加热到（正常/最大）45/60左右，此时原料气中的水含量远离饱和点，可防止原料气进入膜分离器后产生水雾，影响分离性能。经过水洗、加热后的原料气送入膜分离器中进行分离，分离器组由7根2003000mm中空纤维膜分离器组成，采用并/串联形式连接。每根分离器均可用阀门切断或接通，根据不同的处理量改变回收氢气的纯度和回收率。原料气进入膜分离器后，中空纤维膜对氢气有较高的选择性。靠中空纤维膜内、外两侧分压差为推动力，通过渗透、溶解、扩散、解吸等步骤而实现分离。使中空纤维膜内侧形成富氢区气流，而外侧形成了隋性气流。前者称为渗透气，后者称为尾气。渗透气经压缩重返合成系
13、统，尾气供合成氨工区使用。原料气压力为末期表压为8.07MPa（初期表压为7.7MPa）。渗透气表压为2.35MPa。原料气与渗透气之间的压差需保持在9MPa以下，压差是膜分离器重要操作指标之一，压差过大会使中空纤维膜遭到破坏。在本装置中，由于原料气与渗透气的压差不会超过9MPa，故可不考虑由于压差过大造成中空纤维膜的破坏。原料气经过七根膜分离后，其中85以上氢气被分离出来，剩余尾气中氢气含量较少，通过膜分离器的尾部薄膜调节阀HV-620A03排出，供合成甲醇工区使用。4 关键设备简介4.1 压缩机系统4.2 合成塔4.3 反应方程式合成塔是将含H2、CO、CO2的原料气（235，EOR），在
14、一定压力（8.07 MPag，EOR）、温度（220260，EOR）、催化剂（铜基催化剂，火花组份ZnO，Al2O3等）作用下，合成粗甲醇，并利用其反应热副产3.03.35 Mpag的中压蒸汽，并入蒸汽管网。从合成气(CO、CO2和H2)为原料合成甲醇的主要方程式：（1）CO+2H2 =CH3OH+H1 H1 (298)=-90.8 kJ/mol （2）CO2+3H2 =CH3OH+H2O+H2 H2 (298)=-49.6 kJ/mol4.3.1 反应的主要影响因素催化剂便于运输、储存，一般出合成触媒厂的触媒是以氧化铜的形态存在的。氧化态的催化剂并不具备催化活性，使用前必须经过还原活化处理，
15、将氧化铜转化为具有活性单质铜。化学反应还原式为：（1）CUO+H2 =CU+H2O+H3（2）CUO+CO =CU+CO2+H4催化剂上甲醇的生成速率取决于压力、催化剂温度，循环量和合成气组分。压力甲醇合成速率和压力成正比，例如，压力增加10%将使甲醇产量增加10%。温度合成塔中的催化剂温度升高对反应动力学有提高作用。然而，催化剂最高温度应一直保持在280285以下以避免催化剂损坏和副反应。当已经达到平衡，催化剂活性没有受到限制，升高温度将降低甲醇产量。循环量提高循环量可以增加甲醇产量。在低循环流量下，甲醇产量大致与循环量成正比；而当非常高的循环量时，随着循环量的增加，甲醇产量增加很少。气体组成甲醇合成速率取决于合成气组成。表示合成气特性的一种方法是计算计量比(H2-CO)/(CO+CO2)，越接近2.052.10，对反应越有利。
