燃煤製甲醇的工藝原理-從源頭上治霧霾的路徑之一

時間:2016-12-20 10:59:30

 燃煤製甲醇的工藝原理-從源頭上治霧霾的路徑之一

氣化 
  a)煤漿製備
  由煤運係統送來的原料煤幹基(<25mm)或焦送至煤貯鬥,經稱重給料機控製輸送量送入棒磨機,加入一定量的水,物料在棒磨機中進行濕法磨煤。為了控製煤漿粘度及保持煤漿的穩定性加入添加劑,為了調整煤漿的PH值,加入堿液。出棒磨機的煤漿濃度約65%,排入磨煤機出口槽,經出口槽泵加壓後送至氣化工段煤漿槽。煤漿製備首先要將煤焦磨細,再製備成約65%的煤漿。磨煤采用濕法,可防止粉塵飛揚,環境好。用於煤漿氣化的磨機現在有兩種,棒磨機與球磨機;棒磨機與球磨機相比,棒磨機磨出的煤漿粒度均勻,篩下物少。煤漿製備能力需和氣化爐相匹配,本項目擬選用三台棒磨機,單台磨機處理幹煤量43~53t/h,可滿足60萬t/a甲醇的需要。
  為了降低煤漿粘度,使煤漿具有良好的流動性,需加入添加劑,初步選擇木質磺酸類添加劑。
  煤漿氣化需調整漿的PH值在6~8,可用稀氨水或堿液,稀氨水易揮發出氨,氨氣對人體有害,汙染空氣,故本項目擬采用堿液調整煤漿的PH值,堿液初步采用42%的濃度。堿液泵廠家推薦上海AG亞遊官網平台泵閥。
  為了節約水源,堿液泵淨化排出的含少量甲醇的廢水及甲醇精餾廢水均可作為磨漿水。
  b)氣化
  在本工段,煤漿與氧進行部分氧化反應製得粗合成氣。
  煤漿由煤漿槽經煤漿加壓泵加壓後連同空分送來的高壓氧通過燒咀進入氣化爐,在氣化爐中煤漿與氧發生如下主要反應:
  CmHnSr+m/2O2—→mCO+(n/2-r)H2+rH2S
  CO+H2O—→H2+CO2
  反應在6.5MPa(G)、1350~1400℃下進行。
  氣化反應在氣化爐反應段瞬間完成,生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。
  離開氣化爐反應段的熱氣體和熔渣進入激冷室水浴,被水淬冷後溫度降低並被水蒸汽飽和後出氣化爐;氣體經文丘裏洗滌器、碳洗塔洗滌除塵冷卻後送至變換工段。
  氣化爐反應中生成的熔渣進入激冷室水浴後被分離出來,排入鎖鬥,定時排入渣池,由扒渣機撈出後裝車外運。
  氣化爐及碳洗塔等排出的洗滌水(稱為黑水)送往灰水處理。
 c)灰水處理
  本工段將氣化來的黑水進行渣水分離,處理後的水循環使用。
  從氣化爐和碳洗塔排出的高溫黑水分別進入各自的高壓閃蒸器,經高壓閃蒸濃縮後的黑水混合,經低壓、兩級真空閃蒸被濃縮後進入澄清槽,水中加入絮凝劑使其加速沉澱。澄清槽底部的細渣漿經泵抽出送往過濾機給料槽,經由過濾機給料泵加壓後送至真空過濾機脫水,渣餅由汽車拉出廠外。
  閃蒸出的高壓氣體經過灰水加熱器回收熱量之後,通過氣液分離器分離掉冷凝液,然後進入變換工段汽提塔。
  閃蒸出的低壓氣體直接送至洗滌塔給料槽,澄清槽上部清水溢流至灰水槽,由灰水泵分別送至洗滌塔給料槽、氣化鎖鬥、磨煤水槽,少量灰水作為廢水排往廢水處理。
  洗滌塔給料槽的水經給料泵加壓後與高壓閃蒸器排出的高溫氣體換熱後送碳洗塔循環使用。
2)變換
  在本工段將氣體中的CO部分變換成H2。
  本工段的化學反應為變換反應,以下列方程式表示:
  CO+H2O—→H2+CO2
  由氣化碳洗塔來的粗水煤氣經氣液分離器分離掉氣體夾帶的水分後,進入氣體過濾器除去雜質,然後分成兩股,一部分(約為54%)進入原料氣預熱器與變換氣換熱至305℃左右進入變換爐,與自身攜帶的水蒸汽在耐硫變換催化劑作用下進行變換反應,出變換爐的高溫氣體經蒸汽過熱器與甲醇合成及變換副產的中壓蒸汽換熱、過熱中壓蒸汽,自身溫度降低後在原料氣預熱器與進變換的粗水煤氣換熱,溫度約335℃進入中壓蒸汽發生器,副產4.0MPa蒸汽,溫度降至270℃之後,進入低壓蒸汽發生器溫度降至180℃,然後進入脫鹽水加熱器、水冷卻器最終冷卻到40℃進入低溫甲醇洗1#吸收係統。
  另一部分未變換的粗水煤氣,進入低壓蒸汽發生器使溫度降至180℃,副產0.7MPa的低壓蒸汽,然後進入脫鹽水加熱器回收熱量,最後在水冷卻器用水冷卻至40℃,送入低溫甲醇洗2#吸收係統。
氣液分離器分離出來的高溫工藝冷凝液送氣化工段碳洗塔。
  氣液分離器分離出來的低溫冷凝液經汽提塔用高壓閃蒸氣和中壓蒸汽汽提出溶解在水中的CO2、H2S、NH3後送洗滌塔給料罐回收利用;汽提產生的酸性氣體送往火炬。
3)低溫甲醇洗
  本工段采用低溫甲醇洗工藝脫除變換氣中CO2、全部硫化物、其它雜質和H2O。
  a)吸收係統
  本裝置擬采用兩套吸收係統,分別處理變換氣和未變換氣,經過甲醇吸收淨化後的變換氣和未變換氣混合,作為甲醇合成的新鮮氣。
  由變換來的變換氣進入原料氣一級冷卻器、氨冷器、進入分離器,出分離器的變換氣與循環高壓閃蒸氣混合後,噴入少量甲醇,以防止變換氣中水蒸氣冷卻後結冰,然後進入原料氣二級冷卻器冷卻至-20℃,進入變換氣甲醇吸收塔,依次脫除H2S+COS、CO2後在-49℃出吸收塔,然後經二級原料氣冷卻器,一級原料氣冷卻器複熱後去甲醇合成單元。淨化氣中CO2含量約3.4%,H2S+COS<0.1PPm。
  來自甲醇再生塔經冷卻的甲醇-49℃從甲醇吸收塔頂進入,吸收塔上段為CO2吸收段,甲醇液自上而下與氣體逆流接觸,脫除氣體中CO2,CO2的指標由甲醇循環量來控製。中間二次引出甲醇液用氨冷器冷卻以降低由於溶解熱造成的溫升。在吸收塔下段,引出的甲醇液大部分進入高壓閃蒸器;另一部分溶液經氨冷器冷卻後回流進入H2S吸收段以吸收變換氣中的H2S和COS,自塔底出來的含硫富液進入H2S濃縮塔。為減少H2和CO損失,從高壓閃蒸槽閃蒸出的氣體加壓後送至變換氣二級冷卻器前與變換氣混合,以回收H2和CO。
  未變換氣的吸收流程同變換氣的吸收流程。
  b)溶液再生係統
  未變換氣和變換氣溶液再生係統共用一套裝置。
  從高壓閃蒸器上部和底部分別產生的無硫甲醇富液和含硫甲醇富液進入H2S濃縮塔,進行閃蒸汽提。甲醇富液采用低壓氮氣汽提。高壓閃蒸器上部的無硫甲醇富液不含H2S從塔上部進入,在塔頂部降壓膨脹。高壓閃蒸器下部的含硫甲醇富液從塔中部進入,塔底加入的氮氣將CO2汽提出塔頂,然後經氣提氮氣冷卻器回收冷量後,作為尾氣高點放空。
  富H2S甲醇液自H2S濃縮塔底出來後進熱再生塔給料泵加壓,甲醇貧液冷卻器換熱升溫進甲醇再生塔頂部。甲醇中殘存的CO2以及溶解的H2S由再沸器提供的熱量進行熱再生,混和氣出塔頂經多級冷卻分離,甲醇一級冷凝液回流,二級冷凝液經換熱進入H2S濃縮塔底部。分離出的酸性氣體去硫回收裝置。
  從原料氣分離器和甲醇再生塔底出來的甲醇水溶液經泵加壓後甲醇水分離器,通過蒸餾分離甲醇和水。甲醇水分離器由再沸器提供。塔頂出來的氣體送到甲醇再生塔中部。塔底出來的甲醇含量小於100PPm的廢水送水煤漿製備工序或去全廠汙水處理係統。
  c)氨壓縮製冷
 從淨化各製冷點蒸發後的-33℃氣氨氣體進入氨液分離器,將氣體中的液粒分離出來後進入離心式製冷壓縮機一段進口壓縮至冷凝溫度對應的冷凝壓力,然後進入氨冷凝器。氣氨通過對冷卻水放熱冷凝成液體後,靠重力排入液氨貯槽。液氨通過分配器送往各製冷設備。
4)甲醇合成及精餾
  a)甲醇合成
  經甲醇洗脫硫脫碳淨化後的產生合成氣壓力約為5.6MPa,與甲醇合成循環氣混合,經甲醇合成循環氣壓縮機增壓至6.5MPa,然後進入冷管式反應器(氣冷反應器)冷管預熱到235℃,進入管殼式反應器(水冷反應器)進行甲醇合成,CO、CO2和H2在Cu-Zn催化劑作用下,合成粗甲醇,出管殼式反應器的反應氣溫度約為240℃,然後進入氣冷反應器殼側繼續進行甲醇合成反應,同時預熱冷管內的工藝氣體,氣冷反應器殼側氣體出口溫度為250℃,再經低壓蒸汽發生器,鍋爐給水加熱器、空氣冷卻器、水冷器冷卻後到40℃,進入甲醇分離器,從分離器上部出來的未反應氣體進入循環氣壓縮機壓縮,返回到甲醇合成回路。
  一部分循環氣作為弛放氣排出係統以調節合成循環圈內的惰性氣體含量,合成弛放氣送至膜回收裝置,回收氫氣,產生的富氫氣經壓縮機壓縮後作為甲醇合成原料氣;膜回收尾氣送至甲醇蒸汽加熱爐過熱甲醇合成反應器副產的中壓飽和蒸汽(2.5MPa),將中壓蒸汽過熱到400℃。
  粗甲醇從甲醇分離器底部排出,經甲醇膨脹槽減壓釋放出溶解氣後送往甲醇精餾工段。
係統弛放氣及甲醇膨脹槽產生的膨脹氣混合送往工廠鍋爐燃料係統。
  甲醇合成水冷反應器副產中壓蒸汽經變換過熱後送工廠中壓蒸汽管網。
  b)甲醇精餾
  從甲醇合成膨脹槽來的粗甲醇進入精餾係統。精餾係統由預精餾塔、加壓塔、常壓塔組成。預精餾塔塔底出來的富甲醇液經加壓至0.8MPa、80℃,進入加壓塔下部,加壓塔塔頂氣體經冷凝後,一部分作為回流,一部分作為產品甲醇送入貯存係統。由加壓塔底出來的甲醇溶液自流入常壓塔下塔進一步蒸餾,常壓塔頂出來的回流液一部分回流,一部分作為精甲醇經泵送入貯存係統。常壓塔底的含甲醇的廢水送入磨煤工段作為磨煤用水。在常壓塔下部設有側線采出,采出甲醇、乙醇和水的混合物,由汽提塔進料泵送入汽提塔,汽提塔塔頂液體產品部分回流,其餘部分作為產品送至精甲醇中間槽或送至粗甲醇貯槽。汽提塔下部設有側線采出,采出部分異丁基油和少量乙醇,混合進入異丁基油貯槽。汽提塔塔底排出的廢水,含少量甲醇,進入沉澱池,分離出雜醇和水,廢水由廢水泵送至廢水處理裝置。
  c)中間罐區
  甲醇精餾工序臨時停車時,甲醇合成工序生產的粗甲醇,進入粗甲醇貯罐中貯存。甲醇精餾工序恢複生產時,粗甲醇經粗甲醇泵升壓後送往甲醇精餾工序。
  甲醇精餾工序生產的精甲醇,進入甲醇計量罐中。經檢驗合格的精甲醇用精甲醇泵升壓送往成品罐區甲醇貯罐中貯存待售。
5)空分裝置
  本裝置工藝為分子篩淨化空氣、空氣增壓、氧氣和氮氣內壓縮流程,帶中壓空氣增壓透平膨脹機,采用規整填料分餾塔,全精餾製氬工藝。
  原料空氣自吸入口吸入,經自潔式空氣過濾器除去灰塵及其它機械雜質。過濾後的空氣進入離心式空壓機經壓縮機壓縮到約0.57MPa(A),然後進入空氣冷卻塔冷卻。冷卻水為經水冷塔冷卻後的水。空氣自下而上穿過空氣冷卻塔,在冷卻的同時,又得到清洗。
  經空冷塔冷卻後的空氣進入切換使用的分子篩純化器空氣中的二氧化碳、碳氫化合物和水分被吸附。分子篩純化器為兩隻切換使用,其中一隻工作時,另一隻再生。純化器的切換周期約為4小時,定時自動切換。
  淨化後的空氣抽出一小部分,作為儀表空氣和工廠空氣。
  其餘空氣分成兩股,一股直接進入低壓板式換熱器,從換熱器底部抽出後進入下塔。另外一股進入空氣增壓機。
  經過空氣增壓機的中壓空氣分成兩部分,一部分進入高壓板式換熱器,冷卻後進入低溫膨脹機,膨脹後空氣進入下塔精餾。另一部分中壓空氣經過空氣增壓機二段壓縮為高壓空氣,進入高壓板式換熱器,冷卻後經節流閥節流後進入下塔。
  空氣經下塔初步精餾後,獲得富氧液空、低純液氮、低壓氮氣,其中富氧液空和低純液氮經過冷器過冷後節流進入上塔。經上塔進一步精餾後,在上塔底部獲得液氧,並經液氧泵壓縮後進入高壓板式換熱器,複熱後出冷箱,進入氧氣管網。
  在下塔頂部抽取的低壓氮氣,進入高壓板式換熱器,複熱後送至全廠低壓氮氣管網。
  從上塔上部引出汙氮氣經過冷器、低壓板式換熱器和高壓板式換熱器複熱出冷箱後分成兩部分:一部分進入分子篩係統的蒸汽加熱器,作為分子篩再生氣體,其餘汙氮氣去水冷塔。
  從上塔中部抽取一定量的氬餾份送入粗氬塔,粗氬塔在結構上分為兩段,第二段氬塔底部的回流液經液體泵送入第一段頂部作為回流液,經粗氬塔精餾得到99.6?Ar,2ppmO2的粗氬,送入精氬塔中部,經精氬塔精餾在精氬塔底部得到純度為99.999%Ar的**氬作為產品抽出送入進貯槽。