煤制甲醇工艺与设备.ppt

煤 制 甲 醇,2011年10月,工艺与设备,内 容, 概述 型煤生产工艺与设备 造气生产工艺与设备 原料气净化工艺与设备 甲醇合成工艺与设备 甲醇精馏,第一章 化工生产的特点, 化工原料、中间体、产品多是易燃、易爆、有毒和 腐蚀性的物质；,概述, 生产工艺因素多，要求工艺条件苛刻；, 生产规模逐渐大型化，自动化程度越来越高，连续 性强；, 对化工操作人员的技术水平要求较高 。,概述,第二章 甲醇的性质与用途, 性质,甲醇是无色有酒精气味的液体，易挥发，易流动。燃烧时无烟有蓝色火焰。甲醇系结构最为简单的饱和一元醇，化学式CH3OH。能与多种化合物形成共沸混合物。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和其他有机溶剂混溶。溶解性能优于乙醇，能溶解多种无机盐类，如碘化钠、氯化钙、硝酸铵、硫酸铜、硝酸银、氯化铵和氯化钠等。相对密度(d20)0.7915。熔点-97.8。沸点64.7。易燃，蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.0%36.5%(体积)。有毒，一般误饮15ml可致眼睛失明，一般致死量为100200ml。又称“木醇”或“木精”。通常由一氧化碳与氢气反应制得。,概述, 用途,甲醇是一种重要的有机化工原料，应用广泛，可以用来生产甲醛、二甲醚、醋酸、甲基叔丁基醚（MTBE）、二甲基甲酰胺（DMF）、甲胺、氯甲烷、对苯二甲酸二甲脂、甲基丙烯酸甲脂、合成橡胶等一系列有机化工产品；甲醇不但是重要的化工原料，而且是优良的能源和车用燃料，可以加入汽油掺烧或代替汽油作为动力燃料；近年来甲醇制烯烃技术正日益受到重视；甲醇也是生产敌百虫、甲基对硫磷、多菌灵等农药的原料；甲醇经生物发酵可生产甲醇蛋白，用作饲料添加剂。此外，近年来，C1化学的发展，由甲醇出发合成乙二醇、乙醛、乙醇等工艺路线（现多由乙烯出发制得）正日益受到关注。,概述,第三章 主要流程概貌,煤场,型煤,造气,气柜,脱硫,压缩机,变换,变脱,脱碳,精脱,合成,罐区,精馏,外销,型煤生产工艺与设备,第一章 工艺流程,型煤生产工艺与设备,1、粉碎工艺流程简述,2、制液工艺流程简述,原料煤经振动筛筛分后，25mm以上粒度的块煤供造气掺用，25mm以下的煤籽或粉煤，经笼式粉碎机粉碎后，由输送皮带送到配料岗位。,将清水经计量后加入反应釜内，按指标加入片碱搅拌，再通入蒸汽加温，待温度升到90以上后，按100/min速度缓慢加入褐煤并充分搅拌，在制液的过程中控制间隔反应速度，制液结束后保证罐内温度90，再缓慢反应45分钟后待用；并将配制合格的腐植酸钠溶液，按照控制水份在11%-15%的比例，均匀加入粉碎岗位送来的粉煤中，通过卧式搅拌器搅拌均匀，然后输送到沤化库内沤化，时间保证在48个小时左右。,3、制棒工艺流程简述,型煤生产工艺与设备,4、烘干岗位工艺流程简述 从煤棒机出口输入到烘干塔的湿煤棒，经分煤器、布料器将煤棒均匀分布在塔体内，煤棒在塔体内被热风烘干，煤棒在塔体内停留34小时（可调控）。烘干后的煤棒含水率37%。烘干后的煤棒由激振电机间歇式振动出料，由出料皮带运输机输送至后工序，煤棒中产生的粉煤经筛出返回煤库。 热风由热风炉提供，经引风机送到烘干塔塔体风道，分别进入X组风室，风室上开有均匀布气小孔，热风从气孔进入煤棒区，与湿煤棒逆流接触，从而将煤棒烘干。,沤化合格的原料煤经出沤化库皮带到达棒机，再经煤棒机挤压成型后，由进烘干塔皮带送入烘干塔内进行烘干。棒机使用不完的沤化煤经一条回收皮带返回沤化库循环使用。,第二章 工艺原理,型煤生产工艺与设备,1、粉碎机工作原理 经过筛分的籽煤、粉煤除铁后进入粉碎机鼠笼内，依靠两个互为反方向高速旋转的鼠笼，使其不断受到切削、碰撞、打击，将其粒度粉碎至3mm以下后排出来,供后工序使用。,2、制液工作原理 褐煤中的腐植酸经和片碱加温反应，生成具有粘性作用的腐植酸钠溶液，再以一定比例的腐植酸钠溶液与粉碎岗位送来的粉煤一起加入搅拌器，经搅拌均匀后送沤化库进行沤化。,3、制棒工作原理,型煤生产工艺与设备,转动的叶轮从加料口夹入进过沤化的煤，并将沤化的煤向前推进。在前进过程中，沤化煤一方面逐渐被压缩，颗粒紧密靠拢，另一方面又产生相当大的搅动和混合。此时，颗粒与颗粒之间，颗粒与叶片和筒体之间会产生强烈的摩擦和剪切。在摩擦和剪切产生的热量作用下，原煤的温度上升，水份分布的更加均匀，原煤的可塑性也大为增加，再通过模具锥形体的节制作用，颗粒就被压缩得更加紧密，压入模具前端的平直部分，出料而成型,生产合格煤棒，经放置冷却、干燥供造气制气使用。,4、烘干工作原理 A、湿煤棒由皮带运输机从煤棒机出口输入到烘干塔上部，经分煤器、布料器将煤棒均匀分布在塔体内，煤棒在塔体内被热风烘干，煤棒在塔体内停留34小时（可调控）。烘干后的煤棒含水率37%。,型煤生产工艺与设备,B、烘干后的煤棒由激振电机间歇式振动出料，由出料皮带运输机输送至后工序，煤棒中产生的粉煤由固定式条形筛筛出返回煤库。,C、热风由热风炉提供，经引风机送到烘干塔塔体风道，分别进入X组风室，风室上开有均匀布气小孔，热风从气孔进入煤棒区，与湿煤棒逆流接触，从而将煤棒烘干。,D、被煤棒冷却后的热风在塔顶由轴流风机排入除尘器除尘后放空。,第三章 影响因素,型煤生产工艺与设备,1、温度对生产的影响,1.1 在制液时如果蒸汽温度过低，会影响反应速度，对提取腐植酸钠不利，如果罐内液体加温过高过猛，易造成制液罐漫液，严重时容易烫伤平台下放液操作工。,1.2 烘干塔温度如果不达标，可能会造成煤棒出塔后水分不达标，造成强度降低，烘干塔进口温度控制在90170之间，最大限度要求：170。料仓顶部温度50-60。,2、压力对生产的影响,型煤生产工艺与设备,蒸汽压力的高低直接影响蒸汽温度的高低，造成温度提升慢制液时间延长，腐植酸钠反应不完全。,3、其他条件对生产的影响,型煤生产工艺与设备,3.1 原煤水分对生产的影响：原煤水分过高，易造成粉碎机积煤，致使粉碎机堵死，影响配煤量；,3.2 沤化库煤水分高低对生产的影响：沤化库煤水分过高，易造成棒机在推进料时返料大，出棒能力下降。水分过低时，易造成棒机电流过高，严重时造成死机，产量下降,3.3 设备对生产的影响：粉碎机磨棒磨损严重时易造成粉碎粒度大，堵塞棒机出棒管，从而影响制棒产量。棒机叶轮、走料筒磨损严重时，易造成棒机处理率下降。,第四章 操作要点,型煤生产工艺与设备,一 工艺操作要点,1、配煤岗位操作的操作要点 2、粉碎岗位操作的操作要点 3、制放液岗位操作的操作要点 4、制棒岗位操作要点 5、烘干塔操作和要点 6、热风炉操作要点,二、设备操作要点,型煤生产工艺与设备,1、电动葫芦操作要点 2、粉碎机操作的操作要点 3、行车操作的操作要点 4、振动筛操作的操作要点 5、棒机操作要点 6、单双搅操作要点 7、引风机操作要点 8、皮带操作要点,3、电仪操作要点,型煤生产工艺与设备,4、安全操作要点,第五章 案例分析,型煤生产工艺与设备,一、工艺事故,事故名称：煤棒质量差,事故经过：2007年10月9日至10月13日期间，某厂煤棒质量不稳定，沤化煤标准不统一，致使造气消耗高，烧煤多，给生产带来不良影响。,事故原因：1、生产主管对生产监管不力，对细节控制不到位，对出现的问题没有引起高度重视；2、各值班长忙于应付加量后的生产，对沤化煤质量控制不严，没有系统的思考问题；3、制液班长对制液生产各控制环节管理不严，对发现的问题视而不见，缺乏责任心。,预防措施：1、提高班长执行力；2、统一沤化煤质量。,二、 设备事故,型煤生产工艺与设备,事故名称： 棒机减速器损坏,事故经过：2009年9月17日制棒中四班11:20分左右，维修工肖某在检修6棒机时发现5棒机减速器声音异常，于是迅速通知当班操作工赵某停机，经检查减速器端盖已被顶坏。,事故原因：1、机头工在装配叶轮时轴向间隙过小,使棒机轴承长期承受巨大的向后冲击负荷.致使轴承间隙变大,轴承位磨损,最终导致减速器端盖被顶坏；2、班长张某、操作工赵某及机头工对设备已存在的隐患没有及时的发现并联系维修工处理；3、包机维修工黄某平时对设备巡检不力,重视不够。,预防措施：分析设备异常响动应及时停车汇报处理。,三、安全环保事故,型煤生产工艺与设备,事故名称：烫伤事故经过,事故经过:2008年7月16时08分，某厂制液操作工钱某接班后，发现1#制液罐液稠电机电流高，于是就戴着防护眼镜，停下立搅、关闭蒸汽，拿着尺量罐内液体高度，准备将液改稀，当正准备测量时被罐内溅出的碱液，将鼻部及眉上部、脸部烫伤，幸未伤及眼睛，经查为蒸汽内漏所致。后送往医院治疗。,事故原因:1、蒸汽阀门没有关死，内漏蒸汽致使碱液溅出将钱某烫伤。2、当事人安全意识不强，当事人自我防护意识差，蒸汽阀门未关死没有及时察觉。3、没有按要求佩带防护面罩。,应吸取的教训:1、制液工在作业时必须严格按要求佩带防护面罩；2、开关蒸汽等相关阀门，必须经确认无泄漏后方可进行其它作业。 防范措施:1、加强安全知识、技能的培训，严格执行操作规程；2、按规定戴好劳保防护用品,造气工艺与设备,第一章 水煤气制气的工艺原理,造气工艺与设备,一、原料气的分类,4、半水煤气：是混合煤气中组成符合（H2+CO）/N2 =3.13.2的一个特例。可用蒸汽与适量的空气，或蒸汽与适量的富氧空气为气化剂制得。,1、空气煤气：以空气为气化剂制取的煤气，又称吹风气。,2、水煤气：以水蒸气（或水蒸气与氧的混合气）为气化剂制取的煤气。,3、混合煤气：以空气和适量的水蒸气为气化剂制取的煤气，一般作燃料用。,二、制取原料气的方法,造气工艺与设备,1、固定层间歇气化法；,2、固定层连续气化法；,3、气流层气化法；,4、水煤浆加压气化法。,三、煤的成分、性质和对制气的影响,造气工艺与设备,1、水分：煤中的水分分为三类；,A、游离水； B、吸附水； C、化合水。,水分的影响：,A、水分高使煤中有效成分相对降低，增加运输费用；,B、由于水分蒸发带走热量，使消耗定额增加；,C、水分高引起炉温下降，蒸汽分解率低，影响气体质量；,2、灰分,造气工艺与设备,灰分是煤燃烧后的残留矿物质，其组成有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙和氧化镁等。,对制气的影响：,A、灰分高增加运输费用；,B、灰分增加，相对降低煤中的固定碳含量，排灰增加，带走部分未燃烧的炭和显然，使消耗定额增加；,C、灰分含量高，增加机械排灰强度，使其磨损加剧；,D、灰分在燃烧和气化过程中，妨碍气化剂和炭的接触，不利于气化；,3、挥发分,造气工艺与设备,挥发分是指隔绝空气状态下急剧加热，从煤中排出的多种有机物质和一切无机物质分解产物以及水分，其中大部分物质是水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和其它的碳氢化合物。,挥发分的影响：,A、挥发分高，制得煤气中甲烷含量高，不能用来合成甲醇，增加消耗；,B、挥发分中的焦油易于堵管和使阀门关不严；,4、固定碳对生产的影响,造气工艺与设备,指煤中除去水分、挥发分、灰分、和硫分以外，其余可燃的物质碳。它是煤中的有效成分，为了比较煤的质量，便于计算煤的消耗，国家规定低位发热值为29270KJ/Kg的燃料为标准煤，其固定碳含量约为84%。固定碳含量越高，发气量越好，对生产越有利。,5、灰熔点对生产的影响,造气工艺与设备,5.1由于灰渣的构成不均匀，因而不可能有固定的灰熔点，只有熔化范围。通常灰熔点用三种温度表示，即t1为变形温度；t2为软化温度；t3为熔融温度，生产中一般灰熔点指t2，它是指炉温控制高低的重要指标。,5.2煤的灰熔点高低，是影响煤气发生炉内气化温度的主要因素之一。灰熔点低的燃料，气化层温度不能控制太高，这就限制了气化温度的提高，致使蒸汽分解率低，发气量和气体质量不高。当燃料层局部温度达到或超过灰熔点时，则会造成炉内结疤、结块等现象，致使炉内某一截面阻力不均，严重时会造成造气炉不能正常生产。因此，煤的灰熔点越高对气化过程越有利。,6、机械强度对生产的影响,造气工艺与设备,固体原料的机械强度指原料抗破碎能力。机械强度差的燃料，在运输、装卸和入炉后易破碎成小粒和煤屑，造成床层阻力增加，工艺不稳定，发气量下降，而且因煤气夹带固体颗粒增多，加重管道和设备磨损，降低了设备的使用寿命，也影响废热的正常回收，因此应选用机械强度高的固体燃料。,7、热稳定性对生产的影响,造气工艺与设备,固体原料热稳定性是指燃料在高温作用下，是否容易破碎的性质。热稳定性差的原料，加热易破碎，增加床层阻力，难气化，碳损大，设备磨损也大，最好选热稳定性较好的原料。,8、化学活性对生产的影响,造气工艺与设备,固体原料的化学活性是指其与气化剂如氧、水蒸汽、二氧化碳反应的能力。化学活性高的原料，有利于气化能力和气体质量的提高。,将原料煤（块煤、煤球或煤棒）加入煤气炉后，按吹风、制气程序循环操作。在吹风时空气入炉内，燃料层温度在700以上，发生放热的化学反应，以提高燃料层温度，积蓄热量。在制气时通入蒸汽，蒸汽与燃料层中高温的碳反应，发生吸热反应生成水煤气。所以制气的过程主要由两部分反应来进行：,造气工艺与设备,四、水煤气制气原理,造气工艺与设备,1、以空气为气化剂的化学平衡，碳与氧的的反应（吹风阶段的化学反应）。,C+O2=CO2+Q 2C+O2=2CO+Q 2CO+O2=2CO2+Q CO2+C2CO-Q,空气中的氧与燃料中的碳在高温条件下发生燃烧反应，生成二氧化碳或一氧化碳并放出热量。生成的二氧化碳又与灼热的碳发生二次反应被还原成一氧化碳。主要化学反应如下：,2、以蒸汽为气化剂的化学平衡，碳与蒸汽的反应（制气阶段的化学反应）。,造气工艺与设备,C+H2OCO+H2-Q C+2H2OCO2+2H2-Q CO2+C2CO-Q CO+H2OCO2+H2+Q C+2H2CH4+Q,主要是灼热的碳将氢从其氧化物（水蒸汽）中还原出来，通常称为蒸汽分解。碳与蒸汽的反应主要是吸热反应。化学反应式如下：,碳与蒸汽的反应中，温度愈高，愈有利于蒸汽和二氧化碳的还原反应，愈不利于生成甲烷等有害气体，而且可以获得较高的蒸汽分解率，煤气的质量和产量均会提高。,五、水煤气的成分,造气工艺与设备,一氧化碳、,二氧化碳、,氢气、,甲烷、,氮气、,氧气。,第二章 制水煤气的工艺流程,造气工艺与设备,一、气体流程,向造气炉内交替通入空气和蒸汽，与炉内灼热的炭进行气化反应。吹风阶段生成的吹风气根据要求送三气岗位回收热量或直接由烟囱放空，从造气炉出来的水煤气经余热回收器、洗气塔冷却和除尘后，在气柜中混合，然后去脱硫工段。,上述制气过程在微机集成油压系统控制下，往复循环进行，每一个循环一般分六个阶段，其流程如下：,造气工艺与设备,1、吹风阶段：,空气由鼓风机来吹风阀自炉底入炉吹风气总阀吹风气旋风除尘器三气阀（或烟道阀）三气岗位（或烟囱放空）,2、蒸汽吹尽阶段：,蒸汽由蒸汽缓冲罐来蒸汽总阀上吹蒸汽阀自炉底入炉吹风气总阀吹风气旋风除尘器三气阀（或烟道阀）三气岗位（或烟囱放空）,3、上吹制气阶段：,蒸汽由缓冲罐来蒸汽总阀上吹蒸汽阀自炉底入造气炉上行煤气阀煤气总阀干湿水封入四台炉煤气总管一、二级旋风除尘器余热回收器洗气塔煤气总管总洗气塔气柜,造气工艺与设备,4、下吹制气阶段：,蒸汽由缓冲罐来蒸汽总阀下吹蒸汽阀自炉上部入造气炉下行煤气阀煤气总阀干湿水封入四台炉煤气总管一、二级旋风除尘器余热回收器洗气塔煤气总管总洗气塔气柜,5、二次上吹制气阶段：,蒸汽由缓冲罐来蒸汽总阀上吹蒸汽阀自炉底入造气炉上行煤气阀煤气总阀干湿水封入四台炉煤气总管一、二级旋风除尘器余热回收器洗气塔煤气总管总洗气塔气柜,6、空气吹净阶段：,空气由鼓风机来吹风阀自炉底入炉上行煤气阀煤气总阀干湿水封入四台炉煤气总管一、二级旋风除尘器余热回收器洗气塔煤气总管总洗气塔气柜,造气工艺与设备,二、油压系统工艺流程,经过滤油机严格过滤后的液压油，经油箱加油口过滤网进入油箱。经油泵进油管过滤器后，由齿轮油泵升压，升压后再经单向阀、调节阀及出口截止阀后至泵站出口压力油总管。压力油送至蓄能器和各阀门油缸有杆腔，经过滤器到达电磁阀换向站。各油缸无杆腔接线至各对应的电磁阀，电磁阀接受微机送来的电信号，通过电磁阀的动作来改变无杆腔的油压以此实现油缸的动作，从而完成阀门动作的需要，实现造气炉生产。电磁阀换向站的回油总管接至油冷器，回油降温后返回油箱循环使用。油泵出口油部分送至溢流阀，通过调节溢流阀的先导阀来调节油泵的出口压力，通过溢流阀后多余的液压油经过油冷器后返回油箱。,三、蒸汽系统工艺流程,造气工艺与设备,45吨锅炉来蒸汽、三气锅炉来蒸汽经过DN500蒸汽总管，经减压后分别进西楼1#、2#、3#缓冲罐及东楼4#、5#、6#缓冲罐；造气夹套汽包自产蒸汽经缓冲罐自调阀前蒸汽总管与外来蒸汽混合后，再经减压后进入蒸汽缓冲罐；余热回收汽包自产蒸汽直接进入蒸汽缓冲罐，由缓冲罐引出管道送至对应造气炉，供造气炉制气用。,四、工艺流程简述,造气工艺与设备,从炉底进入的空气与灼热的炭层发生反应，生成的二氧化碳和少量的一氧化碳，经除尘器除尘后进入吹风气回收锅炉燃烧，反应放出的热量蓄积在气化层内；从炉下进入的蒸汽与灼热的炭层反应吸收热量，生产二氧化碳、一氧化碳、氢气，经除尘器除尘后进入煤气总管，然后经余热回收器吸收水煤气中部分显热后，再经洗气塔降温后送入气柜，从炉上进入的蒸汽与灼热的炭层反应吸收热量，生产二氧化碳、一氧化碳、氢气，经除尘器除尘后进入煤气总管，然后经余热回收器吸收水煤气中部分显热后，再经洗气塔降温后送入气柜，吹净阶段是把炉内残留的水煤气送入气柜。,第三章 案例分析,造气工艺与设备,一、工艺操作事故,事故名称：停煤气炉点火烧伤,事件经过： 2010年5月29日7：30左右，6#炉加焦机布料阀卡死，维修工到现场清理，要求操作工打开炉顶探火孔，主操陈某停炉后，副操杨某打开探火孔，然后点火，主操陈某开蒸汽吸引，杨某用左手遮挡脸部观察炉面时，煤气炉回火烧伤其脸部，车间立即将杨某送到医院治疗。,造气工艺与设备,事件原因： 由于当事人自我防范意识不强，安全意识淡薄，对可能发生的危险估计不足，造成自身受到伤害；主、副操之间配合不到位，先开吸引蒸汽点火后，导致煤气炉回火，烧伤其脸部，违反相关操作程序；车间二、三级安全教育培训部到位，员工自我安全防范意识不足。,预防措施： 操作前对作业可能发生的危险有害因素进行识别认知，让每位参与检修的人员都知晓并采取相应的防范措施加以防范；加强对作业人员的安全教育，提高大家的安全防范意识和自我保护能力；各车间必须加强对员工的二、三级安全培训教育，不断提高员工的安全防范意识和自我保护意识，真正做到“三不伤害”。,造气工艺与设备,一、设备事故,事故名称：风机轴瓦烧坏,事故经过： 2004年3月28日16：30分，操作工倒风机，将1#风机倒成3#风机时，3#风机由于上班3#倒2#时，3#风机往2#系统出口阀关坏，而未发现，致使16：30分倒风机后停下3#风机，2#风机风倒流至3#风机，使3#风机叶轮反转以致风机轴瓦被烧坏。,造气工艺与设备,原因分析： 3#风机出口阀关坏，而未发现，致使16：30分倒风机后停下3#风机，2#风机风倒流至3#风机，使3#风机叶轮反转以致风机轴瓦被烧坏。,教训及措施： 加强对设备的构造与了解,提高对设备事的判断与处理能力；保证阀门完好率；风机接反转油泵保护装置。,原料气净化工艺与设备,第一章 原料气脱硫,原料气净化工艺与设备,一、概述,原料气中的硫化物，对合成甲醇生产危害很大，不仅能腐蚀设备和管道，而且能使合成甲醇生产过程所用催化剂中毒。甲醇合成生产采用高活性铜基催化剂，对硫的危害十分敏感，极少量的硫在铜基催化剂表面生成性质稳定的硫化铜，就会使铜基催化剂完全失去活性。催化剂的硫中毒是永久性的，因此原料气中的硫含量决定了铜基催化剂的活性和使用寿命；另外，对甲醇产品质量而言，极少量硫能使甲醇产品带有恶臭，且难易除去。因此，甲醇生产中必须除去原料气中硫化物。另外，硫是一种重要的化工原料，应当予以回收。因此，原料气中的硫化物必须脱除干净。脱除原料气中硫化物的过程称为脱硫。,脱硫方法很多，按脱硫剂物理形态可分为干法和湿法两大类，前者所用脱硫剂为固体，后者为溶液。当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被固体脱硫剂所吸附，或被脱硫溶液所吸收而除去。,原料气净化工艺与设备,二、脱硫岗位任务,本岗位主要任务是运用湿法脱硫法，将水煤气中的硫化氢含量降到0.0700.150g/m3，达到工艺指标后送往压缩工段，供后工段使用；监视气柜高度在安全指标内，认真搞好脱硫液的再生，开好熔硫系统，确保硫磺回收，减少环境污染。,三、脱硫工艺原理,原料气净化工艺与设备,1、水煤气中的酸性气体H2S被碱性溶液（Na2CO3）吸收生成硫氢化钠和碳酸氢钠,其反应方程式如下：,2、氧化再生反应式 2NaHS+ O2=2NaOH+ 2S（在催化剂作用下进行） NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O,3、副反应：,原料气净化工艺与设备,（1）2NaHS+2O2=NaS2O3+H2O,（2）Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3,（3）2Na2CO3+2HCN=2NaCN+H2O+CO2,（4）NaCN+S=NaCNS,（5）NaCNS+5O2=Na2SO4+2CO2+N2,四、静电除焦器工作原理,原料气净化工艺与设备,1、构造,静电除焦器主要由塔体和电器两部分组成。 塔体部分：塔体选用同心圆式结构，分上中下三段。上段高压电缆由瓷瓶油箱引入塔内，净化气体由塔顶导出，筒侧另备防爆孔，中段为沉淀极（净化段），由多个同心圆组成，其间定距悬挂不锈钢丝，作电晕极线。下段是气体入口和排污孔，内置斜式配气板，以利于气体均匀进入沉淀极。 为便于安装检修及彻底清污，上、下段分别设有人孔。 电器部分：电器部分由高压电源，控制系统和电晕电极共同组成。 控制系统除保证电晕放电的正常工作外，还具有事故自动断电及报警系统。,2、工作原理,原料气净化工艺与设备,静电除焦器的工作原理是利用强电场的作用下，水煤气中的尘埃、油雾等细微粒带上负电荷并向阴极移动，中和后被吸附、沉淀排出，达到清除的目的。 在生产运行时，高压变压器产生的高压，接入电晕电极（阴极），它与沉淀极（阳极）间即产生静电场。通过控制系统的调节，高压达到临界火花点，产生电晕放电。此时，电极周围产生极强电场，周围气体发生电离，产生大量负离子和电子（电极周围呈紫蓝色）。通过电场的水煤气中各种尘粒和油雾与负离子或电子结合而带上负电荷，在电场力的作用下，向沉淀极移动，在沉淀极中和后，依靠残存的静电引力和分子凝聚力首先吸附于沉淀极上，而后靠自然流动沉积到下筒体，通过排污孔定期排放出来。,五、罗茨鼓风机工作原理,原料气净化工艺与设备,在机体内通过同步齿轮的作用使两叶轮相对的呈反方向旋转，由于叶轮相互之间和叶轮与机体墙板之间皆具有适当工作间隙，从而构成进气腔与排气腔相互隔绝，借助于叶轮旋转将机体内的气体由进气腔内压缩推送至排气腔后，排出气体，达到强制排气的目的。,六、工艺流程,原料气净化工艺与设备,1、气体流程简述:,来自造气工段的水煤气进入两个并联的静电除焦器除去大部分粉尘、焦油等，由萝茨风机增压送到气体冷却塔，然后进入两个串联脱硫塔与脱硫液逆流接触，水煤气中的硫化氢被脱硫液吸收，脱硫后的水煤气从脱硫塔顶部出来，经汽液分离器分离气体夹带的溶液后，进入出口冷却塔冷却及洗涤，然后经过出口两个并联静电除焦器再次除去部分焦油后去压缩工段。,气体流程简图,原料气净化工艺与设备,气柜,气柜出口冷却塔,静电除尘器A、B,罗茨机,冷 却 塔 ,脱硫 塔 ,脱硫 塔 ,气液分离器,冷 却 塔 ,静电除尘器 C、D,压缩机一进,2、液体流程,原料气净化工艺与设备,吸收硫化氢的富液分别流入一、二级富液槽，由富液泵分别打入一、二级再生槽的喷射器，这喷射过程中与吸入的空气进行氧化反应。再进入再生槽继续氧化再生，并浮析出硫泡沫，再生后的一、二级贫液经液位调节器流入贫液槽，再由贫液泵分别打入一、二级脱硫塔循环使用，硫泡沫流入硫泡沫槽经泡沫泵打入熔硫釜，再用蒸汽夹套加热除去水分杂质回收硫磺，分离后的清液经冷却过滤后送入贫液槽循环使用。 脱硫过程中消耗的碱液，由配液槽加入软水和碱，通入空气和蒸汽，活化合格后由溶液泵加入贫液槽补充，脱硫催化剂的补充由富液槽加入。,原料气净化工艺与设备,液体流程简图,脱硫塔,一级富液槽,富液泵,一级再生槽,一级贫液槽,脱硫泵,3、脱硫循环水流程,原料气净化工艺与设备,冷却气体后的热水经溢流管道流入热水池，由热水泵送至凉水塔，用轴流风机冷却降温后流入冷水池，再由冷水泵送至脱硫岗位循环使用。冷却过程中消耗的水，由冷水池中补充一次水。, 事故案例,第二章 一氧化碳的变换,原料气净化工艺与设备,一、概述,无论以固体、液体或气体燃料为原料，所制取的合成甲醇的原料气中，均含有一氧化碳。例如，固体燃料气化制得的水煤气含一氧化碳3035，但是因氢碳比太低，不能满足合成甲醇的需要，所以均需经过一氧化碳的变换工序。一氧化碳的变换工序的主要作用有两个。,1、调节氢碳比例；,2、有机硫转化为无机硫。,二、岗位任务,原料气净化工艺与设备,将来自压缩机二段的水煤气，在一定温度和压力下，借助于催化剂的作用，使蒸汽与CO反应，在尽可能节约蒸汽的情况下，生成CO2和H2，制出合格的变换气。并且合理回收系统中的热量。,三、一氧化碳变换的工艺原理,原料气净化工艺与设备,一氧化碳和水蒸汽在一定的温度下，在催化剂的作用下反应生成二氧化碳和氢气，并放出热量，其反应如下：,CO + H2O（汽） CO2 + H2 + 410.89 KJ/mol,这是一个等体积可逆的放热反应，从化学平衡来看，降低温度，增加蒸汽量和除去CO2，可以使平衡向右移动，从而提高CO变换率；从反应速度看，提高温度有利于反应速度的增加。在变换气中CO指标一定的条件，较低的反应温度是降低蒸汽用量的必要手段；在较高的反应温度下，一味追求降低CO浓度，将会造成极大的蒸汽消耗。,水解反应原理,原料气净化工艺与设备,CO在变换过程中，水煤气中的有机硫与H2O（g）和H2反应生成H2S，变换气中有机硫在水解催化剂的作用下生成H2S，其反应如下：,COS+ H2 = H2S+CO,CS2+4H2 = 2H2S+CH4,COS+ H2O = H2S+ CO2,CS2 +2H2O = 2H2S+ CO2,四、工艺流程简图,原料气净化工艺与设备,自压缩机二段出口来的水煤气（温度 40）经油水分离器分离油水，再经除油器除去油污后，进入煤气换热器管程与中温热回收器来的变换气换热提温至200后，进入低变炉将水煤气中的一氧化碳变换为二氧化碳和氢气，达到合成原料气要求，低变炉出来的变换气经余热回收器回收余热后进入煤气换热器壳程，与管程的水煤气换热降温后进入中温水解炉，将变换气中的有机硫转化为无机硫后，进入煤气换热器壳程与管程的水煤气换热降温后进入水冷器壳程，与管程的冷却水换热后降至 35送入变脱工段。,1、流程中设置三条调温副线：,原料气净化工艺与设备,1#副线也称冷副线，水煤气自除油器出口不经过煤气换热器、管程直接到电加热器进口，用以调节低变炉进口温度。,2#副线自低变炉出口不经过余热回收器直接到煤气换热器壳程进口，用以调节煤气换热器变换气进口温度。,3#副线自余热回收器出口不经过煤气换热器壳程直接到中温水解炉进口，用以调节中温水解炉进口温度。,2、循环升温硫化副线,原料气净化工艺与设备,系统出口设有一支管线，直接到压缩机一段进口，催化剂升温硫化时气体循环使用。,升温硫化原理:,低变催化剂的主要活性组分是CoO和MoO3，在使用前需将其转化为硫化物才具有活性，这一过程称为硫化。催化剂的硫化是在一定温度下，利用煤气中的H2和向煤气中补充的H2S与催化剂作用生成硫化物。,MoO3+ 2H2S+ H2= MoS2+3H2O+Q CoO+ H2S= CoS+ H2O+Q,硫化过程中为使煤气有足够的H2S含量，通常采取连续向系统内添加CS2的方法，同时还可以获取大量的反应热： CS2+4H2= 2H2S+ CH4+Q,升温硫化步骤:,原料气净化工艺与设备,A、系统置换：用惰性气体或氮气置换合格后，送水煤气置换至O20.5合格。,B、升温:置换合格后，开启电加热器开始升温，升温速率305/h，空速300500h-1，当床层温度达60-100时，开启低变炉导淋阀排水。床层温度达到200，出口温度大于170，加入CS2 即转入硫化初期。,C、硫化初期:将CS2提前加入硫化罐内，用氮气冲压0.30.4MPa，通过钢管或氧气带，在电加热器后取样管导入低变炉内，CS2加入速度在20-60l/h，升温速率10-30/h，空速300-500h-1，当床层温度达到300左右，低变炉出口H2S大于2g/m3,初期结束进入主期。,D、硫化主期:将电加热器出口温度逐步提高，CS2 含量控制在100-140 l / h，升温速率10-30/h，确保床层各点温度390-450，保持2-4小时，此阶段空速300-500h-1，硫化氢分析频率2次/h，连续两次分析出口气在H2S15g/Nm3，硫化主期结束。,原料气净化工艺与设备,E、降温排硫:将放空阀打开，以10L/h的流速加入CS2，进行降温，控制电炉出口温度200，当温度降至350以下，停止加CS2，继续排硫降温，分析出口H2S小于1.0g/Nm3，认为排硫结束。即可转入正常生产，根据水煤气流量添加适量的蒸汽（加蒸汽前排净蒸汽管道的冷凝水），按保温保压下的开车程序进行。,催化剂降温排硫结束后，需做短期停车时，应切死变换炉进出口阀门，炉内用水煤气保持正压，防止空气和水进入低变炉，造成硫化态催化剂失活。硫化结束，保持监控炉温。,原料气净化工艺与设备,升温硫化注意事项:,a）升温硫化严格按要求进行，硫化期间，单点温度不得超过500。 b）硫化过程中，严格控制进口水煤气中O20.5，严防O2含量跑高造成炉温急骤上升，烧毁触媒。 c)CS2的加入量和加入时间一定控制好，从小到大缓慢进行。 e)硫化时炉进口H2含量应保证25%，便于CS2氢解。 f)发现温度有暴涨趋势，应立即查明原因，并作预见性调节，以防烧坏触媒。 g)系统启运电炉必须先通气，后启动，停车时，先停电炉后切气。 h)升温时，需注意及时排放油水分离器导淋及投运除油过滤器，以防水带入电炉。 i)硫化过程中，如遇CS2着火，O2含量跑高等意外情况，应立即“三停一关”，即停电炉，停CS2，停煤气，关放空。,3、蒸汽流程:,合成或锅炉、余热回收器来的蒸汽经蒸汽汽液分离器后进入煤气换热器顶部出口管。,4、冷却水流程：,合成循环水岗位来的冷却水经水冷器管程与壳程的变换气换热后返回合成循环水岗位。,原料气净化工艺与设备,原料气净化工艺与设备,五、生产中变换反应得影响因素：,1、温度对变换反应的影响,一氧化碳变换反应是在一定条件下，水煤气中的一氧化碳和水蒸汽反应生成氢气和二氧化碳的工艺过程。这在个过程中温度对变换反应的速度影响较大，而且对正逆反应速度的影响是不一样的。温度升高，上述变换反应（放热反应）速度增加得慢，逆反应（吸热反应）速度增加得快。因此，当变换反应开始时，反应物浓度大，提高温度，可加快变换反应；在反应的后一阶段，二氧化碳和氢气的浓度增加，逆反应速度加快，因此，须降低反应温度，使逆反应速度减慢，这样可得到较高的变换率。,原料气净化工艺与设备,2、压力对变换反应的影响,变换反应是由一个分子的一氧化碳与一个分子的水蒸汽结合生成一个分子的二氧化碳和一个分子的氢气，即变换反应两端分子数目相等。 提高变换压力，虽然在平衡理论上不能使正反应加快，但提高压力，使分子间的有效碰撞次数增加，可以加快变换反应速度，提高催化剂的生产能力。但压力也不宜过高，否则，不仅增加动力的消耗，并且对设备和催化剂的要求过高。, 案例分析,原料气净化工艺与设备,3、汽气比对变换反应的影响,变换反应是一个可逆放热反应。从化学平衡来看，降低反应温度，增加水蒸汽用量，有利于上述可逆反应向生成二氧化碳和氢气的方向移动，提高平衡变换率。但是水蒸汽增加到一定值后，变换率的增加幅度会变小。,第三章 二氧化碳的脱出,原料气净化工艺与设备,一、概述,经变脱后的合成甲醇原料气中，除含有一定量的CO、H2等外，还含有1114左右的CO2，二氧化碳在合成甲醇时并不是有害成分，而且在甲醇催化剂的作用下，也能与氢生成甲醇: CO2 3H2 CH3OH +H2O H=-49.43KJ/mol CO 2H2 CH3OH H=-90.56KJ/mol,从反应式看，二氧化碳合成甲醇比一氧化碳合成甲醇多消耗一个氢，同时生成一个水。但是，当合成甲醇反应在高空速下进行时，适量的二氧化碳可使合成催化剂呈现高活性;此外,在二氧化碳存在下,甲醇合成的热效应比无二氧化碳时仅由一氧化碳与氢合成甲醇的热效应要小,易于控制催化剂床层温度。因此，二氧化碳并不完全脱除，通常脱碳气中二氧化碳含量维持在3-5%，,二、工艺原理,原料气净化工艺与设备,1、PSA工作原理,1.1吸附： 当气体分子运动在固体表面上时,由于固体表面原子剩余引力的作用,气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上,这些分子在固体表面上的浓度增大,这种现象称为吸附。具有吸附作用的物质被称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。吸附按吸附剂和吸附质的引力场的性质可分为化学吸附和物理吸附。本装置采用物理吸附。,1.2物理吸附： 物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华力和电磁力）进行的吸附。其特点是：吸附过程没有化学反应，吸附过程进行极快，参与吸附的各相物质间的动态平衡在瞬间即可完成，这种吸附是完全可逆的。,1.3变压吸附的基本原理：,原料气净化工艺与设备,吸附剂对吸附介质在不同分压下有不同吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组分又有选择吸附的特性。加压吸附除去原料气的杂质组分，减压脱除这些杂质，而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附塔，循环地变动所组合的各吸附塔压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。,三、真空泵工作原理,原料气净化工艺与设备,叶轮偏心地安装在泵体内，启动前向泵内注入一定高度的水，叶轮旋转时水受离心力的作用在泵体壁内形成一个旋转的水环，叶轮与其两端的侧板形成密闭的空腔，在前半转的旋转过程中，密闭的空腔容积逐渐扩大，气体由吸气孔吸入，在后半转的旋转过程中，密闭的空腔容积逐渐缩小，气体由排气孔排出，随之排出的还有一部分水。,四、吸附剂,原料气净化工艺与设备,1、活性氧化铝,活性氧化铝为一种物理化学性能极其稳定的高空隙Al2O3，规格为3-5球状，抗磨耗、抗破碎、无毒。对几乎所有的腐蚀性气体和液体均不起化学反应。主要装填于吸附塔底部，用于脱除水分。,2、活性炭,其规格为1.5条状，分别装填于吸附塔中部，主要用于脱除烃类，尤其是以煤为原料，经特别的化学和热处理得到的孔隙特别发达的专用活性炭，属于耐水型无极性吸附剂，对原料气中几乎所有的有机化合物都有良好的亲和力。,3、硅胶,原料气净化工艺与设备,除使用氧化铝、活性碳外，还使用硅胶，其规格为23球状，无毒、无腐蚀性，主要吸附变换气中的二氧化碳，主要装填于吸附塔底部。,五、吸附剂的再生和再次利用通过三个步骤完成：,原料气净化工艺与设备,1、吸附塔内压力降至常压 首先顺着原料气进气方向将塔内压力降低到一定的程度（均压降），以回收死空间（指吸附塔内除去吸附剂外的所有空间）内的有效气体。接着逆着原料气进气方向降至常压（逆放），此时被吸附剂吸附的杂质组份从吸附剂上脱附出来，并被排出吸附塔。,2、吸附塔内压力降至负压 通过真空泵对吸附塔进行抽真空，使被吸附剂吸附的杂质组份从吸附剂上彻底脱附出来，并被排出吸附塔。,3、吸附塔内压力升至吸附压力 首先将其他吸附塔和均压塔的高压气体从吸附塔的上端进入吸附塔内（均压升），使吸附塔的压力升到一定的压力。接着用产品气从吸附塔的上端进入吸附塔将压力升至吸附压力（终充），以便再次吸附分离原料气。,原料气净化工艺与设备,六、工艺流程说明,本工序在实际生产过程中，压力0.8MPa(G)，温度40的变换气自变换工序来，首先经过原料气缓冲罐，该缓冲罐的作用可两种，一是对变换来的原料气起缓冲作用，使脱碳工序的工作压力更加平稳，另一功能是防止变换工序对原料气中的水分的分离不彻底而将水带进吸附塔，造成吸附剂的失效。进入原料气缓冲罐的变换气再直接进入吸附塔（T101AL）中正处于吸附工况的某3个塔，在多种吸附剂组成的复合吸附床层的依次选择的吸附下，将变换气中的大部分二氧化碳吸附掉，直接获得二氧化碳含量约2.53.09%的变换脱碳气从塔顶排出，然后经吸附压力调节阀PV103后送出脱碳界区并进入变换的精脱硫塔进口。,原料气净化工艺与设备,七、系统工作循环步骤：,原料气净化工艺与设备,吸附一均降二均降三均降四均降五均降六均降七均降八均降九均降抽真空隔离九均升八均升七均升六均升五均升四均升三均升二均升一均升终升吸附,甲醇合成工艺与设备,第一章 概 述,甲醇合成工艺与设备,目前，工业合成甲醇的流程分两类，一类是高压合成流程，使用锌铬催化剂，操作压力为25-30MPa,操作温度330-390；另一类是低中压合成流程，使用铜系催化剂，操作压力为5.0-15.0 MPa,操作温度235-285。选用何种工艺合成甲醇，应根据实际情况确定。联醇和双甲工艺的合成氨厂，采用中压合成副产甲醇；单醇厂家一般选5.0 MPa的低压合成流程。进合成塔的气体主要成分为氢、一氧化碳和二氧化碳，一般二氧化碳含量少于一氧化碳或不含二氧化碳，氢碳比的范围为2-5，除此以外还有氮和甲烷等惰性气体。合成塔出口的甲醇含量一般为5%左右，水蒸汽含量则决定于进口二氧化碳的量。总之，甲醇合成反应是在加压下进行的，通常含有CH3OH、H2、CO、CO2、N2、CH4等气体组分，反应较为复杂。,第二章 工艺原理,甲醇合成工艺与设备,一、岗位任务,将压缩岗位送来的水煤气合成甲醇，再经冷却、分离、闪蒸获得粗甲醇，为精馏岗位提供合格原料。,二、化学反应方程式,以煤制水煤气生产甲醇，合成工艺中的CO、CO2分别与H2在铜基催化剂作用下主要生成甲醇，同时还伴有多种副产品。其主化学反应如下：,CO+2H2 = CH3OH,CO2+3H2 = CH3OH+H2O,以上合成反应在催化剂存在下，在一定条件下进行。本工艺采用低压甲醇催化剂在温度范围220260 ，压力：5.4MPa(G)的条件下合成甲醇。在合成反应进行的同时还发生以下副反应：,甲醇合成工艺与设备,CO+H2 = HCHO 2CH3OH = C2H6O+ H2O CH3OH+nCO+2nH2 = CnH2n+1CH2OH+nH2O CH3OH+2(n-1）H2CO= CnH2n+1COOH+(n+1)H2O CO+(2n+1)H2 = CnH2+2+nH2O,三、甲醇合成的工艺条件及其影响,甲醇合成工艺与设备,、催化剂,低压甲醇催化剂主要由铜、锌、铝、钒等元素构成，对甲醇合成反应具有很高的选择性，并且其活性温度较低（在200-300之间），在活性温度范围内活性很高，在较低的反应压力下就可以获得满意的反应速度。但该类催化剂对硫、氯毒物非常敏感，而且耐热性能较差，因此，生产过程中要求合成气的脱硫、氯净化必须彻底，以防止催化剂中毒；要求控制好催化剂床层温度，防止温度大幅度波动及超温，延长催化剂寿命。,催化剂使用的不同阶段，合成反应温度在220-260之间进行选择。催化剂使用初期操作温度可以维持在220-230 。在催化剂使用后期，当其活性下降后，才逐步提高操作温度到250-260，以发挥其最大能力。由于甲醇合成反应是放热反应，要维持稳定的反应温度，必须将反应热移走。本工艺采用管壳式反应器，利用废热锅炉副产中压蒸汽来移走热量，合成反应最佳温度的维持和温度稳定，在正常操作工况下，完全取决于汽包压力操作的控制。汽包压力升高，出口温度随之升高，汽包压力降低，出口温度随之降低。,甲醇合成工艺与设备,、反应温度,甲醇合成工艺与设备,、反应压力,甲醇合成反应是体积缩小的反应，加压有利于反应向正反应方向进行。在5.4MPa下反应速度已经很高了，再加压对提高反应速度已不明显，反而多耗能量。因此选用5.4MPa的反应压力既能获得较高的反应速度，能耗与设备要求也不致过高，从而能达到最佳的投入，产出效益，故本装置采用5.4MPa合成压力。,甲醇合成工艺与设备,、气体成分,入合成塔气体的成份对甲醇的合成反应影响很大。由甲醇合成的反应式可知，生成一分子甲醇需要一分子CO和两分子H2；或一分子CO2和三分子H2外加生成一分子H2O，所以从降低消耗，减轻精馏负担的角度看，采用较高CO浓度的合成气是有利的，但是，低压甲醇催化剂的催化反应机理决定了入塔气中CO2的含量在3-5%（摩尔含量）时，才能使催化剂的活性达到最佳状态。新鲜合成气的组成按化学计量为： （H2CO2）/（CO+CO2）=2，在生产中采用H2过量，其浓度比为： （H2CO2）/（CO+CO2）=2.052.15。此外入塔气体中惰性气体含量太高，将降低反应速率，动力消耗增大；惰性气体含量太低，对反应有利，但放空量增大，多损失有效气体。因此，一般控制在10-13%，但还要根据催化剂的活性等具体情况而定。,甲醇合成工艺与设备,、空间速度,什么叫空速？,空速就是气体与催化剂接触时间的长短，即单位时间内，每单位体积催化剂所通过的原料气体积流量。,提高空速能够提高催化剂的生产强度，但将降低热量利用率和增大系统阻力降，从而增加动力消耗。因此也应选择一个适宜的空速。,综上所述，甲醇合成反应受到催化剂，反应温度、反应压力、气体成份以及空速的影响，只有根据具体情况选择合适条件，才能获得最佳的反应组合，以最经济方式运行。,甲醇合成工艺与设备,四、工艺流程简图,五、工艺流程说明,六、主要静设备,七、压缩机,甲醇合成工艺与设备,、压缩机类型,按照压缩机的原理可分为容积型和速度型两大类，按其结构可细分为：,压缩机,容积型,往复式,回转式,活塞式、膜式,滑片式、螺杆式、转子式,速度式,轴流式、离心式,、压缩机对生产的作用,甲醇合成工艺与设备,在甲醇生产过程中，原料气的净化和甲醇合成都须在一定的压力下进行，因此，需要对气体进行压缩，以达到所需要的压力，同时完成各工序之间原料气的输送。气体的压缩在甲醇生产工艺过程中占有重要地位，压缩机的生产能力和工作好坏直接影响全厂的生产。,甲醇合成工艺与设备,、压缩机的工作原理,电机驱动压缩机主轴，在主轴、连杆、十字头的带动下作往复运动，十字头将往复运动传给活塞杆、活塞；从而使活塞在气缸内作往复运动。借助吸、排气阀的作用，使活塞在气缸内进行吸气、压缩、排气三个过程，完成提高气体压力、输送气体的任务。,甲醇合成工艺与设备,、压缩机的工作