甲醇净化工段培训教材.docx

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甲醇净化工段培训教材

甲醇净化工段培训教材

2007年3月

第一篇　　岗位基础知识

水煤气脱硫工段

一、本岗位的主要任务：

水煤气中因煤的种类不同而含有数量不等的硫化物，这些硫化物对甲醇的生产有着严重的危害，必须首先予以除去，以保证后工段生产的顺利进行。

本工段就是利用栲胶脱硫液的吸收作用，将半水煤气中的H2S脱除至50mg/Nm3以下，并经罗茨风机加压送至压缩机一段进口。

同时，将脱硫液不断再生循环利用，并对浮选出的硫泡沫进行回收熔硫。

二、工艺原理：

采用湿法脱硫，以碱性溶液吸收酸性气体硫化氢，同时选择适当的氧化剂，将溶液中被吸收的硫化氢氧化成单体硫，使脱硫液得到再生，并获得副产品硫磺。

此后，还原态的氧化催化剂可由空气氧化成氧化态再循环使用，具体可分为吸收和再生两个过程。

1、吸收:

H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3

水煤气中的硫化氢被碱液吸收，发生如上反应。

2、再生

NaHS+NaHCO3+2NaVO3=S+Na2CO3+Na2V2O5+H20

吸收硫化氢后的碱液，失去吸收能力，被偏钒酸钠氧化后，恢复吸收能力，同时析出单质硫，氧化过程中进行如上反应。

Na2V2O5+TQ（氧）=2NaVO3+TWQ（还）

偏矾酸钠氧化碱液后，生成焦钒酸钠，再通过氧化态的栲胶对其进行氧化使其转变成偏矾酸纳。

发生如上反应。

O2+2TWQ（还）=2TQ（氧）+H2O2

氧化态的栲胶氧化焦钒酸钠后，变成还原态的栲胶，其再通过喷射器自吸的空气当中的氧氧化，恢复氧化能力。

发生如上反应。

三、工艺流程：

1、气相流程：

来自气柜的水煤气首先进入静电除尘器进口水封，自水封出口管进入静电除尘器，在静电除尘器内的高电压下除掉水煤气中的灰尘，然后经出口水封去罗茨风机进口。

经罗茨风机加压后去脱硫塔前冷却塔，冷却后进入水煤气脱硫塔下部，自下而上与从塔顶而来的脱硫液逆向接触，脱除掉大部分硫化氢后从塔顶出来进入脱硫塔后冷却塔，冷却后去压缩机一段进口。

1、液相流程:

常脱贫液槽的脱硫液经贫液泵加压送至脱硫塔顶部，在塔内自上而下与水煤气接触后从塔底流出经富液泵加压送至常脱喷射再生槽，再生后进入贫液槽循环使用。

在此过程中损失的脱硫液由地下槽配制的新栲胶溶液补入贫液槽中。

2、硫泡沫:

再生槽再生出的硫泡沫进入硫泡沫中间槽，通过硫泡沫中间泵打入硫泡沫槽中，再用硫泡沫泵打入熔硫釜中，熔出的硫从熔硫釜底部放出，并加工成规则的硫锭存放。

四、工段主要（非标）设备

设备

名称

设备

编号

规格

材料

工作/设计

（压力、温度）

填料

工作介质

水煤气脱硫塔

T0201

4800*14*39000

V=605M3

Q-235B

0．05MPa/0.1MPa

400C/500C

聚丙鲍尔环50*50（253M3）\100*100（14.5M3）

水煤气、脱硫液

常脱贫液槽

V0206

4500*12*5660

V=82M3

Q-235B

常压400C/500C

栲胶液

常脱再生槽

V0205

5650*12/5600*14*7883

Q-235B

常压

450C/500C

栲胶液

进出口冷却塔

T0202

T0203

3628*14*19200

V=154M3

Q-235B

0．05MPa/0.1MPa

400C/800C

聚丙烯阶梯环

50*50（51M3）

水煤气、循环水

电除尘进出口水封

V0201\V0202

2000*2870*8

Q-235B

常压400C/500C

循环水、水煤气

硫泡沫中间槽

V0211

3000*8*4960/

v=23m3

碳钢

常压/0.02MPa

500C/600C

硫泡沫

硫泡沫槽

V0301

2000*5000*8

V=6.6m3

Q235-B

常压/0.02MPa

450C-850C/1200C

硫泡沫

地下槽

V0210

2000*8*3400

V=5.5M3

Q235-A

常压450C/600C

栲胶液

熔硫釜

T1002

NF900-3

组合

0.45MPa≤1200C

硫泡沫

变脱贫液槽

V0207

3600*8*5560

V=52M3

Q-235B

常压/0.01MPa400C/500C

栲胶液

变脱

再生槽

V0205

5700*8/4800*10/H=7906

Q-235B

常压400C/500C

栲胶液

五、主要运转（定型）设备

设备名称

编号

型号

规格

材料

数量

干式静电除尘器

X0201

HX-C219

φ4424*12990

处理气量：

5-5万NM3/h

二次电压：

30-50KV

除尘效率:

≥98%

碳钢

1

罗茨鼓风机

C0201a/b/c

ZL95WD

升压49kpa进口流量389m3/min

组合

3

附电机

YB800-10

450KW580r/min店员：

10kv

防爆等级：

DIIbt4

3

富液泵

P0201a/b

KCZ150-500

Q=400m3/hH=70m

组合

3

附电机

YB315S-4

110KW1480r/min

防爆等级：

DIIbt4

贫液泵

P0202a/b

KCZ150-500

Q=400M3/hH=70m

组合

2

附电机

YB315S-4

110KW1480r/min

防爆等级：

DIIbt4

地下溶液泵

P0204

65ZW20-30

Q=25m3/hH=30m

组合

1

附电机

5.5KW2900r/min

中间槽硫泡沫泵

P0205a/b

50ZW15-30

Q=15m3/hH=35m

组合

2

附电机

YB132S1-2

3KW2900r/min

防爆等级:

DIIbt4

硫泡沫泵

P10001a/b

50ZW15-3

Q=15m3/hH=35m

组合

2

附电机

YB132S1-2

3KW2900r/min

防爆等级:

DIIbt4

常脱再生喷射器

P0206

JL-45

工作压力：

0.4MPa流量:

45m3/h吸气量：

100m3/h耐压：

1.6MPa

1Cr18Ni9

18

熔硫釜

V0302

NFφ900-3

处理硫泡沫能力：

≥5m3/h

硫磺产量:

900t/a

组合

1

变换脱硫工段

一、本岗位的主要任务：

将压缩二段送来的水煤气在一定的压力和温度并有催化剂的条件下进行部分气量变换反应，以降低水煤气中的CO含量，增加H2含量，同时控制合适的变换率，将新鲜气中的H、C比调节至2.05-2.15[合成新鲜气（H2-CO2）/（CO+CO2）]，以利于甲醇反应。

同时利用栲胶碱液将变换气中的硫化物脱除至20mg/Nm3送至变压吸附脱碳工段。

并对变压吸附后的脱碳气进行精脱硫，以达到制取合格净化气的目的。

二、工艺原理：

1、变换

在一定的温度下,水煤气中的CO与水蒸汽在催化剂作用下发生变换反应，生成H2和CO2，同时约90%的COS也转化为H2S，其化学反应如下：

CO+H2O=H2+CO2

COS+H2=H2S+CO

COS+H2O=H2S+CO2

其它除噻吩外的有机物如CS2，RSH等也起类似的转化反应。

为了满足合成甲醇的要求，必须控制CO的变换率，以便维持甲醇合成新鲜气中，（H2-CO2）/（CO+CO2）=2.05～2.15

2、脱硫

变换气中的CS2、噻吩在高温有机硫转化剂的作用下发生转化，生成H2S，其化学反应如下：

CS2+4H2=2H2S+CH4+Q

变换后仍有少量的COS，进一步在高温有机硫水解剂的作用下发生水解反应，其化学反应如下：

COS+H2O=H2S+CO2

经过上述反应后，变换气中仍含有～220mg/Nm3的H2S,采用湿法脱硫工艺，使变换气经过内装聚丙烯阶梯环填料的脱硫塔，进一步将H2S脱除至～20mg/Nm3，送往脱碳工序。

对变换气经脱碳工序后仍有少量的H2S和COS，采用“夹心饼”脱硫工艺，先用氧化铁精脱硫剂脱除H2S，再用常温COS水解催化剂脱除COS，最后再用氧化铁精脱硫剂脱除生成的H2S。

其化学反应如下：

3H2S+Fe2O3=Fe2S3+3H2O

COS+H2O=H2S+CO2

为保证变换气中微量CS2的脱除,使变换气经过内装特种活性炭的脱硫塔。

（或采用多塔活性炭的精脱硫工艺流程）

精脱硫后，甲醇合成气中的总硫含量小于0.1ppm（0.05ppm）。

三、工艺流程

A、气相流程

1、变换

煤气炉生产的水煤气粗脱硫后，经压缩机增压至约0.8MPa，进入油水分离器，经填料层分离掉夹带的油污后，从油水分离器顶部出来，进入净化炉进一步净化，然后进入热交换器底侧，经两段列管与变换炉出来的变换气换热后，温度升到约230℃，自热交换器顶部出来，进入蒸汽混合分离器与分离了冷凝液的低压蒸汽混和，进入变换炉上段，反应后自上段底部出来，进入喷水汽化器，降温增湿至约2000C左右（气汽比R=2.0）后再进入变换炉二段继续反应，反应后的气体（CO含量20%）进入热交换器上段管间，与来自热交下段的水煤气换热，换热后的气体进入变换炉下部的中温水解炉，在中温水解催化剂的作用下，变换气中的有机硫发生水解反应，成为易被栲胶碱液脱除的无机硫。

自中温水解炉底侧出来的气体进入热交换器下段管间，与净化炉来的水煤气换热降温后，进入水冷器上段列管（管间）与除氧水换热降温，然后经下段换热器管内被循环水进一步冷却后去第四脱硫塔脱硫。

2、变换气脱硫

变换气进入第四脱硫塔后自下而上与来自塔顶的脱硫液逆向接触进一步进行湿法脱硫。

经湿法脱硫后，变换气中的H2S≤20mg/Nm3去分离器分离掉冷凝液后，压力约为0.7MPa，送至变压吸附脱碳装置。

3、脱碳气精脱硫（夹心饼式）

自变压吸附脱碳装置来的脱碳气，温度为40℃，压力约为0.75MPa，仍含有少量的H2S和COS，不能达到甲醇合成气的要求，必须进一步脱硫。

脱碳气从变压吸附脱碳装置进入精脱硫装置，与少量的低压蒸汽混和，进入冷凝水分离器。

分离掉冷凝水后的脱碳气进入第一脱硫塔，经塔内装填的氧化铁脱除H2S后，进入蒸汽加热器，加热至100℃后，进入第二脱硫塔。

经上段水解催化剂水解残余COS的后，进入下段氧化铁脱硫剂，脱除H2S的气体进入冷却器，冷却到40℃，然后进入第三脱硫塔脱除H2S后，压力约为0.6MPa，总硫含量≤0.1ppm的气体，送至压缩机三段进口。

B、液相流程：

脱硫液由贫液槽经变脱泵打往第四脱硫塔顶部，在塔内自上而下与来自下部的变换气逆向接触，吸收变换气中的大部分H2S后，去再生槽中的喷射再生器，经吸收空气再生并在槽内对硫泡沫浮选后，再生的脱硫贫液经液位调节器控制后进入贫液槽，由变脱泵打往变脱塔循环使用。

因吸收再生损失的脱硫液，用地下槽制备部分脱硫液进行补充。

（变换气脱硫部分）浮选的硫泡沫进入硫回收进行熔硫回收。

本工段主要（非标）设备

A、变换设备

设备名称

编号

规格

工作/设计压力、温度

材料

填料

介质

油水分离器

V0401

φ1800*5178*10

（v=10.8m3）

0.8MPa/0.9MPa400C/600C

Q235-B、20II

ZQ-188

H2CO、CO2

净化器

V0402

φ2600*12*5470

（v=19.6M3）

0.8MPA/0.9MPA400C/500C

16MNR/20

LT30氧化铝花球、条状除油剂

H2\、CO、CO2

热交换器

E0401

φ1500*12180*12

F上471M2、F下401M2

0.8MPa/0.9MPa上部2700C/3100C下部1700C/2300C（注）

0Cr18Ni10Ti、16MnR

H2、CO、CO

蒸汽分离混合器

V0403

φ1000*4765*10

V=3.07M3）1.0MPa/1.1MPa2500C/2700C

20R、20

ZQSF-321

H2\、CO、CO、水蒸气

电加热器

E0402

φ1300*8505*10加热功率1000KW250（450））0C/2600C

0Cr18Ni9/

16MNR

H2\、CO、CO、水蒸气

变换炉

R0401

φ3400*18995*18

0.80MPa/0.88MPa3900C/4600C

V=152.65M3

16MnR/

16MnⅢ

抗毒剂6M3、变换催化剂24M3、保护剂3.5M3、氧化铝花球φ308.2M3、中温水解剂18.0M3、

H2\、CO、CO、水蒸气

喷水汽化器

V0405

φ1600*5645*6（V=8.4M3）1.0MPa/1.1MPa4000C/4100C

0Cr18Ni10Ti/16MnR

ZQ-QH-321

H2\、CO、CO2、水蒸气

水冷器

E0403

φ1400*15405*20

F上594.5m2、F下231.9M20.80MPa/0.9MPa1180C/1300C

0Cr18Ni10Ti、Q235-B、16MnR

变换气/冷却水

B、变脱、精脱设备

名称

编号

规格

工作/设计压力

材料

填料

介质

第四脱硫塔

T0401

φ2000*18050*12

50.7M30.8MPA/0.9MPA

400C/600C

20R

50*25*1.5聚丙烯阶梯环（28.3M3）

变换气、脱硫液

水分离器

V0404

φ1600*3782*14

V=5.6M30.8MPA/0.9MPA

20II/

Q235-B

丝网除沫器

变换气

冷凝水分离器

V0406

1400*3478*12（V=3.9M3）

Q235-B

丝网除沫器X1400-150HP/304Q235

H2\、CO、CO2、

第一脱硫塔

R0402

φ2600*15305*12

0Cr18Ni9/20R

氧化铁脱硫剂（36M3）LT氧化铝花球30、18/4.25M3

H2\、CO、CO2、

第二脱硫塔

R0403

φ2600*17030*12

0Cr18Ni9/20R

氧化铁脱硫剂25M3LT氧化铝花球30、18/4.25M3\水解剂20M3

H2\、CO、CO2、

第三脱硫塔

R0404

φ2600*18705*12

0Cr18Ni9/20R

脱氯剂18M3LT氧化铝花球30、18/4.25M3特种活性炭36M3

H2\、CO、CO2、

加热器

E0404

φ700*4175*8/F=38M2

20R

H2\CO、CO2、

冷却器

E0405

φ990*6662*10/F=205M2

16MNR/

Q235-B

H2\CO、CO2

CS2罐

V0407

φ1400*3335*8

（V=3.72M3）

20II/

Q235-B

CS2

纯水罐

V0408

φ1400*2030*6/V=2.77M3

0Cr18Ni9

五、主要定型设备

序号

名称

编号

型号

规格

材料

数量

1

冷激泵

P0401A/B

KQDP32-4-8*20

Q=2.5M3/hH=160m

组合

2

附电机

YB2112M-2

2900r/min4kw防暴等级Eiit3

2

2

纯水发生器

X0401

Q=2.5M3/h电导率：

≤1us/cm悬浮物;≤1mg/l

组合

1

变压吸附脱碳工段

一、本岗位的主要任务

变压吸附脱碳工序是采用变压吸附（PressureSwingAdsorption简称PSA）技术，将来自变换脱硫工序的变换气经过PSA-CO2/R变压吸附工艺，使CO2杂质被吸附，弱吸附组分CO、H2、CO2等则通过床层作为净化气输出。

二、工艺原理

变压吸附的基本原理是利用吸附剂对不同的吸附质的选择吸附特性和吸附能力随压力变化而呈现差异的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生，达到脱碳的目的。

既加压吸附，减压再生。

三、工艺流程

来自变换脱硫工序的压力为0.7MPa、温度为20～40℃变换气，经气液分离器分离所含的游离水，进入正处于吸附状态的吸附器底部，气体中绝大部分CO2等杂质被吸附剂选择性吸附，弱吸附组分CO、H2等则通过床层从吸附器顶部输出，每个吸附器在启用回收系统时，一次循环中都必须经历吸附（A）、压力均衡降1（1L）、压力均衡降2（2L）、压力均衡降3（3L）、压力均衡降4（4L）、压力均衡降5（5L）、压力均衡降6（6L）/回收（h）、抽真空（U）、压力均衡升6（6R）、隔离（O）、压力均衡升5（5R）、压力均衡升4（4R）、压力均衡升3（3R）、隔离（O）、压力均衡升2（2R）、隔离（O）、压力均衡升1（1R）及最终升压（FR）等十九个步骤。

在不用回收系统时，只是一次循环中的回收（H）步序变成顺放（L）步序，其他步序的顺序不发生变化。

吸附剂的再生及再次利用通过三个步骤完成。

（具体描述见后面操作问答）10个塔交替切换操作，原料气连续稳定地输入，净化气连续稳定地输出。

四、主要操作参数和技术指标

（1）主要操作参数

吸附塔一次的循环周期大约为20～40分钟，具体时间要根据实际的处理气量来确定，压力-时间分配如下：

步骤

压力（MPa）（终压）

时间（SEC）

步骤

压力（MPa）（终压）

时间（SEC）

A

0.7

360

U

-0.08

240

1L

0.55

30

6R

0.03

30

2L

0.42

20

5R

0.09

30

3L

0.34

20

4R

0.22

30

4L

0.22

30

3R

0.28

30

5L

0.14

20

2R

0.42

30

6L

0.03

30

1R

0.55

30

H

0.00

120

FR

0.70

90

（2）主要技术指标

年工作时：

8000h

原料气处理能力：

39000Nm3/h

产品气中二氧化碳含量：

≤3.5％

氢气收率：

≥99％

氮气收率：

≥97％

一氧化碳收率：

≥96％

五、本岗位主要非标设备

名称

编号

规格

工作/设计压力、温度

材料

介质

数量

吸附器

Ｔ０５０１

Ａ－Ｊ

φ２６００＊９１７０*12

Ｖ＝32.6Ｍ３

－0.1MPa－0.8MPa（0.9－1.0）

４００C/（５００Ｃ）

２０Ｒ／20Ⅲ

变换气

10

均压罐Ｉ

Ｖ０５０１

φ３０００＊１０８１５*14

Ｖ＝６５Ｍ３

４００Ｃ/（５００Ｃ）

16ＭｎＲ／16ＭｎＩＩ

脱碳气

１

均压罐ＩＩ

Ｖ０５０２

φ３０００＊１０８１５*14

Ｖ＝６５Ｍ３

0.3--０.5（1.0―0.02）

40０Ｃ/（50０Ｃ）

16ＭｎＲ／16ＭｎＩＩ

脱碳气

１

净化气缓冲罐

Ｖ０５０３

φ３０００＊１０８１５*12

Ｖ＝６５Ｍ３

0.75MPa/0.83MPa

40０Ｃ/（50０Ｃ）

１６ＭｎＲ

脱碳气

１

六、本岗位主要定型设备

设备名称

位号

型号、规格

数量

水环式真空泵

ｐ０５０１Ａ－Ｄ

２ＢＥ１４０３－０ＮＧ３－１

排气量：

１０５ＮＭ3／ｈ　极限真空；－0.084ＭｐA　进口压力：

0—0.084ＭＰa　　出口压力；０－0.01ＭＰA　

４

附电机

ＹＡ３５５Ｌ－４

１６０ＫＷ　３８０Ｖ　ｅＩＩＴ３　ＩＰ５４

４

减速机

１Ｃ２００Ｎ（Ｉ＝3.55）＋１ＦＡＮ

压缩机

Ｃ０５０１

２Ｄ3.5－２０／８

排气量；１６ＮＭ3／ｍｉｎ进口压力；０―-0.084ＭＰa　出口压力：

０．８ＭＰA

附电机

１３２ｋｗ　ｅＩＩｔ３　ＩＰ５４　１４５０ｒ／ｍｉｎ　６００ｒ／ｍｉｎ配套变频

１

变压吸附提氢工段

一、本岗位的主要任务

利用吸附剂对不同的吸附质的选择吸附特性和吸附能力随压力变化而呈现差异的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。

在吸附器加压时将甲醇合成驰放气中的H2提取出来，减压再生时将CH4等惰性气体解吸后送三废锅炉作为燃料。

二、工艺原理;

变压吸附提氢就是利用吸附剂，在较高压力下对驰放气中的强吸附组分进行吸附，而吸附量较小的弱吸附组分Ｈ２通过吸附剂床层作为产品输出，吸附量较大的强吸附组分（杂质）则被吸附留在床层；而通过降低床层压力（被吸附组分分压也随之降低），使被吸附组分解吸、吸附剂获得再生。

三、工艺流程

来自甲醇合成工段的弛放气进入水分离器分离掉液滴后，进入PSA-H2装置，PSA-H2采用6-2-3/V工艺流程，吸附压力2.2MPa。

来自水分离器的气体，进入两个正处于吸附状态的吸附器，除氢气外的其余杂质被吸附，弱吸附组分氢气则通过床层作为产品输出。

其余四塔分别进行其它步骤（均压降、顺放、逆放、抽空、均压升、终充）的操作，六个塔交替切换操作。

弛放气连续输入，产品气连续稳定输出。

整个操作过程在环境温度下进行。

每个吸附床经过吸附（A）、均压降1（E1D）、均压降2（E2D）、顺放（PP）、均压降3（E3D）、逆放（D）、冲洗（V）、均压升3（E3R）、均压升2（E2R）、均压升1（E1R）、终充（FR）等步骤，完成一个吸附周期。

氢气送至系统使用，被吸附的杂质解吸后送三废锅炉使用。

四、主要（非标）设备

名称

编号

规格

压力、温度

材料

数量

介质

吸附器

Ｔ０９０１

Ａ－Ｆ

φ１４００＊８０９５*20

V=9.26Ｍ３

－0.08－2.2MPa/2.4MPa

400C/500C

１６ＭｎＲ／１６ＭｎＩＩ

6

氢气

汽水分离器

Ｖ０９０１

φ６００＊２７２５*10

Ｖ＝0.55Ｍ３

2.2MPa/2.4MPa4０0C/500C

１６ＭｎＲ／

２０Ｒ／

２０ＩＩ

１

氢气

解吸气缓冲罐

Ｖ０９０２

φ２２００＊１１９５０*10

Ｖ＝40.0Ｍ３0.02－0.2MPa/0.9MPa4０0C/500C

１６ＭｎＲ／

２０ＩＩ

１

解吸气

解吸气混合罐

Ｖ０９０３

φ２２００＊１１９５０*10

Ｖ=40.0Ｍ３

0.1ＭＰA/0.1ＭＰA4０0C/500C

１６ＭｎＲ／

２０ＩＩ

１

解吸气

均压罐

Ｖ０９０４

φ１８００＊９２４０*18

Ｖ＝２０Ｍ３2.2mpa/2.4mpa4０0C/500C

１６ＭｎＲ／

２０ＩＩ

１

解吸气

四、本岗位定型设备

设备名称

型号

规格

材料

数量

水环式真空泵

２ＢＥ１２５３－０ＢＤ４

排气量：

３６ＮＭ３／ｍｉｎ　极限真空；２６００Ｐａ　进口压力；０――０．０８ＭＰａ　出口压力：

０．１２ＭＰａ

组合

２

附电机

ＹＡ３５５Ｍ－８

７５ＫＷ