甲醇合成工艺仿真.doc

1、常州大学甲醇合成工艺甲醇合成工艺常州大学甲醇合成工艺目录第一章 甲醇概述 1第二章 合成工段介绍 4第一节 概述 4第二节 工艺路线及合成机理 52.2.1 工艺仿真范围 52.2.2 合成机理 52.2.3 工艺路线 52.2.4 设备简介 7第三节 主要工艺控制指标 72.3.1 控制指标 72.3.2 仪表 82.3.3 现场阀说明 9第三章 岗位操作 11第一节 开车准备 113.1.1 开工具备的条件 113.1.2 开工前的准备 11第二节 冷态开车 123.2.1 引锅炉水 123.2.2 N2 置换 123.2.3 建立循环 123.2.4 H2 置换充压 133.2.5 投原

2、料气 133.2.6 反应器升温 133.2.7 调至正常 14第三节 正常停车 143.3.1 停原料气 143.3.2 开蒸汽 153.33 汽包降压 153.3.4 R601 降温 153.3.5 停 C/T601 153.3.6 停冷却水 15第四节 紧急停车 163.4.1 停原料气 163.4.2 停压缩机 163.4.3 泄压 163.4.4 N2 置换 16第四章 事故列表 17第一节 分离罐液位高或反应器温度高联锁 17第二节 汽包液位低联锁 17常州大学甲醇合成工艺第三节 混和气入口阀 FRCA6001 阀卡 17第四节 透平坏 18第五节 催化剂老化 18第六节 循环压缩

3、机坏 18第七节 反应塔温度高报警 19第八节 反应塔温度低报警 19第九节 分离罐液位高报警 20第十节 系统压力 PI6001 高报警 20第十一节 汽包液位低报警 21第五章 评分细则 22第六章 下位机画面设计 23第一节 DCS 用户画面设计 23第二节现场操作画面设计 236.2.1现场操作画面设计说明 236.2.2 画面图 23常州大学甲醇合成工艺第一章 甲醇概述甲醇（分子式：CH 3OH）又名木醇或木酒精，是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味。熔点-97.8，沸点 64.8，闪点 12.22，自燃点 47，相对密度0.7915，爆炸极限下限 6%，上限 36.5%，

4、能与水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多数有机溶剂相混溶。它是重要有机化工原料和优质燃料。主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。 甲醇亦可代替汽油作燃料使用。生产甲醇的方法有多种，早期用木材或木质素干馏法制甲醇的方法，今天在工业上已经被淘汰了。氯甲烷水解法也可以生产甲醇，但因水解法价格昂贵，没有得到工业上的应用。甲烷部分氧化法可以生产甲醇，这种制甲醇的方法工艺流程简单，建设投资节省，但是，这种氧化过程不易控制，常因深度氧化生成碳的氧化物和水，而使原料和产品受到很大损失，因此甲烷部分氧化法制甲醇的方法仍未实现工业化。目前工业上几乎都是采用一氧化碳

5、、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇。典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序。天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品(焦炭、焦炉煤气)、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料。天然气是制造甲醇的主要原料，主要组分是甲烷，还含有少量的其他烷烃、烯烃与氮气。以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法，其中蒸汽转化法应用得最广泛，它是在管式炉中常压或加压下进行的。由于反应吸热必须从外部供热以保持所要求的转化温度，一般是在管间燃烧某种燃料气来实现，转化用的蒸汽直接在装置上靠烟道气和转化气的热量制取。由于天然气蒸汽转化法制的合成气中，氢过量而一氧化碳与二氧化

6、碳量不足，工业上解决这个问题的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽转化法，以达到合适的配比，二氧化碳可以外部供应，也可以由转化炉烟道气中回收。另一种方法是以天然气为原料的二段转化法，即在第一段转化中进行天然气的蒸汽转化，只有约 1/4 的甲烷进行反应；第二段进行天然气的部分氧化，不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到 800以上，残留的甲烷量常州大学甲醇合成工艺可以减少，增加了合成甲醇的有效气体组分。天然气进入蒸汽转化炉前需进行净化处理清除有害杂质，要求净化后气体含硫量小于 0.1ml/m3。转化后的气体经压缩去合成工段合成甲醇。煤与焦炭是制造甲醇粗原料气的主要固体燃料。用煤和焦炭制甲醇

7、的工艺路线包括燃料的气化、气体的脱硫、变换、脱碳及甲醇合成与精制。用蒸汽与氧气(或空气、富氧空气) 对煤、焦炭进行热加工称为固体燃料气化，气化所得可燃性气体通称煤气是制造甲醇的初始原料气，气化的主要设备是煤气发生炉，按煤在炉中的运动方式，气化方法可分为固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法。国内用煤与焦炭制甲醇的煤气化般都沿用固定床间歇气化法，煤气炉沿用 UCJ 炉。在国外对于煤的气化，目前已工业化的煤气化炉有柯柏斯-托切克(Koppers-Totzek)、鲁奇 (Lurge)及温克勒(Winkler)三种。还有第二、第三代煤气化炉的炉型主要有德士古(Texaco)及谢尔-柯柏斯(Shell

8、-Koppers)等。用煤和焦炭制得的粗原料气组分中氢碳比太低，故在气体脱硫后要经过变换工序。使过量的一氧化碳变换为氢气和二氧化碳，再经脱碳工序将过量的二氧化碳除去。原料气经过压缩、甲醇合成与精馏精制后制得甲醇。工业上用油来制取甲醇的油品主要有二类：一类是石脑油，另一类是重油。原油精馏所得的 220以下的馏分称为轻油，又称石脑油。目前用石脑油生产甲醇原料气的主要方法是加压蒸汽转化法。石脑油的加压蒸汽转化需在结构复杂的转化炉中进行。转化炉设置有辐射室与对流室，在高温、催化剂存在下进行烃类蒸汽转化反应。重油是石油炼制过程中的一种产品。以重油为原料制取甲醇原料气有部分氧化法与高温裂解法两种途径。裂解

9、法需在 1400以上的高温下，在蓄热炉中将重油裂解，虽然可以不用氧气，但设备复杂，操作麻烦，生成炭黑量多。重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行燃烧反应，反应放热，使部分碳氢化合物发生热裂解，裂解产物进一步发生氧化、重整反应，最终得到以 H2、CO 为主，及少量 CO2、CH 4 的合成气供甲醇合成使用。与合成氨联合生产甲醇简称联醇，这是一种合成气的净化工艺，以替代我国不少合成氨生产用铜氨液脱除微量碳氧化物而开发的一种新工艺。联醇生产的工艺条件是在压缩机五段出口与铜洗工序进口之间增加一套甲醇合成的装置，包括甲醇合成塔、循环机、水冷器、分离器和粗甲醇贮槽等有关设备，工艺流程是压缩机五段出口气体先进人

10、甲醇合成塔，大部分原先要在铜洗工序除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔内与氢气反常州大学甲醇合成工艺应生成甲醇，联产甲醇后进入铜洗工序的气体一氧化碳含量明显降低，减轻了铜洗负荷；同时变换工序的一氧化碳指标可适量放宽，降低了变换的蒸汽消耗，而且压缩机前几段气缸输送的一氧化碳成为有效气体，压缩机电耗降低。联产甲醇后能耗降低较明显，可使每吨氨节电 50kw.h，节省蒸汽 0.4t，折合能耗为 200 万 kJ。联醇工艺流程必须重视原料气的精脱硫和精馏等工序，以保证甲醇催化剂使用寿命和甲醇产品质量。甲醇生产中所使用的多种催化剂，如天然气与石脑油蒸气转化催化剂、甲醇合成催化剂都易受硫化物毒害而失去活性，

11、必须将硫化物除净。气体脱硫方法可分为两类，一类是干法脱硫，一类是湿法脱硫。干法脱硫设备简单，但由于反应速率较慢，设备比较庞大。湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法与直接氧化法三类。粗甲醇中存在水分、高级醇、醚、酮等杂质，需要精制。精制过程包括精馏与化学处理。化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以分离的杂质，并调节 pH。精馏主要是除去易挥发组分，如二甲醚、以及难以挥发的组分，如乙醇高级醇、水等。常州大学甲醇合成工艺第二章 合成工段介绍第一节 概述甲醇生产的总流程长，工艺复杂。甲醇的合成是在高温、高压、催化剂存在下进行的，是典型的复合气-固相催化反应过程。随着甲醇合成催化剂技术的不断发展，目前总的

12、趋势是由高压向低、中压发展。高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂，在 300-400，30MPa 高温高压下合成甲醇的过程。自从 1923 年第一次用这种方法合成甲醇成功后，差不多有 50 年的时间，世界上合成甲醇生产都沿用这种方法，仅在设计上有某些细节不同，例如甲醇合成塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类；反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式；有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等。近几年来，我国开发了 25-27MPa 压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术，出口气体中甲醇含量 4左右，反应温度 230-290。ICI 低压甲醇法为英国 ICI 公司在 1966 年

13、研究成功的甲醇生产方法。从而打破了甲醇合成的高压法的垄断，这是甲醇生产工艺上的一次重大变革，它采用 51-1 型铜基催化剂，合成压力 5MPa。ICI 法所用的合成塔为热壁多段冷激式，结构简单，每段催化剂层上部装有菱形冷激气分配器，使冷激气均匀地进入催化剂层，用以调节塔内温度。低压法合成塔的型式还有联邦德国 Lurgi 公司的管束型副产蒸汽合成塔及美国电动研究所的三相甲醇合成系统。20 世纪 70 年代，我国轻工部四川维尼纶厂从法国 Speichim 公司引进了一套以乙炔尾气为原料日产 300 吨低压甲醇装置(英国 ICI 专利技术)。20 世纪 80 年代，齐鲁石化公司第二化肥厂引进了联邦德

14、国 Lurgi 公司的低压甲醇合成装置。中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的，由于低压法操作压力低，导致设备体积相当庞大，不利于甲醇生产的大型化。因此发展了压力为 10MPa 左右的甲醇合成中压法。它能更有效地降低建厂费用和甲醇生产成本。例如 ICI 公司研究成功了 51-2 型铜基催化剂，其化学组成和活性与低压合成催化剂 51-1 型差不多，只是催化剂的晶体结构不相同，制造成本比 51-1 型高贵。由于这种催化剂在较高压力下也能维持较长的寿命，从而使 ICI 公司有可能将原有的 5MPa 的合成压力提高到 l0MPa，所用合成塔与低压法相常州大学甲醇合成工艺同也是四段冷激式，其流程和设

15、备与低压法类似。本仿真系统是对低压甲醇合成装置中管束型副产蒸汽合成系统的甲醇合成工段进行的。第二节 工艺路线及合成机理2.2.1 工艺仿真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。2.2.2 合成机理

16、采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇，在合成塔内主要发生的反应是：CO2+3H2 CH3OH+H2O+49kj/molCO+ H2O CO2+H2+41kj/mol两式合并后即可得出 CO 生成 CH3OH 的反应式：CO+2H2 CH3OH+90kj/mol2.2.3 工艺路线甲醇合成装置仿真系统的设备包括蒸汽透平（T-601） 、循环气压缩机（C-601） 、甲醇分离器（F-602） 、精制水预热器（E-602） 、中间换热器（E-601） 、最终冷却器（E-603 ） 、甲醇合成塔（R-601） 、蒸汽包（F-601）以及开工喷射器（ X-601）等。甲醇合成是强放热常州大学甲醇

17、合成工艺反应，进入催化剂层的合成原料气需先加热到反应温度（210）才能反应，而低压甲醇合成催化剂（铜基触媒）又易过热失活(280)，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+H 2） ，使合成反应能够连续进行。反应放出的大量热通过蒸汽包F-601 移走，合成塔入口气在中间换热器 E-6

18、01 中被合成塔出口气预热至 46后进入合成塔 R-601，合成塔出口气由 255依次经中间换热器 E-601、精制水预热器 E-602、最终冷却器 E-603 换热至 40，与补加的 H2 混合后进入甲醇分离器 F-602，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 C-601，被压缩的循环气与补加的混合气混合后经 E-601 进入反应器 R-601。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

19、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 X601 来调节。系统压力主要靠混和气入口量 FRCA6001、H 2 入口量 FRCA6002、放空量 FRCA6004 以及甲醇在分离罐中的冷凝量来控制；在原料气进入反应塔前有一安全阀，当系统压力高于 5.7MPa 时，安全阀会自动打开，当系统压力降回 5.7MPa 以下时，安全阀自动关闭，从而保证系统压力不至过高。合成原料气在反应器入口处各组

20、分的含量是通过混和气入口量 FRCA6001、H 2 入口量 FRCA6002 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到稳态时的循环气的组成。调节组成的方法是：1.如果增加循环气中 H2 的含量，应开大 FRCA6002、增大循环量并减小 FRCA6001，经过一段时间后，循环气中 H2 含量会明显增大；2.如果减小循环气中H2 的含量，应关小 FRCA6002、减小循环量并增大 FRCA6001，经过一段时间后，循环气中 H2 含量会明显减小；3.如果增加反应塔入口气中 H2 的含量，应关小 FRCA6002 并增加常州大学甲醇合成工艺

21、循环量，经过一段时间后，入口气中 H2 含量会明显增大； 4.如果降低反应塔入口气中 H2的含量，应开大 FRCA6002 并减小循环量，经过一段时间后，入口气中 H2 含量会明显增大。循环量主要是通过透平来调节。由于循环气组分多，所以调节起来难度较大，不可能一蹴而就，需要一个缓慢的调节过程。调平衡的方法是：通过调节循环气量和混和气入口量使反应入口气中 H2/CO（体积比）在 7-8 之间，同时通过调节 FRCA6002，使循环气中 H2 的含量尽量保持在 79%左右，同时逐渐增加入口气的量直至正常（FRCA6001 的正常量为 14877NM3/H，FRCA6002 的正常量为 13804N

22、M3/H） ，达到正常后，新鲜气中H2 与 CO 之比（FFR6002）在 2.052.15 之间。2.2.4 设备简介透平 T-601：功率 655KW，最大蒸汽量 10.8T/H，最大压力 3.9MPa，正常工作转速13700r/m，最大转速 14385r/m。循环压缩机 C-601：压差约 0.5MPa，最大压力 5.8MPa。汽包 F-601：直径 1.4m，长度 5m，最大允许压力 5.0MPa，正常工作压力 4.3MPa，正常温度 250，最高温度 270。合成塔 R-601：列管式冷激塔，直径 2m，长度 10m，最大允许压力 5.8MPa，正常工作压力 5.2MPa，正常温度 255，最高温度 280 ；塔内布满装有催化剂的钢管，原料气在钢管内进行合成反应。分离罐 F-602：直径 1.5m，高 5m，最大允许压力 5.8MPa，正常温度 40，最高温度 100。疏水阀 V6013：当系统中产生冷凝水并进入疏水阀时，内置倒吊桶因自身重量处于疏水阀的下部。这时位于疏水阀顶部的阀座开孔是打开的。允许冷凝水进入阀体并通过顶部的孔排出阀体。当蒸汽进入疏水阀。倒吊桶向上浮起，关闭出口阀，不允许蒸汽外泄。当全部蒸汽通过吊桶顶部的小孔泄出，倒吊桶沉入水中，循环得以重复。