煤氣化合成氣凈化工序工藝流程

空分培訓(xùn)教材一、工藝原理空氣中的主要成分是氧20.93（v）%和氮78.13（v）%，它們分別以分子狀態(tài)存在。

氧是地球上一切有機(jī)生命體賴(lài)以生存的物質(zhì)。它很容易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成氧化物，在氧化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量。因此，氧作為氧化劑和助燃劑在冶金、化工、能源、機(jī)械、國(guó)防工業(yè)等部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。在我廠(chǎng)合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，氧氣用于煤粉的氣化工序，以強(qiáng)化工藝過(guò)程，提高化肥產(chǎn)量。

空氣中的氧、氮等分子是均勻地相互摻混在一起的，要將它們分開(kāi)是較困難的，目前主要有3種分離方法。1.1低溫法

要將空氣液化，需將空氣冷卻到100K以下的溫度，這種制冷叫深度冷凍;而利用沸點(diǎn)差將液空分離的過(guò)程叫精餾過(guò)程.低溫法實(shí)現(xiàn)空氣分離是深冷與精餾的組合，是目前應(yīng)用最為廣泛的空氣分離方法。低溫法分離空氣設(shè)備均由以下四大部分組成：空氣壓縮、膨脹制冷；空氣中水份、CO2等雜質(zhì)的去除；空氣通過(guò)換熱冷卻、液化；空氣精餾、分離；先將空氣通過(guò)壓縮、膨脹降溫.直至空氣液化，再利用氧、氮的氣化溫度(沸點(diǎn))不同.沸點(diǎn)低的氮相對(duì)于氧要容易氣化這個(gè)特性，在精餾塔內(nèi)讓溫度較高的蒸氣與溫度較低的液體不斷相互接觸，液體中的氮較多地蒸發(fā)，氣體中的氧較多地冷凝.使上升蒸氣中的含氮量不斷提高，下流液體中的含氧量不斷增大，以此實(shí)現(xiàn)將空氣分離。低溫精餾方法可以通過(guò)若干物理過(guò)程來(lái)達(dá)到，這些過(guò)程包括：空壓機(jī)，其最基本的作用是使流體有能力沿工藝線(xiàn)路流動(dòng)；采用物理吸附法，脫除掉所有可能在低溫下固化的雜質(zhì)；換熱器：用以使空氣降溫和復(fù)熱產(chǎn)品氣體；產(chǎn)冷：為了開(kāi)車(chē)啟動(dòng)期間的逐漸降溫；補(bǔ)償系統(tǒng)的冷損：空氣與產(chǎn)品氣之間的溫差，產(chǎn)液體，裝置的跑冷損失；脫除所有易與氧發(fā)生危險(xiǎn)反應(yīng)的有害雜質(zhì)（如碳?xì)浠衔铮?；低溫分離工藝（精餾）；1.2吸附法

它是讓空氣通過(guò)充填有某種多孔性物質(zhì)---分子篩的吸附塔，利用分子篩對(duì)不同的分子具有選擇性吸附的特點(diǎn)，有的分子篩對(duì)氮具有較強(qiáng)的吸附性能，讓氧分子通過(guò)，因而可得到純度較高的氧氣;有的分子篩(碳分子篩等)對(duì)氧具有較強(qiáng)的吸附性能，讓氮分子通過(guò)，因而可得到純度較高的氮?dú)狻?.3膜分離法它是利用一些有機(jī)聚合膜的滲透選擇性，當(dāng)空氣通過(guò)薄膜(0.lμm)或中空纖維膜時(shí)，氧氣穿過(guò)薄膜的速度約為氮的4-5倍，從而實(shí)現(xiàn)氧、氮的分離，這種方法裝置簡(jiǎn)單，操作方便，啟動(dòng)快，投資少，規(guī)模也只宜中、小型。變換培訓(xùn)教材材一、變換崗位位的生產(chǎn)任務(wù)務(wù)1.1、本工工序的主要任任務(wù)是使一氧氧化碳與水蒸蒸氣在高溫下下借助催化劑劑的作用轉(zhuǎn)化化成二氧化碳碳和氫氣，既既除去了對(duì)合合成氨有害的的一氧化碳?xì)鈿怏w，又為合合成氨制取了了原料氣所需需要的氫氣，，使總變換率率大于95％％。1.2、回收收反應(yīng)熱副產(chǎn)過(guò)熱蒸汽汽S1，其中過(guò)熱蒸蒸汽產(chǎn)量為22.1t/h；副產(chǎn)飽和蒸汽汽S3和S4；預(yù)熱脫鹽水和和熱回收崗位位的高壓鍋爐爐給水。1.3、輸送送變換冷凝液液去06、07、08工工序；1.4、氣提提冷凝液中的的氨，防止銨銨鹽在系統(tǒng)中中累積，尾尾氣送往火炬炬燒掉二、生產(chǎn)工藝藝簡(jiǎn)述2.1來(lái)來(lái)自氣化工序序被蒸汽充分分飽和的工藝藝氣（6.26MPaG，243℃），經(jīng)氣氣液分離器分分離掉夾帶的的液體后，經(jīng)經(jīng)過(guò)預(yù)熱，溫溫度至290℃左右，，然后進(jìn)入第第一變換爐（（R0901），在爐內(nèi)內(nèi)氣體發(fā)生如如下化學(xué)反應(yīng)應(yīng)：CO+H2O≈CO2+H2+Q此反應(yīng)為放熱熱反應(yīng)，采用用高壓耐硫鈷鈷鉬催化劑。。出第一變換爐爐（R0901）的氣體體溫度為463℃，一氧氧化碳降至6.18％左左右，經(jīng)換熱熱降溫至270℃左右，，進(jìn)入二段變變換爐（R0902），，繼續(xù)與水蒸蒸汽發(fā)生變換換反應(yīng)：CO+H2O≒CO2+H2+Q出第二變換爐爐的氣體，CO含量降至至1.5%，，經(jīng)過(guò)降溫溫分離后送至至低溫甲醇洗洗脫硫脫碳。。2.2產(chǎn)產(chǎn)品及副副產(chǎn)品規(guī)格１、產(chǎn)品：工工藝氣1）、生產(chǎn)30萬(wàn)噸合成成氨/年時(shí)，，變換氣成份份組成和數(shù)量量如下：流量：155010Nm3/h溫度：≤40℃壓力：5.50MPaG主要組成：H2：54.0%CO2：43.40%CO：≤1.5%２）、生產(chǎn)20萬(wàn)噸甲甲醇/年時(shí)，，變換氣成成份組成和數(shù)數(shù)量如下：流量：98765.78Nm3/h溫度：≤40℃壓力：5.50MPaG主要組成：H2：46.17％CO2：33.80％CO：18.00％％３）、生產(chǎn)精精制煤氣時(shí)，，氣體規(guī)格為為水煤氣流量：：18000Nm3/h溫度：≤40℃壓力：5.53MPaG主要組成：H2：35.02％CO2：18.55％CO：45.6856％2、副產(chǎn)品1）、中壓蒸蒸汽S1：壓力：4.0MPaG溫度：425℃2）、低壓蒸蒸汽S3和S4：壓力：0.35MPaG和1.0MPaG溫度：飽和3、鍋爐給水水、冷熱密封封水：1）、高壓鍋鍋爐給水（BW）：經(jīng)過(guò)過(guò)變換崗位的的鍋爐給水加加熱器E0904后：壓力：5.2MPaG溫溫度：225℃2)、低壓鍋鍋爐給水（BW）：壓力：1.3MPaG溫溫度：132℃3）、熱密封封水（SW））：壓力：8.3MPaG溫溫度：132℃4)、冷密密封水（EW）：壓力：8.3MPaG溫溫度：40℃三、熱回收工工藝原理3.1熱回收崗位主主要向本工序序和其他工序序供應(yīng)鍋爐給給水、冷、熱熱密封水。由脫鹽水站來(lái)來(lái)的脫鹽水經(jīng)經(jīng)變換崗位預(yù)預(yù)熱后，大部部分水送熱電電廠(chǎng)，其余部部分送熱回收收崗位進(jìn)行高高壓除氧。熱熱回收除氧崗崗位采用0.35MPaG的S3蒸汽加熱脫鹽鹽水，進(jìn)行行熱力除氧。。3.2熱力力除氧的原理理是依據(jù)亨利利定律，即任任何氣體在水水中的溶解度度與此氣體在在氣水分界面面上的分壓成成正比，對(duì)應(yīng)應(yīng)壓力下飽和和溫度的水，，水蒸汽分壓壓達(dá)到最大，，而氣體的分分壓達(dá)到最小小。熱回收同時(shí)采采用化學(xué)除氧氧除掉鍋爐給給水中的殘余余氧，進(jìn)一步步降低鍋爐給給水中的氧含含量，以保證證向本崗位和和其他崗位輸輸送合格的鍋鍋爐給水及冷冷熱密封水。。低溫甲醇洗培培訓(xùn)教材一、甲醇洗裝置置的工藝原理理1.1低低溫甲醇洗是是指甲醇在一一定壓力和低低溫下，把變變換氣中所含含的酸性氣體體如CO2、H2S、COS和硫硫醇等脫除的的工藝過(guò)程。。由于甲醇吸吸收酸性氣體體的過(guò)程沒(méi)有有化學(xué)反應(yīng)發(fā)發(fā)生，因此屬屬物理吸收。。1.2甲醇醇吸收了CO2、H2S、COS等酸酸性氣體，需需進(jìn)一步再生生循環(huán)使用，，再生有三種種方法：1）減壓解吸法，即吸收了溶溶質(zhì)的溶劑，，通過(guò)節(jié)流和和降低系統(tǒng)的的總壓（甚至至到負(fù)壓），，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的的解吸。2）氣提解吸法，即導(dǎo)入惰性性氣，降低溶溶質(zhì)分壓，實(shí)實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的解解吸。3）加熱解吸法，即用外來(lái)的的熱量把溶劑劑加熱到沸騰騰，使溶質(zhì)在在溶劑中的溶溶解量為零。。本廠(chǎng)使用氮?dú)鈿馓峤馕ā?.3低溫溫甲醇洗的吸吸收動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)吸吸收過(guò)程的速速率只取決于于二氧化碳的的擴(kuò)散速率，，在相同的條條件下硫化氫氫的吸收速率率約為二氧化化碳吸收速率率的10倍。。溫度降低時(shí)時(shí)吸收速率緩緩慢減小。二、低溫甲醇醇洗生產(chǎn)工藝藝流程及其分分析2.1(1)甲醇洗工工藝流程配置置主要應(yīng)考慮慮以下問(wèn)題：：(a)保證凈凈化氣的凈化化指標(biāo)。(b)保證甲甲醇的充分再再生。(c)要保證證所回收的二二氧化碳產(chǎn)品品的純度，以以滿(mǎn)足尿素或或下游工序?qū)?duì)二氧化碳的的要求。(d)溶液熱熱再生時(shí)放出出的硫化氫氣氣體要符合下下游工序要求求。(e)吸收時(shí)時(shí)溶液要求低低溫、加壓。。(f)注意防防止系統(tǒng)中水水分的積累，，甲醇蒸餾塔塔的脫水能力力要足夠，避避免甲醇中水水分含量增長(zhǎng)長(zhǎng)，影響吸收收效果。(g)排放物物要符合規(guī)定定的指標(biāo)，排排放尾氣中的的硫化氫含量量與排放水中中的甲醇含量量不能超過(guò)排排放標(biāo)準(zhǔn)；(h)要有安安全防護(hù)和防防腐措施；(i)要有一一定的操作彈彈性和必要的的操作控制手手段；(j)要適應(yīng)應(yīng)開(kāi)停車(chē)生產(chǎn)產(chǎn)操作的特點(diǎn)點(diǎn)和要求。2.2工藝流流程凈化部分采用用的低溫甲醇醇洗流程主要要有兩種類(lèi)型型，即兩步法法與一步法。。前者用低溫溫甲醇洗預(yù)先先脫硫，在CO變換后，，再用低溫甲甲醇洗脫除二二氧化碳；而而后者在耐硫硫變換之后，，用低溫甲醇醇洗同時(shí)進(jìn)行行脫硫和脫碳碳。制氨中同時(shí)脫脫除硫化氫與與二氧化碳的的一步法低溫溫甲醇洗流程程如圖6-9所示。2.3工藝條條件確定的主主要依據(jù)(1)吸收壓壓力由原料氣制備備所采用的技技術(shù)路線(xiàn)決定定。(2)吸收溫溫度吸收溫度對(duì)酸酸性氣體在甲甲醇中的溶解解度影響很大大。溫度越低低．酸性氣體體的溶解度越越大。壓力確確定后，凈化化氣的最終凈凈化指標(biāo)與吸吸收溫度有關(guān)關(guān)，而由氣液液平衡決定。。由于吸收過(guò)過(guò)程中有溶解解熱放出，因因此要保證吸吸收塔的溫度度條件，就應(yīng)應(yīng)考慮吸收液液的冷卻問(wèn)題題。(3)溶液的的最小循環(huán)量量和吸收塔的的液氣比L／／G(4)凈化氣氣中有害組分分的濃度與再再生條件(6)再生解解吸的工藝條條件中間解吸的壓壓力與溫度的的選擇，其準(zhǔn)準(zhǔn)則是二氧化化碳、硫化氫氫等待脫除組組分的解吸量量最小的情況況下，使氫氣氣等有用組分分盡可能完全全地解吸出來(lái)來(lái)。由于氫氣氣在甲醇中的的溶解度有其其特殊性，中中間解吸前使使溶液溫度降降低對(duì)氫的回回收是有利的的，同時(shí)又可可減少二氧化化碳、硫化氫氫組分的解吸吸。二氧化碳解吸吸時(shí)壓力低是是有利的，但但考慮到下游游工序如尿素素生產(chǎn)等對(duì)二二氧化碳?xì)獾牡膲毫σ?，，二氧化碳解解吸塔的壓力力一般不低于于?.3MPa。二氧氧化碳解吸的的溫度條件還還要考慮到可可能引起的硫硫化氫對(duì)二氧氧化碳產(chǎn)品污污染與甲醇溶溶劑的損失。。三、甲醇溶劑劑與其它溶劑劑相比有如下下的優(yōu)點(diǎn)：3.1、在低溫、高高壓下，甲甲醇吸收酸酸性氣體的的量遠(yuǎn)大于于對(duì)N2，CO，H2，CH4等的量，即即選擇性好好，從而大大大降低了了甲醇的循循環(huán)量和減減少了有效效氣體H2和CO的損損失。3.2、甲醇在低溫溫下平衡蒸蒸汽壓低，，故甲醇損損失少。3.3、甲醇的化學(xué)學(xué)穩(wěn)定性好好、冰點(diǎn)低低。3.4、甲醇的粘度度小和腐蝕蝕性小。3.5、甲醇的吸收收能力大（（約是水的的100倍倍，苯菲爾爾化學(xué)溶劑劑的10倍倍），且價(jià)價(jià)廉易得。。但甲醇溶劑劑也有如下下的缺點(diǎn)：：1）因其工工藝是在低低溫下操作作，因此設(shè)設(shè)備的材質(zhì)質(zhì)要求高。。2）為降低低能耗，回回收冷量，，換熱設(shè)備備特多從而而使流程變變長(zhǎng)。3）甲醇有有毒，會(huì)影影響人的健健康。四、低溫甲醇洗洗工序的流流程：4.1甲甲醇吸收收變換氣中中的酸性氣氣體，采用用加壓吸收收；為降低低吸收溫度度，把吸收收了酸性氣氣體的富甲甲醇，采用用先預(yù)冷再再減壓解吸吸，以得到到更低的系系統(tǒng)溫度，，并通過(guò)熱熱量交換使使凈甲醇的的吸收溫度度降低；4.2為為回收變變換氣中的的CO2，設(shè)置了單單獨(dú)的產(chǎn)品品CO2塔，以在富富甲醇解吸吸時(shí)，CO2在此塔中釋釋出；4.3為為使吸收了了酸性氣體體的富甲醇醇中的H2S、COS等等得到濃縮縮，則利用用H2S、COS等等在溶劑中中溶解度更更高的條件件，采用了了氮?dú)鈿馓崽峤馕?，達(dá)達(dá)到H2S、COS等等得到濃縮縮目的；4.4、為為保證吸收收后所得凈凈化氣體的的凈化度到到20ppm（對(duì)于于CO2）,最終采采用了把甲甲醇加熱到到沸點(diǎn)解吸吸，解吸后后的甲醇，，不再溶解解有任何酸酸性氣體，，將此凈甲甲醇經(jīng)與低低溫的富甲甲醇換冷后后，送到吸吸收塔進(jìn)行行吸收，確確保凈化氣氣體的凈化化度到20ppm（對(duì)于CO2）。液氮洗培訓(xùn)訓(xùn)教材一、工藝原原理液氮洗工序序的工藝原原理包括：：吸附原理理、混合制制冷原理及及液氮洗滌滌原理。1）吸附原原理吸附是一種種物理現(xiàn)象象，不發(fā)生生化學(xué)變化化。由于分分子間引力力作用，在在吸附劑表表面產(chǎn)生一一種表面力力。當(dāng)流體體流過(guò)吸附附劑時(shí)，流流體與吸附附劑充分接接觸，一些些分子由于于不規(guī)則運(yùn)運(yùn)動(dòng)而碰撞撞在吸附劑劑表面，有有可能被表表面力吸引引，被吸附附到固體表表面，使流流體中這種種分子減少少，達(dá)到凈凈化的目的的。分子篩對(duì)極極性分子的的吸附力遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非非極性分子子，因此，，從低溫甲甲醇洗工序序來(lái)的氣體體中CO2、CH3OH因其極極性大于H2，就被分子子篩選擇性性地吸附，，而H2為非極性分分子，因此此分子篩對(duì)對(duì)H2的吸附就比比較困難。。被吸附到到吸附劑表表面上的分分子達(dá)到一一定量，即即達(dá)到了吸吸附平衡吸吸附劑達(dá)到到了飽和狀狀態(tài)。2）混合制制冷原理在一定條件件下，將一一種制冷工工質(zhì)壓縮至至一定壓力力，再節(jié)流流膨脹，產(chǎn)產(chǎn)生焦耳-湯姆遜效效應(yīng)（J-T效應(yīng)））即可進(jìn)行行制冷?？瓶茖W(xué)實(shí)踐已已經(jīng)證明：：“將一種種氣體在足足夠高的壓壓力下與另另一種氣體體混合，這這種氣體也也能制冷””。這是因因?yàn)樵谙到y(tǒng)統(tǒng)總壓力不不變的情況況下，氣體體在摻入混混合物中后后分壓是降降低的，相相互混合氣氣體的主要要組分（如如H2與N2、CO、CH4、Ar等））的沸點(diǎn)至至少平均相相差33℃℃，最好好相差57℃，這樣樣更有利于于低沸點(diǎn)組組分H2的提純和低低、高沸點(diǎn)點(diǎn)組份的分分離，并且且消耗也低低。液氮洗工序序就運(yùn)用了了上述原理理。在換熱熱器中用來(lái)來(lái)自氮洗塔塔的產(chǎn)品氮氮洗氣，冷冷卻進(jìn)入本本工序的高高壓氮?dú)夂秃蛠?lái)自低溫溫甲醇洗的的凈化氣；；而在氮洗洗塔中，使使凈化氣和和液氮成逆逆流接觸；；在此過(guò)程程中，不僅僅將凈化氣氣中的CO、CH4、Ar等洗洗滌下來(lái)，，同時(shí)也配配入部分氮氮?dú)?。但這部分氮氮?dú)獠⒉荒苣苁钩龅聪此漠a(chǎn)品品氣體中H2/N2達(dá)到到3:1，，因因此此，，還還有有另另外外一一種種配配氮氮方方式式（（此此配配氮氮過(guò)過(guò)程程是是在在換換熱熱器器之之間間完完成成的的，，使使H2/N2最終終達(dá)達(dá)到到3:1送送合合成成工工序序生生產(chǎn)產(chǎn)合合成成氨氨；；同同時(shí)時(shí)，，在在整整個(gè)個(gè)氮氮?dú)鈿馀c與凈凈化化氣氣體體混混合合的的過(guò)過(guò)程程中中，，使使PN2＝5.9MPaG配配到到凈凈化化氣氣中中,其其分分壓壓下下降降為為PN2＝1.3MPaG,產(chǎn)產(chǎn)生生J-T效效應(yīng)應(yīng)而而獲獲得得了了液液氮氮洗洗工工序序所所需需的的絕絕大大部部分分冷冷量量。。3））液液氮氮洗洗滌滌原原理理液氮氮洗洗滌滌近近似似于于多多組組分分精精餾餾，，它它是是利利用用氫氫氣氣與與CO、、Ar、、CH4的沸沸點(diǎn)點(diǎn)相相差差較較大大，，將將CO、、CH4、Ar從從氣氣相相中中溶溶解解到到液液氮氮中中，，從從而而達(dá)達(dá)到到脫脫除除CO、、CH4、Ar等等雜雜質(zhì)質(zhì)的的目目的的，，此此過(guò)過(guò)程程是是在在液液氮氮洗洗工工序序的的核核心心設(shè)設(shè)備備——氮氮洗洗塔塔中中完完成成的的。。由由于于氮氮?dú)鈿夂秃鸵灰谎跹趸继嫉牡臍鈿饣瘽摑摕釤岱欠浅３＝咏咏?，，因因此此，，可可以以基基本本認(rèn)認(rèn)為為液液氮氮洗洗滌滌過(guò)過(guò)程程為為一一等等溫溫過(guò)過(guò)程程。。下表表為為液液氮氮洗洗工工序序中中涉涉及及到到的的氣氣體體之之有有關(guān)關(guān)物物性性參參數(shù)數(shù)。。從上上表表可可以以看看出出，，各各組組分分的的臨臨界界溫溫度度都都比比較較低低，，氮氮的的臨臨界界溫溫度度為為-147.1℃℃（（其其他他組組分分可可見(jiàn)見(jiàn)上上表表）），，從從而而決決定定了了液液氮氮洗洗滌滌必必須須在在低低溫溫下下進(jìn)進(jìn)行行。。從從各各組組分分的的沸沸點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)可可以以看看出出，，H2的沸沸點(diǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低低于于N2及其其它它組組分分，，也也就就是是說(shuō)說(shuō)，，在在低低溫溫液液氮氮洗洗滌滌過(guò)過(guò)程程中中，，CH4、Ar、、CO容容易易溶溶解解于于液液氮氮中中，，而而原原料料氣氣體體中中的的氫氫氣氣，，則則不不易易溶溶解解于于液液氮氮中中，，從從而而達(dá)達(dá)到到了了液液氮氮洗洗滌滌凈凈化化原原料料氣氣體體中中CH4、Ar和和CO的的目目的的。。硫回回收收培培訓(xùn)訓(xùn)教教材材（一一））工工藝藝原原理理克勞勞斯斯法法回回收收硫硫的的基基本本反反應(yīng)應(yīng)如如下下：：H2S＋＋1／／2O2→S＋＋H2O（（1））H2S＋＋3／／2O2→SO2＋H2O（（2））2H2S＋＋SO2→3S＋＋2H2O（（3））反應(yīng)應(yīng)（（1））（（2））在在燃燃燒燒室室中中進(jìn)進(jìn)行行，，在在溫溫度度1150℃℃－－1300℃℃，，壓壓力力0.06MPa和和嚴(yán)嚴(yán)格格控控制制氣氣量量的的條條件件下下，，將將硫硫化化氫氫燃燃燒燒成成二二氧氧化化硫硫，，為為催催化化反反應(yīng)應(yīng)提提