净化分厂工艺流程ppt课件.ppt

1,多伦煤化工工艺方案,备煤,Shell粉煤气化,气体净化,空 分,甲醇合成,锅炉,污水处理,硫回收,硫磺,精甲醇,LPG,甲醇精馏,粗汽油,燃料气,聚丙烯,丙烯,乙烯,循环水,壳牌气化：Shell气化炉，2870t/d，3台气体净化：CO变换、低温甲醇洗、克劳斯硫回收甲醇合成：鲁奇，Mega组合反应器，一套。丙烯/聚丙烯：鲁奇MTP工艺、聚丙烯工艺,MTP工艺,丙稀聚合,三合一项目简介,三合一项目指德国鲁奇公司（Lurgi）的合成气制取稀烃技术：合成气净化工艺（低温甲醇洗Rectisol、带尾气处理的氧克劳斯硫回收OxyClaus LTGT）、百万吨级甲醇合成工艺Mega Methanol和甲醇制丙稀工艺MTP（Methanol to Propylene）三项专有技术。,第一部分 一氧化碳变换,一氧化碳变换反应的基本原理 COH2OCO2H2Q 在1atm，25时，1molCO与水蒸气完全反应，Q为292KJ/mol 反应的特点是可逆，放热，反应前后气体体积不变，且反应速度比较慢，必需使用催化剂才可满足工业化要求的反应速度。变换的副反应：CO+H2=CH4+H2O 甲烷化反应 CO=CO2+C 析碳反应,CO变换的工艺目的,一氧化碳变换的任务，就是将多余的一氧化碳通过变换反应，转化为对甲醇合成反应有用的氢气，且生成的二氧化碳相比之下比较容易脱除。因此，一氧化碳变换即是原料气的净化，也是原料气的进一步制备的过程。shell粉煤气化工艺，CO含量高达60-70%（干基），而H2含量不足，通过变换反应，可将粗合成气中过高的CO转变成H2。再通过低温甲醇洗脱除H2S和大部分CO2，使精合成气氢碳比约为2.05，满足甲醇合成的需要。（H2-CO2）/（CO+CO2）2.052.1,CO变换工艺变革,工业中，一氧化碳变换变换反应均在催化剂存在下进行。20世纪60年代前，主要应用以Fe2O3为主体的催化剂，60年代以后，研究出了活性更高的新型变换催化剂，但这些催化剂的抗毒性比较差。随着国内近年来越来越多的先进煤气化工艺的采用，针对直接回收热能的激冷、废锅流程，以无法延续传统的先脱硫再变换的方法，这样势必造成大量因高温煤气化产生的热能白白损失掉，因此煤气化和渣油气化制取合成气的工艺，目前均采用耐硫变换催化剂。一氧化碳变换的工艺流程同样视原料和造气工艺的不同而不同，在早期（二十世纪三十四年代）的常压煤和焦炭气化工艺条件下，一氧化碳变换也在常压下进行，工艺流程比较复杂，五六十年代开始，合成气采用天然气、油田气、轻油加蒸汽转化工艺，普遍应用的是前脱硫的加压中温变换和中变串低变流程，七八年代的重油部分氧化、水煤浆加压工艺则采用的是耐硫中温变换流程，最近十年中，新建工厂则纷纷采用全低温变换流程，使一氧化碳变换的能量利用更合理，工艺更简化。,变换催化剂的选择,本工序采用Co-Mo系耐硫变换工艺，主要优点如下：Co-Mo耐硫宽温催化剂适用于原料气中硫含量较高的变换气，对原料气中硫只有最低要求，无上限，因此使后续的净化流程更为简单。Co-Mo耐硫催化剂起活温度较低，一般宽温变换催化剂起活温度为200，最高温度可耐480，采用合理耐硫变换催化剂可控制变换反应，以降低变换炉的床层热点温度。Co-Mo耐硫催化剂一般不受最低水气比限制，通常可通过外加蒸汽量的调节来控制变换反应。Co-Mo耐硫低变催化剂，起活温度180，在高于露点温度30的情况下低温操作，有利于变换反应，可节省大量外加蒸汽。,催化剂使用性能及业绩表,关于K8-11催化剂,K8-11原来是由BASF开发的使用在以煤和渣油工况下的高浓度CO变换工艺中，有较完整、可靠的动力学模型和实验数据。在抑制高温条件下CO发生甲烷化反应方面，K8-11有较丰富的经验。K8-11可使用在宽温变换和低温变换，国内最早引进的大型合成氨变换装置均采用K8-11，使用经验丰富。K8-11使用寿命一般在4-7年，使用初期和后期热点温度变化不超过30度。K8-11活性温度为280500度，而国产催化剂QCS或QDB为200500度，后者低温活性较好，但机械强度和质量都不如前者K8-11，新催化剂粉化较多。,本套变换的工艺特点,本项目一氧化碳变换工艺技术采用五环科技股份有限公司自主开发的高浓度一氧化碳变换技术，采用高水气比、部分变换工艺。由于高浓度的CO在耐硫变换催化剂、高温、低水汽比情况下会发生甲烷化副反应，因此，变换催化剂的分段不仅要防止甲烷化副反应的发生，而且要有利于节能。部分变换按如下方式设置：变换分二段，原料气中约30%的气量不经变换直接进除盐水预热器回收低位热量并调节出口CO含量，原料气中约23%的气量作为一段高温变换气的冷激气进第二变换炉、原料气中约50%的气量进第一变换炉，这样既节省高压蒸汽也避免甲烷化副反应的发生，同时也满足甲醇合成对CO浓度的要求，调节手段灵活。为充分利用变换反应高位热能，第一变换炉出口变换气进第二变换炉前用过热器加热来自煤气化工序的中压饱和蒸汽，在第二变换炉后设置一台低压废锅以回收变换余热。,去电厂,来自气化,中压蒸汽,分离器,过滤器,第一变换炉,第二变换炉,分离器,一氧化碳变换工艺流程简图,Raw Gas粗煤气,To Rectisol 去低温甲醇洗,To Gasification去气化界区,来自电厂脱盐水,1、粗煤气分离过滤Shell 煤气化来的粗煤气，温度为176、压力3.8MPa，气量为247244.48Nm3/h。进入粗煤气分离器，分离出冷凝水、煤灰后再进入粗煤气过滤器，进一步吸附过滤一些杂质后，分三路在两个变换炉中进行CO部分变换。2、升温、变换进第一变换炉的气量约为总煤气量的50%，此路气量受一/二变换炉负荷调节阀FV115101间接控制，依次经过工艺气预热器、蒸汽混合器、工艺气换热器升温到260，水气比为1.08进入第一变换炉。一变炉出口温度为456，经中压蒸汽过热器加热中压饱和蒸汽（送CO2压缩机透平），再经工艺气换热器、工艺气预热器壳程降温，同FV115101过来的23%的第二路冷激煤气混合，调整温度为253.6 进入二变炉，二变炉出口温度为369，经低压废锅回收高位热能。,CO变换简易流程概述（一）,CO变换简易流程概述（二）,3、变换气降温分离第三路约27%的煤气量，通过组分调节阀AV115101越过第一、第二变换炉，加到低压废锅出口变换气管线上，调节出界区CO到18.5%以适合甲醇生产。并与73%的二变气混合后通过第二、第一除盐水加热器回收低位热能，将275T/h的除盐水加热到130 送除氧水框架。经两级除盐水加热器和两级变换气分离器，变换气进入变换气水冷器冷却到40，再经第三变换气分离器分离工艺冷凝液后，将流量为262224NM3/h、压力为3.4Mpa变换气送低温甲醇洗装置。4、工艺冷凝液汽提变换冷凝液闪蒸槽来的工艺冷凝液在汽提塔中用低压蒸气汽提，塔底出来的工艺水中NH3含量小于80ppm，经工艺冷凝液冷却器冷却到40，冷凝液升压泵升压到0.6MPa、过滤后送煤气化装置回用。汽提塔顶部出来的汽提尾气（120，压力0.122MPa）在汽提尾气水冷器用循环水冷却到110后送尾气分离器，尾气分离器分离出来的冷凝液经回流泵送到汽提塔顶部作为回流，出尾气分离器的尾气经压力调节阀后去硫回收装置焚烧炉。,变换催化剂升温硫化,1、开工单元氧化态的Co-Mo变换催化剂只有硫化后才具有高活性，生产中催化剂必须在活性温度范围（一般200480）内才有催化活性，因此变换设置了一个开工单元，负责催化剂硫化、开车升温。本开工单元采用CS2作为硫化剂，采用循环氮气或合成气循环硫化，若用循环氮气硫化，则补加氨裂解氢气入开工单元。开工单元是一常压系统，由开工风机、开工加热炉、变换炉、氮气水冷器、氮气分离器构成一个循环圈，CS2贮槽提供CS2硫化剂，氨裂解炉提供氢气。变换炉升温或硫化所需热量由开工加热炉燃烧柴油提供，开工风机是一罗茨鼓风机。2、硫化反应原理CoO+H2S=H2O+CoS MoO3+H2+2H2S=MoS2+3H2O 硫化反应CS2+4H2=2H2S+CH4 CS2氢解反应 2NH3=3H2+N2 氨裂解反应3、催化剂反硫化现象钴钼催化剂中的活性组分硫化物与气体中的H2S存在以下的水解平衡反应 MoS22H2OMoO22H2S,一氧化碳变换工艺流程图,第二部 分低温甲醇洗,工艺原理低温甲醇洗的工艺是20世纪50年代德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化技术工艺，利用甲醇在低温条件下对酸性气体溶解度极大的特性，脱除原料气中的酸性气体。由于甲醇的蒸汽压较高，所以低温甲醇洗工艺在低温（-35-55）下操作，在低温下CO2与H2S的溶解度随温度下降而显著的上升，因而所需的溶剂量较少，装置的设备也较小。在-30下，H2S在甲醇中的溶解度为CO2的6.1倍，因此能选择性的脱除H2S，该工艺气体净化度高，可将变换气中CO2脱至小于20ppm,H2S小于0.1ppm，气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段、选择性的进行。,17,Datang 3 in 1 Plant-Operator Training 2009,I Process Description,Absorption&Regeneration,中压闪蒸塔,变换气,锅炉给水,氨洗塔,去水处理,净化合成气,甲醇洗涤塔,丙烯制冷,富CO2甲醇,富H2S甲醇,去再吸收塔,贫甲醇,去再吸收塔,闪蒸汽压缩机,变换气洗涤,BFW,Raw Gas,Raw Gas Condensate,Syn Gas to Unit 5200,Ammonia Scrubber,Absorber,Recompressor,MP-Flash Column,Raw Gas Final Cooler,原料气终冷器,CO2 Methanol Intercooler,To Reabsorber,CO2-laden methanol,H2S-laden methanol,低温甲醇洗工艺说明,1、变换气净化：来自变换装置的变换气送到低温甲醇洗装置经过换热器降温后进入洗氨塔，除去NH3和HCN。经过变换气最终冷却器，降温到20进入甲醇洗涤塔下部，H2S、CO2送往甲醇合成工序。2、甲醇液冷再生：甲醇洗涤塔中部和下部出来的甲醇液分别进入中压闪蒸塔，减压闪蒸的有效气体回收利用，甲醇液进入再吸收塔上部；再次减压闪蒸的CO2作为产品气送往煤气化，甲醇液进入再吸收塔下部，经过氮气气提后甲醇液进入热再生塔，气提的尾气经过尾气洗涤塔回收甲醇后放大气。,低温甲醇洗再 生 部 分,N2冷却器,再沸器,贫液泵,富H2S甲醇,富CO2甲醇,贫甲醇去洗涤塔,CO2产品,N2,再吸收塔,热再生塔,Claus气,来自精馏塔甲醇蒸气,去精馏塔塔,去尾气洗涤塔,蒸汽加热,贫/富甲醇换热器,富液泵,Hot Regenerator,Reabsorber,Nitrogen Cooler,Laden/Lean MethanolHeat Exchanger,Fine WashBooster Pump,Hot Regenerator Reboiler,去精馏塔塔,3、甲醇液热再生：热再生塔通过再沸器加热再生释放的酸气经过分离罐分离甲醇后上部引出克劳斯气体送往硫回收，下部再生后的甲醇液经过泵加压后送往甲醇洗涤塔循环使用。4、甲醇水分离：再生后的一小股甲醇进入甲醇水分离塔，通过再沸器加热达到甲醇和水的分离，顶部甲醇蒸汽回到热再生塔，底部分离水经过泵加压进入尾气洗涤塔。,再沸器,蒸汽加热,甲醇蒸汽去热再生塔,贫甲醇,含水粗甲醇,进料泵,板式换热器,洗涤水泵,脱盐水,去废水水处理,尾气放空,再吸收塔来的气体,甲醇水分离塔,低温甲醇洗甲醇水分离与尾气处理,Methanol Water Column,Methanol WaterColumn Reboiler,Wash Water Pump,Impure Water Cooler,WDM,to atm.,Process Waste Water,Methanol WaterColumn Feed Pump,METHANOL WATER,MWC OVERHEAD GAS,REHEATED OFF GAS,低温甲醇洗理解,从功能上可分理解为三大块：吸收、再生、热交换。甲醇再生方式：减压闪蒸、气提、热再生从设备管线所处温度分为冷区（T02-T04塔及换热器）、热区（T05、T06塔及再沸器）从系统压力上分为三个区：高压区：T01、T02和E01E04换热器中压区中压区：T03和循环气压缩机等设备 低压区：T04T07塔及换热器再吸收塔T04塔是回收CO2产品气的（送气化压缩后作为煤粉载气），称为再吸收是吸收CO2产品气和尾气中微量H2S。T02甲醇吸收塔有两种洗涤甲醇：主洗甲醇和精洗甲醇。T02塔从上到下分为CO2吸收段、H2S吸收段、预洗段。T03塔从上到下为,24,Datang 3 in 1 Plant-Operator Training 2009,Bubble Cap Trays,25,Datang 3 in 1 Plant-Operator Training 2009,Valve Trays,26,Datang 3 in 1 Plant-Operator Training 2009,Multi Pass Trays,27,Datang 3 in 1 Plant-Operator Training 2009,Sieve Trays,第三部分 克劳斯硫回收,克劳斯工艺原理H2S+1/2 O2=S+H2OH2S+3/2 O2=SO2+H2O2H2S+SO2=3S+2H2OLurgi 尾气处理LTGT技术SO2+H2=H2S+2H2O,项目采用工艺,本项目采用鲁奇专利的两级氧克劳斯（OXYCLAUS）硫回收工艺加LTGT（Lurgi Tail Gas Treatment）尾气处理技术，处理能力可达传统工艺的200，总硫回收率可达99.8%以上。硫磺产品的指标如下：,Sulfur degassing tank,OXYCLAUS SULFUR RECOVERY,Fuel gas,Claus gas,OXY.,Boiler feed water,Air,LP.vapor,Boiler feed water,LP.Vapor,To sulfur mold change,Sulfur separator,Fir.Claus Reactor,Sec.Claus Reactor,Heat Exchanger,Combustion furnace,Waste heat boiler,Pump,To combustion furnace,锅炉给水,燃料气,燃烧炉,硫磺脱气池,去硫磺成型,锅炉给水,硫磺分离器,去尾气焚烧,二级克劳 斯反应器,低压蒸汽,一级克劳斯反应器,废热锅炉,去焚烧炉,克劳斯气,氧气,空气,低压蒸汽,氧克劳斯硫回收,克劳斯技术应用,克劳斯硫回收工艺是1883年由CLAUS提出的，并在20世纪初实现工业化，此法回收硫的基本反应如下：H2S1/2O2=S+H2O(1)H2S+3/2O2=SO2+H2O(2)2H2S+SO2=3S+2H2O(3)以上反应均是放热反应，反应（1）、（2）在燃烧炉中进行，不同的工艺对温度控制的要求有所不同，在11001600之间，通过严格控制空气量的条件下将硫化氢燃烧成二氧化硫，并生成部分产品硫，同时为克劳斯催化反应提供H2S/SO2为2/1的混合气体。燃烧炉通过控制反应温度和气体在炉中的停留时间（燃烧炉尺寸）使反应接近热平衡。反应（3）在克劳斯反应器中进行，通过Al2O3基或相当的催化剂床层反应生成单质硫。此外，反应器中还发生COS、CS2的水解反应：CS2+H2O=H2S+CO2COS+H2O=H2S+CO,克劳斯工艺类型：常规的克劳斯工艺流程有三种类型：1）部分燃烧法：，即全部酸性气体一次通过燃烧炉，配入按酸气中H2S总量1/3所需要的空气量，生成H2S/SO2为22.4的混合气体，然后全部通过装有催化剂的反应器将H2S转化为单质硫。此法适用于H2S浓度高（50）的酸性气体。2）分硫法：将1/3的酸性气体通过燃烧炉，加入空气将H2S完全燃烧为SO2，而后与其余2/3的酸性气体混合进入反应器。此法适用于HS浓度为20左右的酸性气体。3）燃硫法：将酸性气体经过加热炉先预热，用燃烧炉产品硫燃烧生成的SO2混合进入反应器，此法适用于H2S浓度低于15的酸性气体。常规克劳斯工艺硫回收率只能达到9697左右，经过改进后可达98。近年来为提高装置效能，降低排放污染，又开发出了很多新的工艺路线，例如低温克劳斯法（亚露点工艺）、直接选择氧化法（Sectectox工艺）、冷床吸附工艺，以及富氧燃烧加深冷器技术的SUPERCLAUS、EUROCLAUS工艺等，催化剂在传统的Al2O3基催化剂外，又开发了活性更好，寿命更长、耐硫酸盐化的TiO2、SiC基催化剂，克劳斯反应器也开始由绝热反应器向热效率更高，流程更简化的等温反应器（Linde工艺）发展。,燃烧炉反应,来自低温甲醇洗酸性气体（10544.6NM3/h、25、0.19MPa）经酸气分离器（D45001）分离出冷凝的酸性冷凝液。硫回收工艺要求酸性气中含水量低于1%（W）。因为水进入硫磺回收装置会造成危害。之后，酸气送入氧克劳斯燃烧器（B45001）烧嘴，酸气、空气和氧气按低于化学计量比的配比进行混合，空气由鼓风机（C45001）提供，氧气来自空分装置，与酸气混合，并在燃烧炉（D45002）进行如下燃烧反应：H2S1/2O2=S+H2O(1)H2S+3/2O2=SO2+H2O(2)利用鲁奇专有的特殊设计燃烧器，氧气和酸气一起在极高温度的火焰芯部燃烧，同时在火焰周围引入空气使其余酸气燃烧。当接近热力学平衡时，高温火焰芯部的H2S裂解为氢和硫，CO2被还原为CO。燃烧温度在11001500，通过控制反应温度和气体在炉内的停留时间（燃烧炉尺寸）使反应接近热平衡。炉壁温度应高于SO3的露点温度，以免生成硫酸腐蚀耐火砖。鲁奇提供的炉壁设计温度为350，操作中应不低于150。废热锅炉（E45001）直接与燃烧炉相连，将燃烧后的过程气冷却到约240，此时有近65的总硫被转换，大约35的H2S已转化为SO2，其他转化为气相态的单质硫，通过废热锅炉降温可冷凝出部分硫蒸汽，回收的热量用来产生0.8MPa的饱和低压蒸汽。为控制进入克劳斯反应器的温度，部分过程气可以从废热锅炉直接引出，通过中心管到三通控制阀（J45001），保证废热锅炉的出口温度符合要求。,35,OxyClaus Burner B-45001,1)Burner control system for the acid gas combustion in single lances with individual concentric air/oxygen supply,36,OxyClaus Burner B-45001,2)Burner control system for fuel gas and air in central burner muffle.Steam injection to avoid soot formation,氧克劳斯工艺特点：传统的克劳斯硫回收工艺中，酸气中的硫化氢直接与空气燃烧，利用空气意味着有2/3的氮气通过。增加空气中的氧浓度，有助于提高现有装置的尾气处理能力，并降低尾气处理的占地空间和基建费用。但富氧燃烧受反应温度、耐火材料、废热锅炉效率等因素制约。因此，富氧燃烧的技术关键有两点：一是采用特殊设计的烧嘴（燃烧器），以保持火焰平稳，二是炉温的控制，保证燃烧温度不超过燃烧炉耐火材料上限温度。,38,OxyClaus Burner B-45001,OxyClaus burner with fuel gas-and pilot burner,催化反应,在克劳斯反应器中进行反应：2H2S+SO2=3S+2H2O和COS、CS2的水解反应，通过Al2O3基或相当的催化剂床层反应生成单质硫。在温度低于600时，Claus反应吸热，水解反应放热，硫化氢的平衡转化率和反应温度的关系如下图所示。,从图中可知，催化区温度低对提高硫回收率有利，但反应温度过低会造成液态硫析出，催化剂活性降低、COS、CS2水解反应无法进行。因此通常一级Claus反应器入口温度控制在220250，床层温度控制在300，这样硫回收可达65，COS、CS2水解率在50以上，二级反应可控制较低的温度，硫回收在70，剩余的COS、CS2留待尾气回收处理。反应器入口温度根据不同的流程布置、硫回收率和原料气组成通常按如下考虑：1）230245（如需水解反应，再提高5080）2）200220（如需水解反应，再提高20）2）188210温度控制的基本原则是反应温度要高于该压力下硫蒸汽的露点，出口温度必须高于硫的露点至少10，但不宜控制过高，否则会造成硫的损失。,催化反应,