甲醇项目部合成车间培训资料
工艺流程叙述
压缩机岗位
1 岗位任务
宁夏宝丰能源集团有限公司焦化废气综合利用制烯烃项目甲醇合成装置的离心式合成气/循环气压缩机机组采用“一拖二”模式，即一台汽轮机带动两台压缩机（合成气压缩机和循环气压缩机）；甲醇合成装置压缩机组由离心压缩机（2BCL808）、汽轮机（NK63/71）、润滑调节油站、28XP型带中间进气的串联式干气密封、联轴器和调节阀门等设备组成，共同实现向甲醇合成塔输送合成气和循环气的要求；压缩机由沈阳鼓风机集团股份有限公司设计制造，原动机采用杭州汽轮机股份有限公司设计生产的工业汽轮机。 2 工艺概述 2.1 装置特点
2.1.1 该压缩机组为合成反应器提供合成气及循环气，具有等温、运行平稳、可靠、效率高等特点。
2.1.2 该机组同时配套了完善的辅机系统，包括自控系统、低压电控系统、润滑油、调节油系统、28XP型串联式干气密封、管路阀门系统、凝结水排放系统等。
2.1.3 压缩机的防喘振调节：压缩机工作时，如果工艺系统管网阻力增加，使压缩机出口压力增高，流量下降，这样在叶片背面产生气体分离，形成脱离区，使压缩机出口压力突然下降，一般随着压力下降分离消失，压力再升时这种分离反复发生形成喘振。严重时还会出现气体的倒流，喘振使叶片产生强烈振动，并使压缩机机壳内温度急剧升高，持续下去就会使压缩机损坏。为了防止喘振的发生，在压缩机出口设置了防喘振调节阀，根据实测的喘振线标定防喘振阀的控制线进行防喘控制。实际操作中根据压缩机确定的流量和出口压力，与系统设置的该流量下的压力比较，当越过控制线时，防喘振阀打开，压缩机流量，使运行工况点回到安全运行区域，保证机组运行安全。
2.1.4 压缩机组的监测保护：压缩机组除上述控制外，还有一些常规控制内容，如：汽轮机调速控制，冷凝液位调节控制，油压控制等。机组控制系统对压缩机组的运行状态数据进行监测保护，主要包括压缩机组轴系参数：轴振动、轴位移、轴承温度、油压；气路系统参数：流量、压力、温度。
2.1.5 低压电控系统：低压电控系统对机组的用电设备进行控制，包括润滑油泵、事故油泵、凝结水泵、盘车电机和加热器。低压用电设备可以实现两地控制，即在现场可以进行操作，也可以在DCS中进行操作。
2.1.6 润滑调节油系统：润滑调节油系统由润滑调节油站和高位油箱及机旁油管路组成。该系统为机组所有的润滑点提供润滑油，并为汽轮机调节系统提供调节油。油站设置两台互为备用电动泵，一台事故交流电动泵。油站的冷油器、过滤器都是双联的，一台工作另一台备用。润滑油压力和调节油压力的调节采用自力式压力调节阀调节，保证机组正常使用。 2.2 工艺原理
2.2.1 汽轮机工艺原理：中压蒸汽在汽轮机内主要进行两次能量的转化，使汽轮机对外做功。第一次能量转换是热能转化为动能：中压蒸汽经过喷嘴（静叶栅）后压力降
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低、产生高速汽流而实现的。第二次能量转换是动能转化为机械能：高速蒸汽的冲击力施加给动叶片使转子高速旋转，并传递力矩，输出机械功而实现。
2.2.2 离心式压缩机是依靠叶轮高速旋转，使气体受到离心力的作用而获得压力能的一种叶轮式旋转机械，工艺气体进入压缩机每一级进口蜗壳，流经一级进口导叶，导叶使气体以适当的角度进入每一级叶轮，气体由于离心力从叶轮边高速排至下一级进口导叶与一组隔板形成的通道中，然后气体经回转管通过一个环状通道进入下一级叶轮。通过隔板的环形通道扩张，气体流速减慢，从而将部分速度能转化成压力能。如此反复经以后各级的压缩达到一定的出口压力；本压缩机由一缸、两段、八级组成（合成段六级，循环段两级）。 2.3 各工艺流程说明
2.3.1 合成气压缩机和循环气压缩机公用一个气缸，分为合成段和循环段（合成段六级，循环段两级）。
2.3.1.1 合成压缩机的流程：低温甲醇洗来的合成气（温度为40℃、压力为3.3MPa）经过合成气压缩机（152C001）升压至6.7MPa，经过精脱硫槽（151R001）除去残余的硫（H2S+COS)、氯等对合成催化剂有害组份，在1#进出口换热器151EOO1A/B前和来2#高压甲醇分离器151V004的循环气混合后经过预热，一起进入1#合成塔151R002进行反应。
2.3.1.2 循环气压缩机流程为：1#高压甲醇分离器（151V003）分离出来的循环气和一部分合成气进入循环气压缩机（152C002），这部分气体经过循环气压缩机（152C002）进一步加压至7.1MPa，循环气压缩机（152C002）的出口气送至2#进出口换热器（151EOO2A/B）经过预热，然后进入2#甲醇合成塔继续合成甲醇。
2.3.2 中压蒸汽系统：中压蒸汽管网来的中压蒸汽（3.8MPa/410℃）通过手动隔离总阀、速关阀（蒸汽滤网）和调节汽阀进入汽轮机的蒸汽室并经喷嘴进入汽轮机的膨胀空间，在那里蒸汽将能量释放给转子并膨胀至最终压力，然后离开排汽段进入凝汽系统中冷凝成水，并形成一定的真空度。中压蒸汽管道至速关阀前增加了暖管放空管线。 2.3.3 冷凝液系统：蒸汽冷凝水聚集到空冷器底部热井内，有两台（一开一备）多级离心泵将冷凝液送往脱盐水系统。热井液位通过调节阀可实现串级自动调节控制，凝结水泵可实现热井液位高高限自启动和液位低低限自动停止等联锁保护。
2.3.4 真空系统：蒸汽在透平内膨胀作功后排入凝汽系统凝结成水，在凝汽系统内即形成真空。为了去除运行中逐渐积聚在凝汽系统中的空气，为维持凝汽器系统的真空度设有两级射汽抽气器（一开一备），在凝汽系统中的空冷器上部装有抽气管接到启动抽气器和主抽气器，将空气抽出排入大气。抽气器动力蒸汽为3.8MPa/410℃，其冷却水为热井凝结水通过凝结水泵升压后首先进入射汽抽气器，然后通过调节阀送往脱盐水站（或通过再循环调节阀回热井，在射汽抽气器投用时要始终保持有冷却水通过）。启动抽气器在开车前(为了较快提高真空)时投用，蒸汽凝结水无法回收；主抽气器蒸汽经冷却后回收到热井。
2.3.5 汽封系统：汽轮机前后汽封大气端腔室的密封汽由中压蒸汽3.8 MPa/410℃经汽封压力自动调节装置控制，密封腔压力保持在0.002～0.004 MPa，始终保持轴封冒气管有微量排汽。
2.3.6 疏水系统:共有9路，即轮室输水、汽缸疏水、平衡管输水、封汽管疏水、漏汽管疏水、前汽封输水、后汽封输水、速关阀阀杆漏气输水、速关阀含油输水，所有疏
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水分别进入疏水膨胀箱。热井、凝结水箱补水为脱盐水，即在汽轮机启动前向热井、凝结水箱补水至正常液位后方可启动凝结水泵。
2.3.7 整套压缩机机组用油由所配套的润滑油公共油站提供，供油系统由油箱、一台油雾风机、一组油泵、一台事故油泵、一组油冷却器、一组润滑油过滤器、一组控制油过滤器、2台蓄能器、一台高位油箱组成。
2.3.7.1 公共油站油箱中的油经主油泵加压到1.5MPa，分为二路：一路由调节阀将油压调至0.85MPa后，经10μm油过滤器过滤掉其中杂质，送往汽轮机调节机构作为调速和保护用油；另一路经油冷却器、经10μm油过滤器后，再经减压调节阀将油压控制到0.25MPa，送往汽轮机、压缩机的各轴承作润滑用油，各路回油汇合后返回油箱。 2.3.7.2 油温的控制用油冷却器循环水出口阀进行调控（循环水进水阀全开）。另外，为确保全厂断电时机组各轴承所需润滑油的供给，设置了高位油箱，油泵出口油压正常后打开高位油箱充油阀向高位油箱充油，当高位油箱溢油试镜有油溢出后关闭充油阀，当油压正常时通过其止回阀阀芯中心节流孔不断向高位油箱充油，并保持少量溢流，一旦发生意外，可通过压差向机组各轴承提供润滑油。
2.3.8 调节系统：主要有转速传感器(715、716)、转速综合控制系统、电液转换器(1742)、油动机(1910)和调节汽阀(0801)组成。综合控制系统同时接收二个转速传感器变送的汽轮机转速信号,将接收到的转速信号与转速设定值进行比较后输出执行信号(4 ～ 20mA 电流), 再经电液转换器转换成二次油压(0.15MPa ～ 0.45 MPa), 二次油压通过油动机操纵调节汽阀。
2.3.9 启动系统:汽轮机启动指开启速关阀.它由速关组合（1840）中的手动换向阀（1830、1839）和速关阀(2301、2302)组成。手动换向阀（1830、1839）用于开启速关阀。速关组合件具有远程自动或手动停机、速关阀试验活动功能。速关阀上的行程开关（ZS101、ZS102、ZS101、ZS102）联锁综合控制系统，只有当速关阀完全开启后，才允许综合控制系统冲转汽轮机。 2.3.10 汽轮机运行监视和保护：
汽轮机就地仪表盘和集控室配有转速显示表用于运行监视。
汽轮机的保护系统是调节系统的另一个组成部分，主要有危及保安器（2210）和危机遮断器（2110），汽轮机超速时使危及遮断器的飞锤飞出，触发危机保安装置动作，切断速关油，使速关阀（2301、2302）关闭，使机组停机。
电磁阀(2222、2223)冗余配置的先导电磁阀是速关组合件的组成部分。电磁阀接受到各种外部综合停机信号后,立即切断速关油路,使速关阀关闭。手动停机阀（2274）也是速关组合件的组成部分，用于就地手动紧急停机。电子超速系统在装置发生超速时使其停机。
2.3.11 试验电磁阀:试验装置(1845)安装在速关组合件上，用于汽轮机正常运行时,检验速关阀动作的灵活性。需用试验油压计算用值: A=0.2033MPa B=0.685MPa 2.3.12 干气密封流程
2.3.12.1 一级密封气流程：循环气压缩机出口气（7.02MPa，66℃）经过滤器F1（或F2）过滤达到1μ精度，然后再经气动薄膜调节阀152PDCV302将压力稳定在高于机组平衡管压力0.3MPa以上，经流量计152FI301、152FI302 进入低、高压端一级密封腔，由流量计下游的节流阀将流量控制在≥225Nm3/h。一级密封气体绝大部分经机组迷宫
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返回到机内，阻止机内气体外漏污染密封，少量气体经过密封端面泄漏至第一级密封排气腔。
高压氮气（8.2MPa）最为开停车是一级密封气的备用气源，通过N1B法兰接口进入干气密封系统盘，后续流程同上。
2.3.12.2 二级密封气流程：0.4MPa（G）低压氮气经过滤器F3（或F4）过滤达到1μ精度后，分为四路，其中两路作为二级密封气，分别经流量计152FI303、152FI304 后进入二级密封腔。大部分二级密封气经中间迷宫后与一级密封泄漏气混合后放火炬，少量经二级密封端面泄漏后安全放空。
2.3.12.3 隔离气流程：经过滤器F3（或F4）过滤后的低压氮气，另两路经音速孔板SO1、SO2 后，进入低、高压端隔离气室，一部分经后置迷宫的前端后与二级密封端面泄漏的气体混合，引至安全地点放空；另一部分经后置迷宫的后端，通过轴承回油放空孔就地放空，此部分气体是为了阻止润滑油污染密封端面。
2.3.12.4 放火炬气流程：一级密封少量的泄漏气与大部分二级密封气混合，经流量152FT305、152FT306 后放火炬。孔板SO3、SO4 起节流作用，当一级密封损坏大量气体泄漏时，流量计152FT305、152FT306 输出增加，达到36Nm3/h 时高报，72Nm3/h 时高高报，如泄漏量继续增加，使孔板前的压力达到0.4 MPa(G)时，压力变送152PISA304、152PISA305 高报并联锁停机。
合成岗位
1岗位任务
1.1甲醇合成的主要任务是将来自低温甲醇洗的合格净化气、氢回收的富氢气与本工段的合成循环气混合为合成气，在适宜的温度、压力及催化剂存在的条件下，制得粗甲醇。
1.2合成工段的粗甲醇经过在稳定塔及多效蒸发系统，粗甲醇在稳定塔及多效蒸发系统除去轻组分、一部分重组分及金属杂质，为MTO工段提供合格的MTO级甲醇；当后工段MTO停车时，合成工段还可以为甲醇精馏工段提供粗甲醇。
1.3 甲醇合成装置的驰放气经膜分离装置、PSA工序的分离、提纯为甲醇合成提供富氢气及为MTO工序制取99.9%的高纯度氢气。
1.4 蒸汽加热炉装置把管网来的2.5MPa、4.0MPa饱和蒸汽通过在蒸汽加热炉加热变为2.5MPa、4.0MPa的过热蒸汽送至过热蒸汽管网。 2 工艺概述 2.1工艺原理
合成甲醇的反应系统中进行的化学反应有以下几个： 主反应：
CO + 2H2 CH3OH + 102.5 kJ/mol CO2 + 3H2 CH3OH + H2O + Q 两个反应都是强发热反应。 副反应：
CO + 3H2 CH4 + H2O + 115.6 kJ/mol CO2 + H2 CO + H2O – 42.9 kJ/mol 4CO + 8H2 C4H9OH + H2O + 49.62 kJ/mol 2CO + 4H2 CH3OCH3 + H2O + 200.2 kJ/mol
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甲醇合成反应是可逆放热反应，影响甲醇合成反应的主要因素有温度、压力、空速、催化剂颗粒尺寸和气体组成等。在具体情况下，针对一定的目标，都可以找到该因素的最佳或较佳条件，然而这些因素是相互联系的，在生产操作中要综合考虑多方面因素的影响。 温度
从甲醇合成反应的化学平衡看，温度低对于提高甲醇的产率是有利的，但是从反应速度来看，提高反应温度能提高反应速度，所以必须兼顾这两个条件，选择最适宜的操作温度。操作温度的选择取决于选用催化剂的性能，温度过低达不到催化剂的活性温度，则反应不能进行；温度太高，不仅增加了副反应，消耗了原料气，而且反应过分剧烈，温度难于控制，容易使催化剂失活，影响催化剂的使用寿命；同时副产物的增加，也将增加甲醇精馏部分的能量消耗；而且温度过高，影响设备的使用寿命。 铜基催化剂的活性温度较低，操作温度在200℃～300℃。在生产中为了防止催化剂迅速老化，在催化剂使用初期，反应温度宜维持在较低的数值，随着使用时间增长，逐步提高反应温度。
所以在生产中虽然在高温下铜基催化剂仍有一定的活性，但由于以上原因，而不得不放弃高温下的操作。甲醇合成反应温度的选择要兼顾到催化剂使用的初期、中期、末期，组成和压力等的变化，制定尽可能沿最佳温度分布的操作温度。 压力
甲醇合成反应中提高压力既对平衡有利，又可提高甲醇的产率。操作压力的选用与催化剂的活性温度范围有关，同时也必须考虑到整个装置的投资。对铜基催化剂，因其活性温度低，操作压力可适当降低。对于合成塔的操作来讲，在催化剂使用初期，活性好，操作压力可较低；在催化剂使用后期，活性降低，可适当提高操作压力，以保持一定的生产强度。操作压力的选用须视催化剂活性，气体组成、反应系统能量消耗等方面的具体情况而定。对于固定下来的工艺流程，还需兼顾前后段的工艺要求。所以实际生产中，操作压力一旦定下来，一般不做大的调整。 气体组成
由甲醇合成反应式可知，同样生成一分子的甲醇，一氧化碳需消耗2分子氢气，二氧化碳需消耗3分子氢气，并生成一分子水，二氧化碳多消耗氢气，且增加了水含量，造成后续精馏系统的负荷增大，从这个角度来看，应尽量控制原料气中的CO2浓度。但适量CO2的存在对甲醇合成反应也是有利的：CO2的存在，有利于调节温度，防止超温，延长催化剂的使用寿命，因为CO2的合成反应热小，同时反应生成的水又能起到热载体的作用；原料气中CO2的存在，可避免含铜催化剂过度还原而失去活性，可以保持催化剂的高活性，对甲醇合成是有利的；CO2的存在，一定程度上抑制了二甲醚的生成，因为二甲醚是甲醇脱水反应的产物，而CO2合成甲醇时生成的水，对抑制脱水反应起到了积极作用。因此CO2浓度需控制在一定范围内，一般在2～4%（体积）之间。
实践证明，最大反应速率时的组成并不是化学计量组成，而是有一个最佳的碳氢比，对于新鲜气应保持（H2－CO2）/（CO＋CO2）＝2.05～2.10之间。原料气中H2过量，对于减少副反应，减轻催化剂的H2S中毒，降低羰基铁和高级醇的产生都是有利的，同时可延长催化剂的寿命。
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