Proceso de carbón a metanol
Gasificación
a) Preparación de lodo de carbón
Carbón crudo en base seca enviado desde el sistema de transporte de carbón (<25 mm) o coque se envía a la tolva de almacenamiento de carbón, y el volumen de alimentación se controla mediante el alimentador de pesaje y se envía al molino de barras. Se agrega una cierta cantidad de agua y el material se muele en húmedo en el molino de barras. . Para controlar la viscosidad de la lechada de carbón y mantener la estabilidad de la lechada de carbón, se agregan aditivos y para ajustar el valor de PH de la lechada de carbón, se agrega líquido alcalino. La lechada de carbón que sale del molino de barras tiene una concentración de aproximadamente el 65% y se descarga en el tanque de salida del molino de carbón. Después de ser presurizada por la bomba del tanque de salida, se envía al tanque de lechada de carbón en la sección de gasificación. La preparación de la lechada de carbón primero debe moler el coque de carbón hasta obtener un polvo fino y luego prepararlo hasta obtener aproximadamente un 65 % de lechada de carbón. La molienda de carbón adopta un método húmedo, que puede evitar que vuele polvo y mejorar el medio ambiente. Actualmente se utilizan dos tipos de molinos para la gasificación de lodos de carbón: molinos de barras y molinos de bolas. En comparación con los molinos de bolas, los molinos de barras muelen lodos de carbón con un tamaño de partícula uniforme y menos subdimensionado. La capacidad de preparación de lodo de carbón debe coincidir con la del gasificador. Este proyecto prevé utilizar tres molinos de barras. Un solo molino puede procesar 43-53 t/h de carbón seco, lo que puede satisfacer las necesidades de 600.000 t/a de metanol.
Para reducir la viscosidad de la lechada de carbón y hacer que la lechada de carbón tenga buena fluidez, es necesario agregar aditivos y inicialmente se seleccionan aditivos de ácido lignosulfónico.
La gasificación de la lechada de carbón necesita ajustar el valor del pH de la lechada de 6 a 8. Se puede utilizar amoníaco diluido o álcali. El amoníaco diluido se volatiliza fácilmente. El amoníaco es perjudicial para el cuerpo humano y contamina el aire. Por lo tanto, este proyecto planea utilizar el líquido alcalino ajusta el valor de pH de la lechada de carbón, y el líquido alcalino adopta inicialmente una concentración del 42%.
Para ahorrar agua, las aguas residuales purificadas que contienen una pequeña cantidad de metanol y las aguas residuales de destilación de metanol se pueden utilizar como agua de refinación.
b) Gasificación
En esta sección, la lechada de carbón y el oxígeno experimentan una reacción de oxidación parcial para producir gas de síntesis crudo.
La lechada de carbón es presurizada por la bomba de presión de lechada de carbón desde el tanque de lechada de carbón y ingresa al gasificador a través de la boquilla del quemador junto con el oxígeno a alta presión enviado desde la separación de aire en el gasificador, lo siguiente. Los principales eventos ocurren entre la lechada de carbón y el oxígeno. Reacción:
CmHnSr+m/2O2—→mCO+(n/2-r)H2+rH2S
CO+H2O—→H2. +CO2
Reacción realizada a 6,5MPa (G) y de 1350 a 1400°C.
La reacción de gasificación se completa instantáneamente en la sección de reacción del gasificador, generando CO, H2, CO2, H2O y una pequeña cantidad de CH4, H2S y otros gases.
El gas caliente y la escoria que salen de la sección de reacción del gasificador ingresan al baño de agua en la cámara de enfriamiento después de ser apagados con agua, la temperatura se reduce y se satura con vapor de agua antes de salir del gasificador; es depurador venturi, carbón Después del lavado, desempolvado y enfriamiento en la torre de lavado, se envía a la sección de transformación.
La escoria fundida generada en la reacción del gasificador ingresa al baño de agua en la cámara de enfriamiento y se separa, se descarga en una tolva de esclusa y periódicamente se descarga en el estanque de escoria. Luego se carga en un camión para su transporte.
El agua de lavado (llamada agua negra) vertida desde los gasificadores y las torres de lavado de carbón se envía a aguas grises para su tratamiento.
c) Tratamiento de aguas grises
En este apartado se separan las aguas negras gasificadas del agua de escorias, y se recicla el agua tratada.
El agua negra de alta temperatura descargada del gasificador y la torre de lavado de carbón ingresa a sus respectivos evaporadores flash de alta presión. El agua negra concentrada mediante evaporación flash de alta presión se mezcla y luego se concentra a baja presión. y evaporación instantánea al vacío en dos etapas. Al ingresar al tanque de clarificación, se agrega floculante al agua para acelerar la precipitación. La suspensión fina en el fondo del tanque de clarificación se bombea y se envía al tanque de alimentación del filtro. La bomba de alimentación del filtro la presuriza y la envía al filtro de vacío para su deshidratación. La torta de escoria se saca de la fábrica mediante un automóvil. .
Después de que el gas de alta presión recuperado recupera calor a través del calentador de agua gris, el condensado se separa a través del separador de gas-líquido y luego ingresa a la torre de extracción de la sección de transformación.
El gas de baja presión se envía directamente al canal de alimentación del depurador. El agua limpia en la parte superior del tanque de clarificación se desborda al tanque de aguas grises y se envía al canal de alimentación del depurador, donde se gasifica. tolva de bloqueo y molino junto a la bomba de aguas grises, una pequeña cantidad de aguas grises se descarga al tratamiento de aguas residuales como aguas residuales.
El agua en el tanque de alimentación de la torre de lavado es presurizada por la bomba de alimentación e intercambia calor con el gas de alta temperatura descargado del evaporador instantáneo de alta presión antes de enviarse a la torre de lavado de carbón para su reciclaje.
2) Conversión
En este apartado se convierte la parte CO del gas en H2.
La reacción química de este apartado es una reacción de transformación, expresada por la siguiente ecuación:
CO+H2O—→H2+CO2
Se produce por la torre de lavado de carbón gasificado Después de que el separador de gas y líquido separa el gas de agua cruda para eliminar la humedad atrapada en el gas, ingresa al filtro de gas para eliminar las impurezas y luego se divide en dos corrientes una parte (aproximadamente 54%). ) ingresa al precalentador de gas crudo para intercambiar calor con el gas de transferencia a aproximadamente 305 ° C. Al ingresar al horno de conversión, sufre una reacción de conversión con el vapor de agua que transporta bajo la acción del catalizador de transferencia resistente al azufre. El gas que sale del horno de conversión se sintetiza con metanol a través del sobrecalentador de vapor e intercambia calor con el vapor de presión media y el vapor de presión media sobrecalentado producido por la conversión. Después de que se reduce su propia temperatura, intercambia calor con el gas de agua cruda convertido. el precalentador de gas crudo la temperatura es de aproximadamente 335 °C y ingresa al generador de vapor de presión media, con un subproducto de vapor de 4,0 MPa. Después de que la temperatura cae a 270 °C, ingresa al generador de vapor de baja presión y al. la temperatura cae a 180 °C, luego ingresa al calentador de agua desalada, al enfriador de agua y finalmente se enfría a 40 °C para ingresar al sistema de absorción 1# de lavado de metanol a baja temperatura.
La otra parte del gas de agua cruda sin convertir ingresa al generador de vapor de baja presión para bajar la temperatura a 180 °C, produciendo un subproducto de vapor de baja presión de 0,7 MPa, luego ingresa al calentador de agua desalada para recupera el calor y finalmente usa agua en el enfriador de agua. Enfríe a 40 ° C y envíelo a metanol a baja temperatura para lavar el sistema de absorción 2#.
El condensado del proceso de alta temperatura separado por el separador gas-líquido se envía a la torre de lavado de carbón en la sección de gas químico.
El condensado de baja temperatura separado por el separador gas-líquido se elimina del CO2, H2S y NH3 disueltos en el agua a través de la torre de extracción utilizando vapor flash de alta presión y vapor de media presión, y luego se envía al tanque de alimentación de la torre de depuración para su reciclaje. El gas ácido producido por la extracción se envía a la antorcha;
3) Lavado con metanol a baja temperatura
Esta sección utiliza un proceso de lavado con metanol a baja temperatura para eliminar CO2, todos los sulfuros, otras impurezas y H2O en el gas de cambio.
a) Sistema de absorción
Este dispositivo planea utilizar dos conjuntos de sistemas de absorción para procesar el gas convertido y el gas no convertido respectivamente. El gas convertido y el gas no convertido después de la absorción y purificación del metanol se mezclan. Como gas fresco para la síntesis de metanol.
El gas transformado ingresa al enfriador primario de gas crudo, al enfriador de amoníaco y al separador. Después de que el gas transformado que sale del separador se mezcla con el vapor flash de alta presión circulante, se rocía una pequeña cantidad de metanol. en él para evitar que el vapor de agua en el gas de cambio se congele después de enfriarse, luego ingresa al enfriador secundario de gas crudo para enfriarse a -20 °C, ingresa a la torre de absorción de metanol del gas de cambio, elimina H2S + COS y CO2 en secuencia. y sale de la torre de absorción a -49°C, y luego pasa a través del enfriador secundario de gas crudo se usa para retirar la unidad de síntesis de metanol después de recalentar el enfriador primario de gas crudo. El contenido de CO2 en el gas purificado es aproximadamente del 3,4% y H2S+COS <0,1PPm.
El metanol enfriado de la torre de regeneración de metanol a -49 °C ingresa desde la parte superior de la torre de absorción de metanol. La sección superior de la torre de absorción es la sección de absorción de CO2. El líquido de metanol entra en contacto con el gas en contracorriente. de arriba a abajo para eliminar el CO2 del gas. El indicador de CO2 está controlado por el volumen de circulación de metanol. El líquido de metanol extraído dos veces en el medio se enfría mediante un enfriador de amoníaco para reducir el aumento de temperatura causado por el calor de disolución. En la sección inferior de la torre de absorción, la mayor parte del metanol líquido extraído ingresa al evaporador instantáneo de alta presión; la otra parte de la solución se enfría mediante el enfriador de amoníaco y luego refluye a la sección de absorción de H2S para absorber H2S y COS. el gas de desplazamiento. El líquido rico en azufre que sale del fondo de la torre ingresa a la torre de concentración de H2S. Para reducir la pérdida de H2 y CO, el gas que sale del tanque de evaporación instantánea de alta presión se presuriza y se envía al enfriador secundario de gas de cambio antes de mezclarse con el gas de cambio para recuperar H2 y CO.
El proceso de absorción del gas no convertido es el mismo que el del gas transformado.
b) Sistema de regeneración de solución
Los sistemas de regeneración de solución de gas no convertido y de solución de gas convertido utilizan un conjunto de dispositivos.
El líquido rico en metanol sin azufre y el líquido rico en metanol que contiene azufre producidos en las partes superior e inferior del evaporador flash de alta presión ingresan respectivamente a la torre de concentración de H2S para la extracción con vapor flash. El líquido rico en metanol se elimina con nitrógeno a baja presión. El líquido rico en metanol libre de azufre en la parte superior del evaporador flash de alta presión no contiene H2S y ingresa desde la parte superior de la torre, y se despresuriza y expande en la parte superior de la torre. El líquido rico en metanol que contiene azufre en la parte inferior del evaporador flash de alta presión ingresa desde el centro de la torre, y el nitrógeno agregado en la parte inferior de la torre elimina el CO2 de la parte superior de la torre. Al recuperar la energía fría a través del enfriador de nitrógeno de extracción, se ventila como el punto más alto del gas de cola.
El líquido de metanol rico en H2S sale del fondo de la torre de concentración de H2S y luego ingresa a la bomba de alimentación de la torre de regeneración caliente para su presurización. El enfriador de líquido pobre en metanol intercambia calor, se calienta y ingresa. la parte superior de la torre de regeneración de metanol. El CO2 restante y el H2S disuelto en metanol se regeneran térmicamente mediante el calor proporcionado por el hervidor. El gas mezclado sale por la parte superior de la torre y se separa mediante enfriamiento de múltiples etapas. El condensado primario de metanol se somete a reflujo y el condensado secundario ingresa a la torre. Fondo de la torre de concentración de H2S mediante intercambio de calor.
Dispositivo separado de recuperación de desulfuración de gases ácidos.
La solución acuosa de metanol que sale del separador de gas crudo y del fondo de la torre de regeneración de metanol se presuriza mediante una bomba y luego se envía al separador de agua de metanol para separar el metanol y el agua mediante destilación. El separador de agua y metanol lo proporciona el hervidor. El gas desde lo alto de la torre se envía al centro de la torre de regeneración de metanol. Las aguas residuales del fondo de la torre con un contenido de metanol inferior a 100 PPm se envían al proceso de preparación de lechada de agua de carbón o al sistema de tratamiento de aguas residuales de toda la planta.
c) Refrigeración por compresión de amoníaco
El gas de amoníaco a -33 °C evaporado de cada punto de refrigeración purificado ingresa al separador de líquido de amoníaco, y las partículas líquidas en el gas se separan y luego ingresan. la centrífuga La sección de entrada del compresor de refrigeración se comprime a la presión de condensación correspondiente a la temperatura de condensación y luego ingresa al condensador de amoníaco. Después de que el amoníaco gaseoso se condensa en líquido liberando calor al agua de refrigeración, se descarga en el tanque de almacenamiento de amoníaco líquido por gravedad. El amoníaco líquido se envía a diversos equipos de refrigeración a través de distribuidores.
4) Síntesis y destilación de metanol
a) Síntesis de metanol
La presión del gas de síntesis producido después del lavado de metanol, eliminación de azufre, descarbonización y purificación es de aproximadamente 5,6 MPa se mezcla con el gas circulante de síntesis de metanol, se presuriza a 6,5 MPa mediante el compresor de gas circulante de síntesis de metanol y luego ingresa al reactor de tubo frío (reactor enfriado por aire). El tubo frío se precalienta a 235 °C y ingresa a la carcasa. y reactor tubular (reactor refrigerado por agua) para la síntesis de metanol, CO, CO2 y H2 sintetizan metanol crudo bajo la acción del catalizador de Cu-Zn. La temperatura del gas de reacción que sale del reactor tubular y de carcasa es de aproximadamente 240 °. C, y luego ingresa al lado de la carcasa del reactor enfriado por aire para continuar la reacción de síntesis de metanol, mientras se precalienta el gas de proceso en el tubo frío, la temperatura de salida del gas en el lado de la carcasa del reactor enfriado por aire es de 250 °C. y luego se enfría a 40 °C mediante el generador de vapor de baja presión, el calentador de agua de alimentación de la caldera, el enfriador de aire y el enfriador de agua, y luego ingresa al separador de metanol, el gas sin reaccionar que sale de la parte superior del separador ingresa al gas en circulación. compresor para la compresión y regresa al circuito de síntesis de metanol.
Parte del gas en circulación se descarga del sistema como gas de alivio para ajustar el contenido de gas inerte en el ciclo de síntesis. El gas de alivio sintético se envía al dispositivo de recuperación de membrana para recuperar el hidrógeno generado. el gas rico se comprime mediante un compresor y se utiliza como gas de materia prima de síntesis de metanol; el gas de cola de recuperación de la membrana se envía al horno de calentamiento de vapor de metanol para sobrecalentar el vapor saturado de presión media (2,5 MPa) producido por el reactor de síntesis de metanol y el medio. -El vapor a presión se sobrecalienta a 400°C.
El metanol crudo se descarga desde el fondo del separador de metanol y se descomprime mediante el tanque de expansión de metanol para liberar el gas disuelto y luego se envía a la sección de destilación de metanol.
El gas de relajación del sistema y el gas de expansión generado por el tanque de expansión de metanol se mezclan y se envían al sistema de combustible de la caldera de fábrica.
El vapor de media presión subproducto del reactor refrigerado por agua para la síntesis de metanol se transforma y sobrecalienta y luego se envía a la red de tuberías de vapor de media presión de la fábrica.
b) Destilación de metanol
El metanol crudo procedente del tanque de expansión de síntesis de metanol ingresa al sistema de destilación. El sistema de destilación consta de una torre de predestilación, una torre presurizada y una torre de presión normal. El líquido rico en metanol que sale del fondo de la torre de predestilación se presuriza a 0,8 MPa y 80 °C y entra en la parte inferior de la torre presurizada. Después de que se condensa parte del gas en la parte superior de la torre presurizada. se utiliza como reflujo y parte se envía al sistema de almacenamiento como producto metanol. La solución de metanol que sale del fondo de la torre presurizada fluye hacia la columna inferior de la torre de presión normal para su posterior destilación. Parte del líquido de reflujo que sale de la parte superior de la torre de presión normal se refluye y otra parte se bombea. al sistema de almacenamiento como metanol refinado. El agua residual que contiene metanol en el fondo de la torre de presión normal se envía a la sección de molienda de carbón como agua para la molienda de carbón. Hay una línea de extracción lateral en la parte inferior de la torre de presión normal. La mezcla de metanol, etanol y agua se extrae y se envía a la torre de extracción mediante la bomba de alimentación de la torre de extracción. Parte del producto líquido en la parte superior de la torre de extracción. La torre se somete a reflujo y el resto se envía a la torre de extracción como producto al tanque intermedio de metanol refinado o se envía al tanque de almacenamiento de metanol crudo. La parte inferior de la torre de extracción está equipada con una línea lateral para extraer parte del aceite de isobutilo y una pequeña cantidad de etanol y mezclarlos en el tanque de almacenamiento de aceite de isobutilo. Las aguas residuales descargadas desde el fondo de la torre de extracción contienen una pequeña cantidad de metanol y ingresan al tanque de sedimentación para separar el alcohol de fusel y el agua. Las aguas residuales se envían al dispositivo de tratamiento de aguas residuales mediante una bomba de aguas residuales.
c) Área del tanque intermedio
Cuando el proceso de destilación de metanol se detenga temporalmente, el metanol crudo producido en el proceso de síntesis de metanol se almacenará en el tanque de almacenamiento de metanol crudo. Cuando el proceso de destilación de metanol reanuda la producción, la bomba de metanol crudo impulsa el metanol crudo y luego lo envía al proceso de destilación de metanol.
El metanol refinado producido en el proceso de destilación de metanol ingresa al tanque dosificador de metanol. El metanol refinado que ha pasado la inspección es impulsado por la bomba de metanol refinado y enviado al tanque de almacenamiento de metanol en el área del tanque de producto terminado para su almacenamiento para la venta.
5) Dispositivo de separación de aire
El proceso de este dispositivo es purificación de aire por tamiz molecular, presurización de aire, proceso de compresión interna de oxígeno y nitrógeno, con un expansor de turbina de presurización de aire de media presión, utilizando una torre de fraccionamiento empaquetada estructurada, proceso de producción de argón de destilación completa.
El aire bruto se aspira desde el puerto de succión y el polvo y otras impurezas mecánicas se eliminan a través del filtro de aire autolimpiante. El aire filtrado ingresa al compresor de aire centrífugo y el compresor lo comprime a aproximadamente 0,57 MPa (A) y luego ingresa a la torre de enfriamiento de aire para enfriar. El agua de refrigeración es agua enfriada por la torre de refrigeración por agua. El aire pasa a través de la torre de enfriamiento de aire de abajo hacia arriba y se limpia mientras se enfría.
El aire enfriado por la torre de enfriamiento de aire ingresa al purificador de tamiz molecular puesto en uso. Se adsorben el dióxido de carbono, los hidrocarburos y la humedad del aire. Hay dos purificadores de tamiz molecular que se pueden conmutar. Cuando uno de ellos está funcionando, el otro se regenera. El ciclo de conmutación del purificador es de aproximadamente 4 horas y cambia automáticamente a intervalos regulares.
Una pequeña porción del aire purificado se extrae como aire de instrumentos y aire de fábrica.
El aire restante se divide en dos corrientes, una corriente ingresa directamente al intercambiador de calor de placas de baja presión, se extrae desde la parte inferior del intercambiador de calor y ingresa a la torre inferior. Otra corriente ingresa al refuerzo de aire.
El aire de media presión que pasa a través del refuerzo de aire se divide en dos partes. Una parte ingresa al intercambiador de calor de placas de alta presión, después del enfriamiento, ingresa al expansor de baja temperatura. entra a la torre inferior para su destilación. Otra parte del aire de presión media se comprime en aire de alta presión a través de la segunda etapa del refuerzo de aire y ingresa al intercambiador de calor de placas de alta presión. Después de enfriarse, la válvula de mariposa lo estrangula y luego ingresa a la torre inferior. .
Tras la destilación preliminar del aire en la torre inferior se obtiene aire líquido rico en oxígeno, nitrógeno líquido de baja pureza y nitrógeno líquido de baja presión. son subenfriados por el enfriador y luego estrangulados hacia la torre de la columna superior. Después de una destilación adicional en la torre superior, el oxígeno líquido se obtiene en el fondo de la torre superior, se comprime mediante una bomba de oxígeno líquido y luego ingresa al intercambiador de calor de placas de alta presión. Después del recalentamiento, sale de la caja fría y ingresa al. Red de tuberías de oxígeno.
El nitrógeno a baja presión extraído en la parte superior de la torre inferior entra en el intercambiador de calor de placas de alta presión, se recalienta y se envía a la red de tuberías de nitrógeno a baja presión de toda la planta.
El gas nitrógeno sucio extraído de la parte superior de la torre superior se recalienta a través del enfriador, el intercambiador de calor de placas de baja presión y el intercambiador de calor de placas de alta presión, y luego sale de la caja fría y se dividido en dos partes: una parte ingresa al calentador de vapor del sistema de tamiz molecular y se usa como gas de regeneración del tamiz molecular, y el nitrógeno sucio restante va a la torre de enfriamiento de agua.
Una cierta cantidad de fracción de argón se extrae del centro de la torre superior y se envía a la torre de argón crudo. La torre de argón crudo se divide estructuralmente en dos secciones y el líquido de reflujo se encuentra en el fondo de la segunda. La sección de la torre de argón se envía a la tercera sección a través de una bomba de líquido. La parte superior de una sección se utiliza como líquido de reflujo y se destila a través de la torre de argón crudo para obtener argón crudo de 99,6? hasta el centro de la torre de argón purificado, y se destila a través de la torre de argón purificado para obtener una pureza del 99,999% Ar en el fondo de la torre de argón purificado se bombea como producto a un tanque de almacenamiento.