煤化工项目鲁奇三合一装置工艺介绍

322℃
H2S:3.155 H2S:1.75
SO2:3.2 SO2:0.874
COS:2.9 COS:0.16 SX:0.281 SX:1.32
Pump
去硫磺成型
Sulfur degassing tank 硫磺脱气池
低压蒸汽
二级克劳斯 反应器
223.4℃ H2S:0.4 SO2:0.2 COS:0.16 SX:0.36
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再吸收塔来尾气 尾气洗涤塔
甲醇水塔
甲醇蒸汽去热再生塔
贫甲醇
含水粗甲醇
甲醇水塔 进料泵
再沸器
热器
蒸汽加热
洗涤水泵
去废水水处理 405.6kg/h,20.1 ℃，0.25MPa
尾气放空 209212.6Nm3/h, 8.1℃,0.1MPa
226546.8Nm3/h
1 脱除变换气中酸性气体，制得合格的甲 醇合成原料气
4500 硫回收装置
1 处理含硫废气，回收硫磺，保护环境
5000 甲醇装置
1 生产甲醇，为丙烯装置提供原料
6000 丙烯生产装置 MTP
1 用甲醇合成丙烯，同时通过精制，得到 丙烯、乙烯，为聚丙烯装置提供原料， 同时得到汽油、LPG等产品。
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三合一装置所涉及的化学反应原理
甲醇/二甲醚
产品精馏
压缩
气体分离
MTP 反 应
器
甲醇合成
H2
三塔精馏
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本界区原料、产品方案
粗煤气： 640万吨/年
二氧化碳： 200万吨/年
甲醇： 168万吨/年
乙烯： 2.3万吨/年
丙烯： 47万吨/年
LPG： 3.64万吨/年
硫磺： 3.8万吨/年
汽油： 18.2万吨/年 7
2、各装置工艺流程简介
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2.3 硫回收单元
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本单元的主要作用是将来自低温甲醇洗的含硫 气体进行处理，使之达到国家规定的排放标准 ，同时副产硫磺产品。
H2S＋1/2O2=S+H2O H2S+3/2O2=SO2+H2O 2H2S+SO2=3S+2H2O
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Sulfur separator 硫磺分离器 锅炉给水
低压蒸汽
主洗甲醇 来自再吸 收塔
变换气
来自低温甲 醇洗
780242Nm3/h
40℃，3.3MPa 去水处理 H2：42.5%； CO：18.5%；
CO2：37.5%； H2S：0.43%
绕管换热器
-19.9℃
-37℃
-29.6℃
-23.8℃
去热再生塔 T-40005
富CO2甲醇 去再吸收塔
富H2S甲醇
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去再吸收塔
272℃
粗合成预热器
260℃ 220℃
来自气化
中压蒸汽 266℃ 5.1MPa 600t/h
H2：30.6%； CO：9.1%； CO:27.3%； H2O：32.2%
330℃
中压蒸汽过热器
450℃
SA387Gr.1 1CL.2+
SA347
130.6℃, 275t/h
40℃
除盐水加热器
361℃
H2：38.8%；
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2.2 低温甲醇洗单元
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本单元主要的作用是利用甲醇在低温下对酸性
气体溶解度大，可以将其有选择性地吸收的特
性，将来自CO变换单元的变换气中多余的CO2
以及对甲醇合成催化剂有毒害作用的硫化氢等
杂质脱除，使净化后的气体成为适合于甲醇合
成反应所需的净煤气 。
本单元主要是采用一些化工单元操作，属物理
Lurgi技术
气体净化
甲醇合成
MTP
专利
Rectisol®
Mega Methanol®
MTP ®
OxyClaus ®＋ LTGT ®
产量
合成气：18417t/d CO2气：6778t/d
精甲醇： 5000.3t/d
丙烯：1423.9t/d 乙烯：69.6t/d
液态硫：116.5t/d
LPG：109.1t/d
燃料气
锅炉给水
氧气 1165.5Nm3/h 克劳斯气 10540.9Nm3/h, 24.7℃， 0.19MPa, CO2：66.6 H2S:31.7 COS:0.43
氧克劳斯硫回收
一级克劳 斯反应器
燃烧炉
5220Nm3/h 空气
去焚烧炉
废热锅炉
18437.1Nm3/h,
240℃，
0.15MPa, CO2：39
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2.1 CO变换单元
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本单元主要的任务是利用一氧化碳和水 蒸汽反应将来自煤气化单元的粗煤气中 过量的一氧化碳转化成甲醇合成反应所 需的大量氢气。
主要反应方程式：
CO+H2O→CO2+H2+2.33 KJ/mol
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一氧化碳变换工艺流程简图
粗煤气来自煤气化装置
247244.48Nm3/h 170℃，3.8MPa（a）
吸收塔T－40002AB从下到上依次可分为预洗段、硫化氢吸收段 和二氧化碳吸收段。
在预洗段，变换气中微量组份如NH3和HCN等被低冷甲醇吸收。 在H2S吸收段，将H2S和COS脱除，使净煤气中硫含量满足甲醇合成 催化剂的要求。在CO2吸收段，将多余的CO2脱除，使净煤气中CO2 的含量达到适合于甲醇合成反应所需的含量。出CO2吸收段的净煤 气经过变换气最终冷却器 E40003（绕管式）回收冷量后，被送到 甲醇单元作为甲醇合成的原料气。
⑴水煤气变换 CO+H2O→CO2+H2 +2.33 KJ/mol
⑵甲醇合成 CO+2H2→CH3OH +90.8KJ/mol
CO2+3H2→CH3OH +H2O+49.5KJ/mol ⑶甲醇脱水 2CH3OH→CH3OCH3+H2O +1.33 KJ/mol
⑷MTP 反应 nCH3OH→(CH2)n +nH2O +Q
CO：5.9%；
CO:35.1%；
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H2O：19.3.2%
一氧化碳变换简易流程概述
煤气化装置来的粗煤气，气量247244.48Nm3/h，温度170℃， 压力3.8MPa。首先进入粗煤气分离器，分离出水、煤灰后再 进入粗煤气过滤器，过滤一些杂质，然后进入粗煤气加热器， 加热至220℃，在蒸汽混合器中配入600t/h饱和中压蒸汽，再 经过粗煤气换热器加热以温度260℃进入第一变换炉，出第一 变换炉后的反应气温度为450 ℃依次经过中压蒸汽过热器、 粗煤气换热器、粗煤气加热器换热，以251.6 ℃进入第二变换 炉。出第二变换炉的反应器以361 ℃依次经过废锅、第二除 盐水加热器、分离器，分离出的气体以40 ℃, 3.42MPa送到 下一单元－低温甲醇洗单元。
大唐煤化工项目 鲁奇三合一装置工艺概况
1
一、三合一装置简介
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三合一装置是指大唐国际引进德国鲁奇公司的三项专利 技术：低温甲醇洗脱硫脱碳工艺、百万吨级甲醇合成工 艺和甲醇制丙稀MTP工艺 （Methanol to Propylene） 的总称，同时包括CO变换单元。其中甲醇制丙烯装置为 目前世界上首套工业化装置
过程，不涉及化学反应。
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中压闪蒸塔 丙稀制冷剂 甲醇洗涤塔
氨洗塔
变换气洗涤
493934.5Nm3/h 30℃，3.2MPa H2：66.99%；CO：28.9.%； CO2：2.7%；
合成气去甲 醇单元
锅炉给水
-42.6℃ -23.5℃
闪蒸汽压缩机
-53.1℃
精洗甲醇 来自热再 生塔
-57.3℃
H2：17.2%；CO：46.4%； CO2：12%；H2O：23.1%
变换气去低温甲醇洗装置
257600Nm3/h 40℃，3.4MPa（a）
H2：42.5%；CO：18.5%； CO2：37.5%；H2O：3%
冷凝液去 气化
来自电厂脱盐水 25℃,275t/h
过滤器 分离器
分离器
第二变换炉 第一变换炉
汽油：546.7t/d
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三合一装置各单元
三合一装置主要负责将煤气化装置产生的粗煤气进行精制，得到的合格 合成气体在甲醇合成塔中合成甲醇，同时进行精制，为丙烯生产装置提供原 料。
三合一装置构成如下：
序号
装置名称
系列数
主要功能
一氧化碳变换 工序
3 将粗合成气中的部分CO转化为氢气
4000 酸性气体脱除 工序
含CO2、HS2甲醇液 来自尾气洗 涤塔
再沸器
蒸汽加热 去尾气洗涤塔 去尾气洗涤塔
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去尾气洗涤塔
低温甲醇洗－溶液再生
经闪蒸塔闪蒸后的含CO2甲醇被送入再吸收塔T40004上段。在再吸收塔 的上段甲醇继续被闪蒸，释放出所含的绝大部分CO2。CO2产品气离开塔 后，在变换气最终冷却器 E40003中被加热后，被送到气化界区作为粉 煤输送的介质。 同时闪蒸后的冷甲醇被送到吸收塔T－40002的CO2洗涤段作为主洗甲醇。 再吸收塔同时采用低压氮气作为气提介质，来气提甲醇中的CO2，气提 后含CO2的氮气被送到尾气洗涤塔T－40007。 来自再吸收塔T40004底部下段的富H2S甲醇经过加热后送至热再生塔 T40005。 热再生塔塔顶出来的甲醇蒸气/酸气混合物通过冷却、分离后，未被冷 凝的克劳斯气体在克劳斯气被送到克劳斯硫回收单元（4500单元）。 从热再生塔中段出来的再生甲醇被返回吸收塔T40002AB的CO2吸收段作 为精洗甲醇。
CO+2H2→CH3OH +90.8KJ/mol CO2+3H2→CH3OH +H2O+49.5KJ/mol
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合成气来自
低温甲醇洗CO2： 2.716%；CO：28.95； H2：66.99
循环气来自甲醇分离器CO2： 3.7%；CO：3.3；H2： 66.985 ,7.15MPa
N2冷却器
汽提N2 74011.1Nm3/h 40℃,0.74MPa
热再生塔 再吸收塔
低温甲醇洗－再 生 部 分
贫/富甲醇换热器 精洗甲醇加 压泵
主洗甲醇去洗涤塔
热再生塔进 料泵
Claus气去硫回收 10540.9Nm3/h,24.7℃， 0.19MPa,CO2：66.6； H2S:31.7%;;COS:0.43
低温甲醇洗－气体洗涤
来自CO变换工段的变换气（温度40℃，压力3.4Mpa(a)），首先 经过一系列换热器换热后被冷却到约10℃，然后通过氨洗涤塔 T40001（，用锅炉给水进行洗涤以降低其NH3 和HCN含量。再经过 变换气最终冷却器（绕管式）后，温度降到－19.9℃，送到并联的 两台吸收塔T－40002AB的底部。
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低温甲醇洗－甲醇水分离与尾气处理
热再生塔底出来的富水甲醇被导入甲醇水塔T40006。 甲醇水塔顶部的甲醇蒸汽作为气提介质被送入热再生 塔T40005。甲醇水塔底部产品是不纯水，经冷却后送 入尾气洗涤塔T40007来洗涤来自再吸收塔的气提氮气 。经过洗涤后，尾气被排放，洗涤液被送到甲醇水塔 T40006回收其中含有的甲醇。
来自CO2吸收段的部分含CO2甲醇和H2S吸收段富硫甲醇送入中压 闪蒸塔T40003中。在此甲醇在中压下闪蒸，有价值的H2和CO闪蒸出 来，再循环气压缩机（C40001）压缩后循环回变换气入口管线。
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精洗甲醇去洗涤塔
CO2产品送气化 140908Nm3/h,11. 7℃，0.125MPa
富CO2甲醇 富H2S甲醇
离开废热锅炉后的过程气依次进入一级克劳斯反应器R-45001（氧化铝催化剂）、 一级硫冷凝器E-45002、预热器E-45003、二级克劳斯反应器R-45102（铝基催化 剂）、二级硫冷凝器E-45004、硫分离器D-45003中，硫组分被进一步转化成单 质硫。
从废热锅炉E-45001、一级硫冷凝器E-45002、二级硫冷凝器E-45004和硫分离器 冷凝下来的液硫送入液硫脱气单元中的硫脱气池中进行脱气，脱气后的液硫被 送到硫磺成型装置。
去尾气焚烧
17832Nm3/h 130℃ H2S:0.4 SO2:0.2 COS:0.16
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来自低温甲醇洗单元的酸性气体通过酸气分离器D-45001分离后进入氧克劳斯燃 烧炉B-45001、燃烧室D-45002，部分H2S与空气、氧气在此反应转化为硫蒸汽。 废热锅炉E-45001直接与燃烧室D-45002相连，废热锅炉将过程气冷却到约230℃ 并冷凝出部分硫蒸气。
nCH3OCH3→2CnH2n＋nH2O +Q(N=2,3,4….)
⑸硫回收反应：H2S＋1/2O2=S+H2O
(1)
H2S+3/2O2=SO2+H2O (2)
2H2S+SO2=3S+2H2O
(3)
5
三合一装置工艺方框流程图：
硫回收
硫磺产品
CO2 H2S
原料气
CO 变换
低温甲醇洗
压缩
C3-(乙烯、丙稀) C4+(LPG、汽油)
来自硫分离器的克劳斯尾气去焚烧。在焚烧室D-45006中，所有的残余的硫组分
和尾气中的其它可燃物与燃料气在约800℃的温度下燃烧，焚烧后的气体送入电
厂锅炉进行一步处理。
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2.4 甲醇单元
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本单元的主要作用是将来自低温洗装置的 净煤气中的氢气、一氧化碳和二氧化碳在
高选择性铜基催化剂存在条件下，在 8.1Mpa的压力、200－300℃的温度下合成 甲醇，并将合成的粗甲醇精制成精甲醇。