甲醇装置工艺概述.doc

甲醇装置工艺概述7.1.1工艺方案本装置以天然气为原料，采用2.0MPa蒸汽转化制取甲醇合成气，5.0MPa低压甲醇合成，三塔精馏技术，设置甲醇回收塔，以提高甲醇产品的质量，精馏塔内件采用国内成熟的高效精馏塔内件。7.1.2工艺特点a)采用2.0MPa蒸汽转化制取甲醇合成气，以降低合成气中残余CH4含量，使其低于3.4%（干基）。b)采用低压甲醇合成工艺以及副产中压蒸汽的管壳式等温甲醇合成塔。该工艺能耗低，产品质量好，运行可靠，国内已有成熟的设计生产经验。c)甲醇精馏采用高效塔内件，精馏收率高，蒸汽耗量低，能耗低。d)合成压缩机采用离心式联合压缩机，透平驱动，运行可靠，操作简便，占地小。e)装置正常生产时，无工艺含醇水排放，就工艺生产而言，不需专设污水处理装置。f)本装置设置了火炬系统，在开停车及事故处理时，工艺气体可排至火炬燃烧，正常生产时，装置排出的可燃气体作为蒸汽转化炉的燃料。7.1.3工艺原理1）转化工序原料天然气中总硫含量1ppm，为了保护转化催化剂，需将原料天然气中总硫含量降至0.1ppm，考虑到有机硫的脱除，故采用铁锰及氧化锌脱硫催化剂，在约380下，先将有机硫全部转化为硫化氢，再经氧化锌脱除硫化氢。脱硫后的天然气与蒸汽按一定比例混合预热后进入蒸汽转化炉，在镍催化剂的作用下，将烃类物质转化得到甲醇的合成气。这一过程为吸热过程故需外供热量，转化所需的热量由蒸汽转化炉辐射段烧嘴燃烧燃料气提供。2）合成工序甲醇合成是在5.0MPa压力下，在催化剂的作用下，气体中的一氧化碳、二氧化碳与氢反应生成甲醇。同时也存在有副反应，伴随甲酸甲酯、乙酸甲酯及其它高级醇、酮类的生成。以铜为主体的铜基催化剂，对于甲醇合成具有极高的选择性，而且在不太高的压力及温度下就具有很高的活性。但它对硫、氯等毒物非常敏感，要求合成气的净化要彻底，否则其活性将很快丧失。它的耐热性也较差，要求维持催化剂在最佳的温度下操作。铜催化剂一般可以在210-290下操作，视催化剂的型号及反应器型式不同，其最佳操作温度范围也略有不同。铜催化剂用在合成甲醇上，合适的操作压力是5-10MPa，对于合成气中二氧化碳含量较高的情况，压力的提高对提高反应速度有比较明显的效果。合成气的成份对甲醇合成反应的影响较大，由前述反应式可见要降低能耗，应采用适量的二氧化碳浓度的合成气。若合成气中二氧化碳含量过高，会加重精馏工序的负担并增加了能耗，但二氧化碳含量太低，会导致催化剂活性和转化率过低。甲醇合成是强烈的放热反应，必须在反应过程中不断的将热量移走，反应才能正常进行。反应热利用壳程副产中压蒸汽来移走，这样，合成反应适宜的温度条件维持就几乎全依赖于副产中压蒸汽侧操作的正常与稳定。3）精馏工序粗甲醇中杂质种类较多，为了制备合格精甲醇产品，必须将杂质除去。在工业生产中，主要是利用各组份的沸点不同，用精馏的方法将甲醇与其它组份分开，也就是同时并且多次地运用部分汽化和部分冷凝的方法，以达到完全分离混合液中各组分的连续操作过程。本装置采用三塔精馏加回收塔流程，在预蒸馏塔中除去溶解性气体及低沸点杂质，在加压塔及常压塔中除去水及高沸点杂质，制取产品精甲醇。7.1.4工艺流程说明1）转化工序从界区来的天然气压力约为2.9MPa，温度为90，总硫含量约1ppm，先进天然气分离器，然后分出少部分作为燃料天然气，大量的天然气作为原料，并配入少量甲醇驰放气作为加氢，进入蒸汽转化炉对流段原料气预热盘管，加热至约380，进入铁锰加氢反应器，在此将有机硫全部转化为硫化氢，然后进入氧化锌脱硫槽，将原料气中的硫含量脱除至0.1ppm以下。脱硫净化后的原料天然气，按水碳比3.4混合工艺蒸汽，混合气进入蒸汽转化炉对流段混合气预热器，预热至510后进入转化炉管，在催化剂作用下进行蒸汽转化反应，所需反应热由顶部烧嘴燃烧燃料气提供。出转化炉的转化气约860，压力为1.9MPa，残余甲烷含量为3.4%。转化气经过转化废锅回收废热产生3.9MPa中压蒸汽，温度降至300，再进入锅炉给水预热器，温度至165后送至精馏工序的加压塔再沸器作为热源，从加压塔再沸器出来的转化气温度为145，再进入分离器A分离出其中的冷凝液，然后转化气进入预塔再沸器作为热源，从预塔再沸器出来的转化气再进入分离器B分离冷凝液后，进入脱盐水预热器，出来的转化气再进入分离器C分离冷凝液，最后进入转化气水冷器，转化气最终冷却到40，进入分离器D分离冷凝液，分离器出口气体即为所需的合成补充气送至压缩工序。分离器A出来的工艺冷凝液为145，经粗甲醇预热器换热后，温度降至约113，压力约为1.72MPa，与分离器B、分离器C和分离器D来的工艺冷凝液一并进入工艺冷凝液泵，精馏工序来的含醇废水进入分离器D和工艺冷凝液混合，经工艺冷凝液泵升压至3.1MPa，进入工艺冷凝液换热器，通过与汽提后的工艺冷凝液换热，温度提升至约200，进入工艺冷凝液汽提塔。汽提塔所需热量由蒸汽转化炉对流段来的部分过热蒸汽提供，出汽提塔的蒸汽与合成汽包来的中压蒸汽混合，作为蒸汽转化用的工艺蒸汽，汽提后的工艺冷凝液经回收热量后，进工艺冷凝液水冷器冷却至40后，送至化水站处理为锅炉给水。由化水站来的脱盐水经预热器预热至95后，进入脱氧槽除氧，出来的锅炉给水温度为104。为了除锅炉给水残氧和调节pH值，在脱氧槽中分别加入联胺和氨水。锅炉给水经锅炉给水泵升压后，一部分直接送至合成汽包，大部分经锅炉给水预热器预热至200后进入转化汽包，转化废锅和转化汽包构成一个强制循环的蒸汽发生系统，利用转化炉出来的转化气的高位能废热产生3.9MPa的中压蒸汽，转化汽包的一部分锅炉水经锅炉水循环泵送至转化炉对流段废热锅炉产生3.9MPa蒸汽，汽水回转化汽包分离，出来的3.9MPa蒸汽进入转化炉对流段蒸汽过热器至375进入管网，该管网蒸汽用于驱动合成气压缩机透平。转化炉的对流段依次设有混合气预热器、中压蒸汽过热器、原料天然气预热器、烟气废锅、空气预热器等六组换热盘管以回收蒸汽转化炉烟气的热量。蒸汽转化炉的燃料由合成工序的驰放气与天然气混合组成，燃烧空气由鼓风机送至对流段燃烧空气预热器预热至约200后送往烧嘴，转化炉的烟气经上述对流段换热盘管回收热量后，温度降至130，再经引风机送往烟囱排至大气。2）压缩工序由转化工序来的转化气压力为1.65MPa，温度为40，进入口分离器，将残留冷凝液进一步分离后进入合成气压缩机的合成段，升压至4.7MPa左右再与合成工序来的并经循环气分离器分离冷凝液后的循环气混合，在压缩机循环段中进一步升压至5.15MPa后送至合成工序。合成气压缩机由蒸汽透平驱动，所用蒸汽参数为3.7MPa，375。透平采用抽凝式，抽出0.6MPa低压蒸汽，主要用于精馏再沸器、杂醇油蒸发器及脱氧槽热源，多余部分送出界区低压蒸汽管网。透平冷凝液经表面冷却器冷却后，冷凝液由冷凝液泵送至化水站。3）合成工序由压缩工序来的合成气经入塔气预热器预热至225后，由顶部进入管壳式等温甲醇合成塔，在铜基触媒的作用下，一氧化碳、二氧化碳和氢气反应生成甲醇和水，同时还有少量的其它有机杂质生成。合成塔出塔气经入塔气预热器和入塔气换热后，温度降至93，再经甲醇水冷器冷却至40，此时气体中的甲醇绝大部分被冷凝下来，然后进入甲醇分离器，将粗甲醇分离下来，出分离器的气体一部分作为驰放气排放，以维持合成回路中惰性气体的含量；另一部分气体作为循环气送至压缩工序。排出的驰放气经减压后送往造气工序作为蒸汽转化炉的燃料。分离器出来的粗甲醇经减压后进入闪蒸槽，大部分溶解气体被闪蒸出来，闪蒸后的粗甲醇送至精馏工序。闪蒸气和驰放气一并作为转化炉的燃料。甲醇合成塔的反应温度是通过壳侧副产蒸汽的压力来控制的，根据合成触媒使用时间的不同。所产蒸汽的压力在33.9MPa之间波动。甲醇合成塔所产的蒸汽经减压至2.7MPa后送至转化工序作为转化炉的工艺蒸汽，合成汽包的锅炉给水由转化工序送来，防止锅炉结垢的磷酸盐溶液亦由转化工序送来，合成汽包与甲醇合成塔之间的炉水是通过自然循环的方式来产生蒸汽的。为了开车期间合成塔的升温，还设有开工喷射器。开工时中压蒸汽来自界区外，经喷射器带动合成塔管外空间的炉水循环并使合成塔升温。4）精馏工序和中间罐区由合成工序闪蒸槽来的粗甲醇在正常情况下直接进入本工序的粗甲醇预热器，当精馏工序短时间停车或负荷比合成工序低时，粗甲醇则进入粗甲醇贮槽，贮槽中的粗甲醇通过粗甲醇泵送至粗甲醇预热器，出预热器预热后的粗甲醇温度约为65，进入预蒸馏塔。预蒸馏塔顶出来的蒸汽温度为73，对应的压力为0.045MPa，先经过预塔冷凝器在68左右将其中的大部分甲醇冷凝下来，冷凝下来的甲醇进预塔回流槽，未冷凝的气体则进入膨胀气冷却器，由循环水冷却至36，冷凝液也进入预塔回流槽，预塔回流槽内的液体经预塔回流泵送回预蒸馏塔作为回流，从膨胀气冷动器出来的气体，即不凝气，由粗甲醇中溶解气体及低沸点物如二甲醚等组成，送转化工序作为低压燃料。预蒸馏塔塔底的甲醇溶液温度约85，由加压塔进料泵送至加压精馏塔，预塔再沸器所需热量是由转化工序的转化气冷凝提供，为防止粗甲醇中的有机酸腐蚀设备，在预蒸馏塔的下部加入一定量的稀碱液，使塔底甲醇溶液的pH值在8左右，碱液由碱液系统提供。加压精馏塔塔顶出来的甲醇气体，温度约121，压力约0.55MPa，经过冷凝器将甲醇冷凝下来，冷凝下来的甲醇进加压塔回流槽，回流槽中的甲醇一部分经回流液冷却器冷却并由加压塔回流泵送入加压精馏塔作为回流；另一部分甲醇则经加压塔精甲醇冷却器冷却到40后作为产品送至精甲醇计量槽，加压塔再沸器所需热量由转化工序的转化气冷凝提供，塔底液体送至常压精馏塔。从常压塔塔顶出来的蒸汽温度为66，压力为0.01MPa，经常压塔冷凝冷却器冷却至40后进常压塔回流槽，并经常压塔回流泵，将其中的一部分回流，另一部分作为产品进精甲醇计量槽。塔底的液体则由回收塔进料泵送至甲醇回收塔。回收塔塔顶蒸汽经回收塔冷凝器冷凝后，进回收塔回流槽，然后由回收塔回流泵升压，一部分回流至甲醇回收塔，另一部分则经回收甲醇冷却器冷却至40后与常压塔产品混合送至精甲醇槽；若要求精甲醇产品达到“AA”级产品，回收塔采出的精甲醇则返预塔底作为原料。回收