甲醇装置简介和重点部位及设备

甲醇装置简介和重点部位及设备甲醇装置简介和重点部位及设备 一 装置简介一 装置简介 一 装置发展及类型 以一氧化碳和氢为原料合成甲醇的生产技术始于 20 世纪 20 年代 到 50 年代末 我国已掌握了甲醇和合成甲醇催化剂 的制备技术 60 年代未 我国又实现了合成氨和合成甲醇的联 合生产 简称联醇 联醇技术降低了合成氨和甲醇的生产成本 20 世纪 60 年代 世界上 低压法合成甲醇新工艺技术实现了 工业化 低压法由于其能耗低 逐步取代了原来的高压法合成 甲醇工艺 并得到了快速发展 80 年代初 我国研制的低压合 成甲醇催化剂已达到国际水平 联醇工艺技术是合成氨生产过程中 利用合成氨原料气中 一氧化碳 二氧化碳与氢气同时生产甲醇 联醇工艺技术由于 生产方式灵活 工艺简单 原料利用率高 成本低 效益好 在我国中型合成氨装置得到普遍的推广 甲醇生产一般以天然气 轻油 重油 煤及某些加工过程 中产生的尾气为原料 制得的原料气通过净化 得到一氧化碳 二氧化碳与氢气 经合成生成甲醇 典型的流程包括原料气制 备 原料气净化 甲醇合成和粗甲醇精馏等工序 甲醇装置生产工艺所采用的原料气制备与净化工艺 与合 成氨装置相同或相类似 原料气制备工艺类型一般有 煤 焦 固 定床气化工艺 煤 焦 气流床气化工艺 渣油 水煤浆部分氧化 制气工艺 烃类 轻油 天然气 蒸汽转化制气工艺 气体净化工 艺类型也与合成氨原料气净化工艺类型相同 一般根据原料气 的组成不同而采用不同的脱硫 变换 脱碳工艺技术 甲醇的 合成工艺类型主要有高压法和低压两种 前者操作温度 300 400 操作压力 30 50mpa 表 后者操作温度 220 250 操 作压力 5 0 8 0mpa 表 甲醇合成塔类型 按气体流向分有 轴向塔和径向塔 按床层换热方式分有内部换热式 中间换热 式和中间冷凝式 甲醇精馏有常压法和加压法 以及双塔精馏 和三塔精馏两种流程 低压法合成甲醇工艺技术目前发展的方向是 采用活性高 转化率高 选择性好的甲醇合成催化剂 采用温差小 阻力小 反应温度易控制 热能回收率高的均温型合成塔 并不断提高 热量利用率和合成气利用率 向低能耗方向发展 二 单元组成与工艺流程 1 组成单元 甲醇生产装置采用的原料种类不同 工艺流程不同 其组 成单元也不同 现介绍以天然气为原料 采用低压合成工艺技 术的甲醇生产装置 装置由硫化物脱除 简称脱硫 天然气蒸汽转化制气 简称 转化 合成气压缩 简称压缩 甲醇合成 简称合成 粗甲醇精 馏 简称精馏 5 个单元组成 各单元介绍如下 1 脱硫 天然气与氢气混合进行加氢反应 将天然气中的不饱和烃 有机硫化物转化为饱和烃 硫化氢 再由氧化锌脱硫剂吸附除 去原料中的硫化物 如天然气中硫含量过高 则在脱硫单 元中要增加预脱硫装置 2 转化 天然气与蒸汽发生转化反应 得到含氢气 一氧化碳 二 氧化碳 甲烷等的气体 并回眼热量产生中压蒸汽 转化反应需要的热量由天然气和合成吹出气燃烧提供 3 压缩 通过合成气压缩机将工艺气压力提高 补充入甲醇合成循 环回路 并提供甲醇合成回路气体循环需要的动力 4 合成 一氧化碳 二氧化碳与氢气在一定的压力 温度及催化剂 存在下反应生成甲醇 反应后的气体经换热 冷却分离出粗甲 醇 未反应的气体经加压后与新鲜气汇合 换热后回到合成塔 5 精馏 粗甲醇通过精馏 除去水 不溶气体及杂质 得到精甲醇 产品 2 工艺流程 工艺流程说明 工艺原则流程见图 7 3 1 脱硫 天然气经天然气压缩机升压到 2 6mpa 表 与少量氢气 混合后 进入转化炉对流段换热器 与烟气换热 开车时经开工 加热炉加热 加热到 350 再进入加氢反应器 将天然气中 少量不饱和烃及有机硫化物转化为饱和烃及硫化氢 然后进入 氧化锌脱硫槽吸附硫化氢 使天然气中硫含量降到 0 2mg m3 脱硫后的天然气送到转化 2 转化 脱硫后的气体与水蒸气混合 预热后进入转化炉炉管内 在镍催化剂作用下 进行甲烷与蒸汽转化反应 出口温度达 820 860 左右 出口气体中 ch4含量达 3 左右 高温转化气 再进入废热锅炉 回收热量 产生中压蒸汽 转化气通过水加 热器 换热器 进一步换热 降温后去压缩 转化炉设有侧 或顶 壁烧嘴 由天然气和合成吹出气燃烧 提供转化反应需要的热量 燃烧后的烟气通过废热锅炉及换热 器 回收热量 并产生中压蒸汽 3 压缩 转化来的合成气压力为 2 ompa 表 经合成气压缩机加 压到 6 5mpa 表 送到甲醇合成系统 合成压缩机用中压蒸 汽透平驱动 合成气压缩机还有一个循环段 甲醇合成系统来的循环气 经循环段升压后 与加压后的合成气混合一起送到甲醇合成系 统 4 合成 合成气压缩机出口合成气与循环气混合后进入热交换器 与合成塔出口高温气换热 温度上升到 230 经开工加热器 正常生产停用 调节温度后进人合成塔 反应后的循环气通过热 交换器 温度降到 90 经水冷器冷却到 40 进人粗甲醇分 离器 粗甲醇与循环气分离 分离后的循环气去循环段入口 粗甲醇进入闪蒸槽 减压分离出气体后 送至粗甲醇储槽 甲醇合成塔为管式合成塔 管内充填甲醇合成催化剂 合 成反应产生的大量热量通过管间锅炉水蒸发 产生蒸汽回收 为了排除合成回路中惰气 从循环段人口引出部分气体作 为吹出气 吹出气进入甲醇回收塔用水洗涤 回收粗甲醇后 送到转化炉作燃料 吹出气也可送到其他装置 综合利用 5 精馏 从粗甲醇槽来的粗甲醇换热后 进入轻馏分塔 塔底再沸 器用蒸汽加热 进行蒸馏 绝大部分轻组分杂质和一部分甲醇自塔顶蒸馏出来 经冷 凝后 大部分回流入轻馏分塔顶部 少部分排到杂醇油储槽 不冷凝气体放空 塔底粗甲醇 由给料泵送到重馏分塔 进行 蒸馏 重馏分塔塔底再沸器用蒸汽加热 进行蒸馏 塔顶甲醇蒸 汽 经冷凝后 回流人塔顶部 产品甲醇从塔上部塔板采出 经冷却后送到甲醇储槽 从塔下部塔板处采出杂醇油 经冷却 后排至杂醇油储槽 塔底的废水经换热后 排至污水处理场 以天然气为原料制得的合成气 气体中h2 co c02比例较高 如有可供利用的二氧化碳气源 适当补充人合成气中后 可提 高气体利用率 提高产量 降低消耗 三 化学反应过程 1 脱硫 烯烃 硫化物加氢反应如下 2 转化 天然气与蒸汽转化反应如下 3 合成 甲醇合成反应如下 四 主要操作条件及工艺技术特点 1 主要操作条件 因采用的原料 催化剂 设备不同 工艺操作条件不尽相 同 表 7 38 列出主要操条件的范围 2 工艺技术特点 采用天然气蒸汽一段转化制气工艺技术 烟气及转化气的 热量通过废热锅炉产生中压蒸汽回收 脱硫采用加氢转化 氧 化锌吸附脱硫技术 流程短 合成采用低压甲醇合成工艺技术 压力低 动力消耗低 催化剂采用高活性铜基催侣剂 其转化率高 对一氧化碳与二 氧化碳比例要求不严 副反应少 合成塔采用管式均温合成塔 该塔工艺控制简单 热量回收利用率高 催化剂床层径向温差 仅 6 8 轴向几乎无温差 床层温度控制准确 均匀 稳定 但合成塔结构复杂 装卸催化剂不太方便 精馏采用常压双塔精馏流程 流程短 产品质量高 五 催化剂 甲醇装置采用了加氢催化剂 硫吸收剂 转化催化剂 甲 醇合成催化剂共四种 催化剂由于型号 生产配方不同 其性 能特性也不同 催化剂一般组成见表 7 39 六 原料及产品特性 1 原材料特性 原料为天然气 或适当补充二氧化碳气体 燃料为天然气 或加人吹出气 主要化学材料有氢氧化钠 其安全特性见表 7 40 2 产品性质 产品为甲醇 生产过程中还存在氢气 硫化氢 一氧化碳 等中间产物 其安全性质见表 7 41 二 重点部位及设备二 重点部位及设备 一 重点部位 1 转化系统 转化系统由转化炉 废热锅炉以及燃料燃烧 烟气废热回 收设备组成 高温设备集中 转化炉炉膛温度高达 1300 炉 出口温度 820 废热锅炉产生 3 8mpa 表 中压蒸汽 设备内 工艺气体为ch4 h2 co c02等 压力达 2 6mpa 表 转化系统是装置中的高温区 其特点是高温 中压 易燃 易爆 有毒 若设备发生超温 易造成设备损坏 工艺气体泄 漏 而引发重大火灾 爆炸事故 2 合成系统 合成系统由合成塔 中压蒸汽汽包 热交换器 水冷器 粗甲醇分离器等压力设备组成 设备内压力为 6 2mpa 表 左 右 设备内工艺介质为氢气 一氧化碳 二氧化碳 甲醇 甲 烷等易燃 易爆 有毒气体 由于压力高 设备发生泄漏 易造成火灾 中毒 爆炸事 故 如设备存在缺陷 超压 腐蚀等 在发生物理性爆炸时 还可发生化学爆炸 往往造成灾难性的后果 二 重点设备 1 转化炉 转化炉承担着将天然气与蒸汽发生反应制取原料气的任务 其操作 运行是否正常影响到整个装置的安全运行 是装置中 结构复杂 操作条件苛刻的关键设备 转化炉由辐射段 对流段及燃料系统组成 辐射段一般有 上百根转化炉管 炉管内装填催化剂 天然气与水蒸气在炉管 内反应 炉管外用天然气燃烧形成的火焰直接加热 炉管外壁 温度高达 900 950 炉管内压力为 2 6mpa 表 运行条件 比较苛刻 烟气进烟气废热锅炉 回收热量 转化炉在生产中 如发生催化剂中毒 结碳 水碳比失调 燃料系统故障 炉管超温等都可造成事故 如发生设备损坏 泄漏还可引发重大火灾 爆炸事故 2 压缩透平机组 甲醇装置有天然气压缩机和合成气压缩机两大机组 采用 离心式多级压缩机组 用蒸汽透平驱动 天然气压缩机压缩气 体为天然气 出口压力约 2 7mpa 表 合成气压缩机压缩气 体为氢气 一氧化碳 二氧化碳 甲烷等 出口压力约 6 5mpa 表 转速可达 13000r min 大机组一般在高温 高压 高转速下运行 密封 润滑条 件要求高 调节控制系统复杂 运行中如发生喘振 气体带液 轴瓦磨损 密封损坏 轴位移高等都可造成机组故障 o 由于结 构复杂 维护保养 检修安装要求高 维护不当 检修安装未 达到精度标准 也容易发生设备故障 而两大机组均为单系列 运行 无备用机组 任何一台机组的停机 都可造成全装置停 车 而且泄漏出来的氢气 一氧化碳 甲烷 天然气还可造成 重大的火灾 爆炸 中毒事故 3 合成塔 合成塔是装置的主要设备 氢气与一氧化碳 二氧化碳在 合成塔内反应生成甲醇 工作压力 6