甲醇合成工段

1、甲醇合成工段 目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇。 1. 工艺路线：典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工 序。煤与焦炭是制造甲醇粗原料气的主要固体燃料。用煤和焦炭制甲醇的工艺 路线包括燃料的气化、气体的脱硫、变换、脱碳及甲醇合成与精制。用蒸汽与 氧气 (或空气、富氧空气 )对煤、焦炭进行热加工称为固体燃料气化，气化所得可 燃性气体通称煤气是制造甲醇的初始原料气，气化的主要设备是煤气发生炉， 按煤在炉中的运动方式，气化方法可分为固定床气化法、流化床气化法和气流 床气化法。国内用煤与焦炭制甲醇的煤气化 般都沿用固定床间歇气化法，煤气炉 沿用 U

2、CJ炉。在国外对于煤的气化，目前已工业化的煤气化炉有柯柏斯 -托切克 (Koppers-Totzek)、鲁奇 (Lurge)及温克勒 (Winkler)三种。还有第二、第三代煤气化 炉的炉型主要有德士古 (Texaco)及谢尔 -柯柏斯 (Shell-Koppers等) 。用煤和焦炭制 得的粗原料气组分中氢碳比太低，故在气体脱硫后要经过变换工序。使过量的 一氧化碳变换为氢气和二氧化碳，再经脱碳工序将过量的二氧化碳除去。原料 气经过压缩、甲醇合成与精馏精制后制得甲醇。甲醇生产中所使用的多种催化剂，如天然气与石脑油蒸气转化催化剂、甲 醇合成催化剂都易受硫化物毒害而失去活性，必须将硫化物除净。气体脱

3、硫方 法可分为两类，一类是干法脱硫，一类是湿法脱硫。干法脱硫设备简单，但由 于反应速率较慢，设备比较庞大。湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法与 直接氧化法三类。粗甲醇中存在水分、高级醇、醚、酮等杂质，需要精制。精制过程包括精 馏与化学处理。化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以分离的杂质，并调节 pH。精馏主要是除去易挥发组分，如二甲醚、以及难以挥发的组分，如乙醇高 级醇、水等。合成工段1/ 5合成机理采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇，在合成塔内主要发生 的反应是：CO2+3H2CH3OH+H2O+49kj/molCO+ H2O CO2+H2+41kj/mol两式合并后即可得出 C

4、O生成 CH3OH的反应式：CO+2H2CH3OH+90kj/mol工艺路线甲醇合成装置仿真系统的设备包括蒸汽透平（ T-601）、循环气压缩机（ C- 601）、甲醇分离器（ F-602）、精制水预热器（ E-602）、中间换热器（ E- 601）、最终冷却器（ E-603）、甲醇合成塔（ R-601）、蒸汽包（ F-601）以及开 工喷射器（ X-601）等。甲醇合成是强放热反应，进入催化剂层的合成原料气需 先加热到反应温度（ 210）才能反应，而低压甲醇合成催化剂（铜基触媒）2/ 5 又易过热失活 (280 )，就必须将甲醇合成反应热及时移走，本反应系统将原料 气加热和反应过程中移热结合

5、，反应器和换热器结合连续移热，同时达到缩小 设备体积和减少催化剂层温差的作用。低压合成甲醇的理想合成压力为 4.8- 5.5Mpa，在本仿真中，假定压力低于 3.5MPa 时反应即停止。蒸汽驱动透平带动压缩机运转，提供循环气连续运转的动力，并同时往循 环系统中补充 H2 和混合气( CO+H2)，使合成反应能够连续进行。反应放出的大量热通过蒸汽包F-601 移走，合成塔入口气在中间换热器 E-601 中被合成塔出口气预热至 46后进入合 成塔 R-601，合成塔出口气由 255依次经中间换热器 E-601、精制水预热器 E-602、最终冷却器 E-603换热至 40，与补加的 H2 混合后进入

6、甲醇分离器 F-602，分离出的粗甲醇送往精馏系统进行精制， 气相的一小部分送往火炬，气相的大部分作为循环气被送往压缩机 C-601，被压缩的循 环气与补加的混合气混合后经 E-601 进入反应器 R-601。合成甲醇流程控制的重点是反应器的温度、系统压力以及合成原料气在反 应器入口处各组分的含量。反应器的温度主要是通过汽包来调节，如果反应器 的温度较高并且升温速度较快，这时应将汽包蒸汽出口开大，增加蒸汽采出 量，同时降低汽包压力，使反应器温度降低或温升速度变小；如果反应器的温 度较低并且升温速度较慢，这时应将汽包蒸汽出口关小，减少蒸汽采出量，慢 慢升高汽包压力，使反应器温度升高或温降速度变小

7、；如果反应器温度仍然偏 低或温降速度较大，可通过开启开工喷射器 X601来调节。系统压力主要靠混和 气入口量 FRCA6001、H2xx 量 FR3/ 5CA6002、放空量 FRCA6004以及甲醇在分离罐中的冷凝量来控制；在原料气 进入反应塔前有一安全阀，当系统压力高于 5.7MPa 时，安全阀会自动打开，当 系统压力降回 5.7MPa 以下时，安全阀自动关闭，从而保证系统压力不至过高。 合成原料气在反应器入口处各组分的含量是通过混和气入口量 FRCA6001、H2 入口量 FRCA6002以及循环量来控制的，冷态开车时，由于循环气的组成 没有达到稳态时的循环气组成，需要慢慢调节才能达到稳

8、态时的循环气的组 成。调节组成的方法是： 1.如果增加循环气中 H2 的含量，应开大 FRCA6002、增大循环量并减小 FRCA6001，经过一段时间后，循环气中 H2 含量会明显增大； 2.如果减小循环气中 H2 的含量，应关小 FRCA6002、减小循环量并增大 FRCA6001，经过一段时间后，循环气中 H2 含量会明显减小； 3.如果增加反应塔入口气中 H2 的含量，应关小 FRCA6002并增加循环量，经过一段时间后，入口气中 H2 含量会明显增大； 4.如果降低反应塔入口气中 H2 的含量，应开大 FRCA6002并减小循环量，经过一段时间后，入口气中 H2 含量会明显增大。循环

9、量主要是通过透平来调节。由于循环气组分多，所 以调节起来难度较大，不可能一蹴而就，需要一个缓慢的调节过程。调平衡的 方法是：通过调节循环气量和混和气入口量使反应入口气中 H2/CO（体积比）在 7-8 之间，同时通过调节 FRCA6002，使循环气中 H4/ 52 的含量尽量保持在 79%左右，同时逐渐增加入口气的量直至正常 （FRCA6001的正常量为 14877NM3/H，FRCA6002的正常量为 13804NM3/H ）， 达到正常后，新鲜气中 H2与 CO之比（ FFR6002）在 2.052.15之间。设备简介透平 T-601：功率 655KW，最大蒸汽量 10.8T/H，最大压力

10、 3.9MPa，正常工 作转速 13700r/m ，最大转速 14385r/m。循环压缩机 C-601：压差约 0.5MPa，最大压力 5.8MPa。汽包 F-601：直径1.4m，长度 5m，最大允许压力 5.0MPa，正常工作压力4.3MPa，正常温度 250，最高温度 270 。合成塔 R-601：列管式冷激塔，直径 2m，长度 10m，最大允许压力 5.8MPa，正常工作压力 5.2MPa，正常温度 255，最高温度 280；塔内布满 装有催化剂的钢管，原料气在钢管内进行合成反应。分离罐 F-602：直径 1.5m，高 5m，最大允许压力 5.8MPa，正常温度 40，最高温度 100。