气体加工制甲醇的要点总结

天然气制甲醇工艺技术总结

工程名称：内蒙古天野化工油改气联产20万吨/年甲醇项目

工程地点：内蒙古呼和浩特市

动工日期：2023年5月

竣工日期：2023年11月

投资金额：约6亿元人民币

1甲酹装置简介

1.1内蒙古天野化工集团为调整产品构造，开拓碳一化工领域产品，增强企业参与市场

日勺竞争能力，处理企业生存发展问题，以天然气取代重油为原料，采用非催化部分氧化技

术对既有的30万吨/年合成氨生产装置进行技术改造，同步增建一套以天然气为原料年产

20万吨的甲醇装置。

1.2本项目由中国五环科技有限企业设计，中化二建集团有限企业承建。所采用口勺技术

均为国产。所选用的设备除三台天然气压缩机组为进口外，其他均为国产。设计日产甲醇

667吨，日耗天然气6085co立方米。装置采用：变频电机驱动离心式天然气压缩、2.5MPa

补碳一段蒸汽转化炉、蒸汽透平驱动离心式合成气压缩机、8.0MPa林达均温合成塔、三塔

精饰、普里森膜分离氢回收、MEA二氧化碳回收工艺。此外还为合成氨配套一台蒸汽透平

驱动离心式天然气压缩机C

2甲醇装置工艺特点

2.1天然气压缩工序

天然气压缩工序是将•1.25MPa(A)天然气压缩至蒸汽转化规定日勺压力2.85MPa(A)o

天然气压缩机组采用德国阿特拉斯生产的电机驱动的离心式压缩机组.离心压缩机日勺明显

特点是单机打气量大。运转平稳无脉冲、维修少、无需备用，与蒸汽透平驱动相比投资少,

占地面积较小。

2.2天然气转化工序

天然气转化工序是通过天然气和蒸汽转化反应生产甲醇合成需要的合成气。天然气转化

工序只设一段转化炉，转化炉采用顶烧方箱炉，对流段为水平布置，水碳比为3.2,转化炉

出口转化气温度855℃,压力2.19MPa,甲烷含量约2.5%（干基）。

原料天然气脱硫采用钻铝加氢串氧化锌脱硫工艺，氧化锌脱硫槽采用双塔，可并联可串

联保证天然气中总硫不大于0.IPPni,同步脱硫剂更换不影响生产。

采用天然气饱和塔流程，回收工艺冷凝液，可节省配入4.0MPa蒸汽量，同步减少了工

艺冷凝液的处理成本。

本项目采用二氧化碳加在转化管前口勺措施来调整甲醇合成气的氢碳比，较二氧化碳加在

转化管后相比，因克制了变换反应的进行合成气的构成更靠近甲醇合成理想气体构成。甲

醇弛放气较少，合成气H勺运用率较高，能耗较低。

转化气废热锅炉采用先进H勺卧式列管反应器，技术成熟、安全、稳定、可靠。采用副产

10.OMPa蒸汽及过热蒸汽的技术回收本工序大量的高温余热，极大地提高了余热日勺运用品

位，同步低位余热直接用于甲醇再沸器欧I热源，热叵收效率高。

木工序的烧嘴日勺燃料气由天然气和氢回收的尾气量两股气体构成，两者构成相差较大，

氢回收尾气中C0和比含量较高，并且在氢回收不一样负荷时尾气流量和构成波动较大，

氢回收尾气日勺变化会影响烧嘴的火焰分布。为减少对转化炉的影响，本工序选择新型燃烧

器，将天然气和尾气分开调整。

新型燃烧器的特点是天然气和尾气均匀分派进入每一种燃烧器，天然气进中心烧嘴，尾

气进侧面烧嘴。在尾气发生波动时通过燃料天然气流量的调整稳定转化炉的温度，同步更

轻易实现低氮氧化物H勺规定。

对流段空气预热器采用热管技术。因烟气中具有S02腐蚀性气体，冷空气直接与烟道气

换热，在换热器局部激冷降温导致露点腐蚀。采用热管技术特殊材质可防止换热管腐蚀日勺

发生。

2.3甲醇合成气压缩工序

合成气压缩工序是先将天然气转化的合成气和氢叵收的富氢气压缩至7.3Mpa(A),压缩

后的气体与甲醇合成日勺循环气汇合进入循环段深入压缩至8.OMPa(A),送入甲醇合成系统。

本工序采用德国阿特拉斯厂生产的蒸汽透平驱动的离心式压缩机组，采用合成气与循环

气联合压缩日勺方式可提高压缩效率，节省投资，减少占地面积。

2.4甲醇合成工序

甲醇合成工序是将合成气在铜基催化剂的作用下，制取甲醇。合成塔选用林达均温

型合成反应器，林达均温型合成反应器的特点是；

甲醇合成在等温下进行(管内冷气换热)反应器转化率高。

催化剂床层轴向温差在10C左右，同平面温差在2—3℃。

甲醇合成塔催化剂装填系数大。

甲醇合成废锅副产低压蒸汽能量运用合理。

甲醇合成塔入口温度控制在220—230℃,副反应生成量相对低(杂醇、高碳链烽等)。

2.5氢回收工序

氢回收工序是将甲醇合成弛放气中的氢气回收，经压缩后返回甲醇合成，以减少能耗。

本项目氢回收采用普里森膜分离技术，运用气体在聚酰亚胺膜渗透速率不一样进行气体分

离，该操作简朴、占地少、运行稳定、维护以便、膜H勺正常使用寿命长。

2.6甲醇精t留工序

甲醇精偶工序是通过精福工艺将合成的粗甲呼提纯，生产高纯度H勺精甲醉产品。本项目

采用三塔精憎工艺，运用天然气转化日勺低位能作预塔和加压塔日勺再沸器热源，同步运用加

压塔顶日勺甲醇蒸汽作常压塔底再沸器日勺热源，从而减少了蒸汽消耗和冷却水消耗。使总日勺

能耗比两塔流程低10%—20%。

本工序设计上为了提高甲醇回收率和产品甲醇质量，在常压塔后设回收塔。虽然增长一

种塔，但由于减少了常压塔负荷，因而投资和蒸汽消耗基本不增长。不仅甲醵回收率增长,

并且可以从回收塔提出杂醇，防止杂醇在系统积累而影响甲醇质量。伴随顾客对甲醉中杂

质低含量规定越来越高，这一点显得更为重要。

甲醇精馆工序各塔均采用规整填料，既可保证产品质量，又使系统的操作弹性增大本系

统可在60%—110%范围内操作。

2.7C02回收工序

C02回收工序是从天然气转化的烟道气中回收C02,满足甲醇合成和尿素装置对C02

的规定。MEA烟道气回收CO2的特点：

MEA溶液吸取法在常温常压下吸取烟道气中H勺CO2组分，低压蒸汽加热后解析释放出

C02o

采用特殊日勺复合缓蚀技术，保证吸取液中活性组份MEA浓度（一乙醇胺）在15%-20

%左右。烟道气中氧含量高达5%时也不会发生明显的J降解反应，装置能长期、安全、稳

定、经济运行。

合理口勺热量平衡措施，充足运用系统低温热能，以减轻外移热量负荷，有效减少冷却水

耗量。

吸取塔顶部设置洗涤段，减少排烟温度，减少MEA溶液的损耗，减少系统内脱盐水补

充量。

再生塔顶部设置回流洗涤段，减少MEA溶液的损失。

采用南京化工研究院日勺低压CO2回收技术。

2.8C02压缩工序

C02压缩工序重要是将回收的C02气体压缩至3.OMPa(A),送入天然气转化工序。

C02压缩工序口勺另一种任务是将C02中口勺硫脱除。C02压缩机是采用电机驱动往复式压缩

机。往复式压缩机合用于打气量较小H勺场所，机械效率高，运行稳定可靠。

2.9甲醇中间罐区工序

甲醇精储工序短时间停车时，临时储存甲醇合成生产的粗甲醇，待甲醇精储工序正常后

由粗甲醇泵送至精播工序C

接受、储存、计量甲醇精储工序生产的精甲醇，经检查合格后用泵送往成品罐区中储存。

根据中间罐区生产的特点及甲醇的物理特性，粗甲醇储罐及甲醇计量罐均选用固定顶钢

储罐，甲醇输送泵选用离心泵。

3甲醇装置流程概述

甲醇装置的流程共包括如下几部分：

3.1原料天然气压缩

来自天然气配气站流量19122Nm3/h,温度25C、压力L25MPa日勺天然气通过原料

气分离器后，进入天然气压缩机进行压缩，压缩后的I天然气温度103℃、压力2.85MP&送

往天然气转化工序。

3.2天然气转化工序

压缩后日勺天然气通过原料气预热器加热后，进入加氢反应器和脱硫槽进行加氢脱硫，

硫含量合格后进入饱和塔进行配水处理，温度182C、压力2.58MPa的天然气由来自管网

日勺工艺蒸汽配比合适的水碳比后，经混合器预热器加热到520C、压力2.53MPa后进入一

段蒸汽转化炉进行转化反应。反应后的气体855℃、2.19MPa.117680Nm3/h,经多次换热

和分离后，最终以流量75300NM3/H、温度40℃、压力2.OOMPa进入合成气压缩。

3.3合成气压缩

由转化来的气体通过合成气分离器后，进入联合压缩机压缩后的气体温度53℃、压

力7.9MPa、流量487798Nn?/h被送往甲醇合成工序

3.4甲醇合成工序

来自压缩工序的合成气，通过入塔预热器预热到158℃后，进入甲醇合成塔进行合成

反应。出塔气体温度259C,压力7.58MPa通过一系列日勺换热和最终分离，生产出日勺粗甲

醇35.35T/H被送往甲醇精馀工序。

在甲醇分离器后分离出的循环气去压缩工序进行压缩，再参与合成反应。

3.5弛放气氢回收

来自甲醇合成的弛放气通过水洗，分离和加热后，进入膜分离器进行分圈，回收的氢

气去合成气压缩机压缩参与合成反应。尾气去转化作燃料。

3.6甲醇精播工序

来自合成的粗甲醇，通过预精储塔脱除轻组分、加压精谯塔和常压精储塔脱除重组分

后，在加压精镭塔取出13.22t/h精甲醇并在常压精饰塔取出14.29t/h精甲醇，两股精

甲醇汇合后，送到甲醇中间罐区，准备外送。

3.7CO2回收工序

为了深入提高合成甲醇气质，运用来自转化的烟道气，回收再运用其中的C02O采用

MEA溶液在吸取塔内对CO2气体进行吸取，然后在再生塔内进行CO?解吸，4535Nm7hC02

气体送往（A压缩工序,2242NmVh日勺气体送往尿素装置。

3.8甲醇中间罐区

甲醉中间罐区共设有四个贮槽;作为粗甲醇和精甲醇H勺临时储存。

3.9CO?压缩部分

来自CO2回收工序时气体，通过CO?压缩机压缩后，温度114℃,压力2.9MPa被送往

转化工段参与转化反应。

4甲醇装置采用日勺节能措施：

4.1蒸汽转化制气工序采用补碳工艺，改善了合成气成分，提高了转化气的运用率，减

少了能耗。

4.2转化工序运用烟气余热将燃烧空气预热到220C,减少了燃料天然气日勺消耗。

4.3采用饱和塔流程，减少了工艺冷凝液日勺消耗，也减少了处理工艺冷凝液的能耗。

4.4转化气低位热能直接用作精饵工序再沸器热源，提高了热运用率。

4.5甲醇合成采用8.0MP#(A)等温合成工艺，纯容值高及循环量小，减少了循环气压缩

功耗，合理地回收反应热。

4.6甲醛精储采用三塔流程，减少了蒸汽消耗及能耗，甲醇回收率高。

4.7设置弛放气氢回收工艺，减少蒸汽转化制气能力，减少能耗。

5甲醇装置产品规格：

5.10-M-232G美国联邦原则“A”级

指标名称指标

纯度299.85%

乙醇W1Oppm

丙酮和乙焕这30Ppm

丙酮W10ppm

游离酸(HAC计)^30ppm

碱度（氨计）W30Ppm

外观无色透明

可碳化物（加浓疏酸）不褪色

颜色不暗于ASTM的伯一钻标度5

储程(760mmHg)1℃(64.6±0.1℃在内)

水溶性不混或不呈乳白色

比重WO.7928g/l

不挥发WIOppm

气味醇类特性,无其他气味

水份W0.1%

高锌酸钾试验30分钟不褪色

5.2GB338-1992中华人民共和国国标工业甲醇产品质量原则

项目指标

优等品一等品

色度（钻一铝）5

密度(20°C)g/cm30.791-0.7920.791-0.793

温度范围（0.IMPa）W℃64.0〜65.5

沸程(包括65.6±0.1℃)0.81.0

高锦酸钾试验这min5030

水溶性试验澄清

酸度（以HCOOH计）W%0.00150.0030

碱度（以NH：，计）W%0.00020.0008

皴基化合物含量（以HCHO计）W%0.0020.005

蒸发残渣含量W%0.0010.003

6重要设备选型及阐明

6.1合成氨装置重要设备

天然气压缩机（K02101«

型式：离心式，蒸汽透平驱动进气温度：25c

进气压力：1.25MPa(A)排气压力:6.6MPa(A)

排气量：36960Nm7h压缩机转速：35893rpm

汽轮机功率：3550kW汽轮机转速：11835rpm

主蒸汽压力：3.8MPa(A)主蒸汽温度：370℃

蒸汽流量：19099kg/h数量：1套

CO二真空压缩机(K02401)

型式：回转式，电机驱动进气温度：-71°C进气压力:23kPa(A)

排气压力：140kPa(A)排气量：5500Nm3/h电机功率：630kW

数量：2套，一开一备

6.2甲醇装置重要设备

天然气压缩机(K01101)

型式；离心式，电机袈动进气温度；25℃

出气温度103℃进气压力:1.25MPa(A)

额定排气压力：2.95MPa(A)额定排气量：21056Nm3/h

压缩机转速36772rpm电机转速2960rpm

电机功率:980kW数量：1套

转化炉(R01203)

型式：顶烧方箱炉外型尺寸：35530x11040x21000

操作温度：转化管出口850℃操作压力:转化管出口2.29MPa

对流段：水平布置，设8组换热器催化剂：20m3

进对流段烟气温度：1015C出对流段烟气温度：150℃

转化管：0135X12200,216根，材质为HP-Nb数量：1座

转化气废热锅炉(E01210)

型式：列管式，水平布置规格：。内1700X9500

换热管：032X5,>6000,604根，材质为12CrMo

管侧操作温度：850~350℃管侧操作压力：2.29~2.26MPa(A)

壳侧操作温度：313℃壳侧操作压力：10.7MPa(A)

换热面积：308m2重量：47.61T

数量：1台

合成气压缩机(K01301)

型式：离心式，蒸汽透平驱动进气温度：40℃进气压力：2.IMPa(A)

进气量：75900Nm3/h补气量:402143Nm3/h总排气量：487798Nm3/h

补气温度：40℃排气压力：8.OMPa(A)

压缩机轴功率：807814主蒸汽温度；495℃

主蒸汽压力10.0MPa(A)蒸汽流量31500kg/h

汽轮机转速：10341rpm汽轮机功率：9600kN

压缩机转速：26199rpm数量：1套

甲醇合成塔(R01401)

型式：管式等温反应器规格：①3.8米，总高约14米

催化剂装量(C302)：48痛重量：132T

数量：1台

预精储塔(C01601)

型式：填料塔规格：61.9米，总高约21米

操作温度：塔顶79℃,塔底82.5℃

操作压力:塔顶0.13MPa(A),塔底0.16MPa(A)

重量：16.52T数量：1台

加压精饰塔(C01602)

型式：填料塔规格：62米，总高约28.8米

操作温度：塔顶122℃,塔底132.8℃

操作压力：塔顶0.68MPa(A)塔底0.70MPa(A)

重量：39.89T数量：1台

常压精储塔(C01603)

型式：填料塔规格：62.6米，总高约33.6米

操作温度：塔顶66.7℃,塔底93℃

操作压力：塔顶0.HMPa(A),塔底0.底MPa(A)

重量：37.83T数量：1台

回收塔(C01604)

型式：填料塔规格：61.2米，总高约22.85米

操作温度：塔顶64℃,塔底101.7℃

操作压力:塔顶0.101MPa(A),塔底0.UMPa(A)

重量：15.5T数量：1台

CO?吸取塔(C01701)

型式：填料塔，分上下两段，上段为水洗涤段，下段为胺液吸取段

规格：04.8米，总高约42.4米上段：两段不锈钢填料，每段高6m

下段：一段不锈钢填料，高5皿烟道气入塔温度：43℃

烟道气出塔温度：40℃贫液入塔温度：40℃

富液出塔温度：55c吸取塔顶操作压力：0.lOMPa(A)

重量：133T数量：1台

CO2再生塔(CO1702)

分上下两段，上段为回流液洗涤段,下段为气提段

规格：＜1)3.8米，息高约32.1米上段：两段不锈钢填料•，每段高5m

下段：3块浮阀塔板富液入塔温度：104C

贫液出塔温度：113C再生气出塔温度：97℃

再生塔顶操作压力:0.15MPa(A)重量：81.278T

数量：1台

烟气冷却塔(C01703)

型式；填料塔，一段不锈钢填料，高3m

规格：8米，总高约19.5米烟道气入塔温度：150℃

烟道气出塔温度：35℃洗涤冷水入塔温度：32℃

洗涤热水出塔温度：43℃烟气冷却塔顶压力:0.089MPa(A)

重量：66.6T数量：1台

C02压缩机(K01901)

型式：四级往复式，电机驱动进气温度：40℃

进气压力：110kPa(A)排气压力：3.OMPa(A)

排气量：6600Nm3/h电机功率：1250kW

数量：2套，一开一备

火炬

构造形式：渡锌钢管三角架，排气筒直径e900毫米，高75米。

重量：110T

7关键施工部位及重要施工措施

7.1大型塔、换热器及火炬吊装

本装置口勺大型塔、换热器及火炬吊装采用160T、170T及50T吊车就可以完毕。较高、

较重的塔安装，采用在地面分段预制，在空中分段组焊的措施完毕。火炬也采用分段预制,

再用大吊车空中组对连接，在上述设备吊装前，尽量把设备附属的内件支撑件和梯子、平

台安装好一起吊装。以防止此后高空安装这些部件的不安全原因。

7.2压缩机组安装

本装置选用的天然气压缩机为德国阿特拉斯厂生产日勺离心式压缩机，构造形式为压缩机

与增速机结合为一体，压缩机涡壳用螺栓固定在增速机壳体上，压缩机叶轮安装在增速机

的伸出轴上，机组油箱则作为增速机的底座。其中原料天然气压缩机为电机驱动，合成氨

原料天然气和甲醇合成气压缩机均为汽轮机驱动，汽轮机分别为美国和西门子生产。整个

机组构造紧凑，占地面积小，管道少，施工简便。该形式压缩机为我企业初次安装。

二氧化碳压缩机为上海大隆压缩机厂生产的对置式四级压缩机，现场组装。二氧化碳真

空压缩机为纳西姆企业生产日勺回转式压缩机，整体安装。该形式压缩机我企业有较成熟日勺

施工经验。

压缩机组口勺吊装均运用室内桥式起重机完毕，最大部件不大于桥式起重机内容许起重

量。

7.2.4压缩机组安装应严格按照随机技术文献和在厂家技术人员的指导下进行，同步执

行现行施工与验收规范的有关规定。

7.2.5压缩机所选H勺快凝无收缩高强度灌浆料，应按照技术文献和出厂试验汇报日勺规定

进行试验，并应经机组厂家技术人员确认。灌浆时要注意排尽空气。

7.2.6压缩机找平须采用斜垫铁或螺丝千斤。压缩机组找正和对中须采用“三块白分表

找正法”或“激光对中仪找正法”。电机驱动日勺压缩机组应当先找正、找平压缩机，再以

压缩机为基准找正电机；以汽轮机驱动的压缩机组应当先找正、找平汽轮机，再以汽轮机

为基准找正压缩机。

7.2.7压缩机组找正、找平分为粗找正、找平和精找正、找平。对中也分粗对中和精对

中。联轴器精对中时必须考虑机组运行时热膨胀的影响，还要在机组装满油或在油箱上加

与油相似质量的配重时进行。

7.2.8机组配管不得使机组承受较大的力量，要重视管道支架欧I安装，还要考虑管道热

膨胀问题。管道施工应高度关注清洁问题，尤其是淮滑油管道。管道焊接应采用僦弧焊或

僦弧打底电焊盖面。假如发既有设计不合理的状况，应当及时提出，经设计同意修改，不

得将错就错。

7.2.9整体到货的压缩机，应当在联轴器对中前和润滑油管道油洗结束后拆检清洗轴承

等摩擦部位，并测量记录轴承间隙等数据。

7.2.10润滑油管道油洗应在机组安装完毕，电气具有使用条件下进行。在管道进入机组

前加过滤网，正常启动油系统进行油循环，定期清理过滤器和过滤网，直到油系统内杂质

含量符合规定为止。

1机组试运转应按照随机技术文献规定进行，同步参照现行有关施工规范。目机驱动口勺

机组，先试电机；汽轮机驱动的机组，先试汽轮机；电机和汽轮机试运转合格后，在带动

压缩机一起试运转。压缩机试运转采用空气介质时，如与工作介质密度不一样，要计算试

运转负荷。

7.3转化炉安装及炉管（ZG45Ni35Cr25NbM钢）焊接

在以石油天然气为原料进行化工生产的装置中，转化炉作为生产H勺龙头肩负着将甲烷气

高温分解反应的关键设备，广泛应用与生产中，其安装工作历来作为施工重点受到高度重

视。转化炉是由钢构造外壳、炉管、集气管、烧嘴、换热器构成，炉内衬耐火材料，炉外

采用保温。

转化炉形式多样，按照机构形式可分为：方箱形、梯台形、直立形等；按照燃烧方式可

分为：顶烧式、底烧式、侧烧式及混合燃烧式等；按照工艺类型分为一段炉和二段炉，一

段转化炉炉膛出口温度一般到达850c左右，二段炉出口温度可达1400左右°C。

转化炉的构成一般有辐射段、对流段、送风系统、引风系统、废热回收系统。转化炉具

有体积大、构造复杂、设备重量重安装位置高、各工序专业高度交叉作业多、施工一般工

期较长、受季节影响大等特点，使得施工具有一定的难度。7.3.4施工内容一般包括：

基础、炉体钢构造、热管系统、燃烧系统、热能回收系统、自动控制系统等的安装及内衬

施工。

施工中根据施工图，钢构造先期安排工厂化预制，绘制钢构造预制图，尽量加大预制深

度,保证制造质量，有效缩短现场安装工期、减少现场占地，加紧工程进度，减少工程成本。

构造预制件运到现场后,按照构造布置特点进行分片组装、分片校正、分片吊装、整体

调整、对称焊接日勺安装措施，减少高空作业量，保证施工质量，提高工作效率°

对流段换热设备在地面尽量制导致模块形式后进行分段吊装，可以保证质量，加紧安装

进度，减少高空交叉作业带来的施工难度。

辐射段下猪尾管采用材质为Tncoloy800（相称于ZG10Ni32Cr20Nb）,管子耐高温、抗

腐蚀好。焊条选用Inconel-182氧弧焊丝，可焊性、熔合性好。

筑炉锚固件部分选用了材质为0Cr25Ni20,耐高温、抗腐蚀好。焊条采用A402焊条，进

行锚固钩与壳体板的I异种钢焊接，保证了焊接质量。

炉墙筑炉材料采用了含皓陶瓷纤维模块，大大减轻了炉体重量，使筑炉变H勺不仅更以便、

施工速度快，并且对环境的规定比较宽松。

7.3.11安装应重点掌握施工次序问题，即钢构造、炉管、集气管、上下猪尾管、烧嘴、

换热器之间安装次序及与筑炉、保温的互相交叉作业。基本次序为：转化炉钢构造安装一

一烧嘴安装一一除炉顶和炉底外其他部分筑炉一一炉管、集气管、上下猪尾管安装一一炉

顶和炉底筑炉一一换热器安装一一保温

7.3.12转化炉安装采用塔吊进行小件吊装，较大部件吊装采用160T、170T、50T大型吊

车就可以满足规定。

7.3.13炉管焊接工艺按照厂家提供日勺焊接工艺试验汇报进行，焊条选用焊接工艺试验汇

报中规定的品牌和型号。

7.4主蒸汽管道(15CrMoGx12Cr1MoV)焊接

主蒸