CN110252210A - 一种适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺，包括第一甲醇合成和第二甲醇合成，新鲜气按一定比例分别补入第一甲醇塔和第二甲醇塔。本发明还提供了一种适用于上述甲醇合成工艺的装置。本发明通过合理分配两台甲醇塔的生产强度，提高催化剂使用寿命及效率，提高单程转化率，降低循环比，具有明显实用性及经济效益。

Description

一种适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺及装置
技术领域
本发明涉及化工工艺，特别是一种大幅提高甲醇产能的工艺及装置。
背景技术
工业上甲醇是通过CO、CO2及H2在一定温度、压力及催化剂作用下进行甲醇合成反应来生产。
甲醇合成反应是一种强放热可逆反应，每反应1％CO绝热温升达32℃，而催化剂的使用温度为210℃～280℃，因而反应过程的热量需要快速移走，以保证催化剂床层在适宜的温度区间内。目前，工业上通过在催化剂床层埋设换热管来实现移走反应热，通过水蒸发副产蒸汽带走反应热是一种简单有效的控温手段。
甲醇合成最终受平衡控制，单程转化率不会很高，因此分离出粗甲醇后的工艺气有一部分要作为循环气通过循环机压缩后与新鲜气混合，构成一个循环回路，提高***总转化率。
大型化甲醇规模效应明显，为了提高甲醇项目经济性，新建甲醇装置趋于大型化，已建甲醇装置则需进行扩能改造。专利EP0790226B1提供了一种大型化甲醇生产的方法和***，新鲜气与循环气后进一级管式水冷反应器，继而进二级气冷反应器，管内用新鲜气与循环气的混合气进行移热，二级反应后的气经冷却后进行气液分离，分出一股气体循环。这种甲醇合成回路存在前后两级反应生产强度分配不合理的问题，生产前期水冷反应器生产强度高，气冷反应器生产强度低，出口温度低，气体中的甲醇会在催化剂床层冷凝；生产后期水冷反应器催化剂活性快速衰退，生产强度下降，气冷反应器生产强度提高，由于气冷反应器传热效率低，床层温度不易控制，导致副产物增多，同时后续流程空冷器、水冷器负荷增加。专利105399604A中描述的大型甲醇生产方法和***，前后两级反应器都采用水冷反应器，新鲜气与循环气混合后依次通过两级水冷反应。这种甲醇合成回路同样存在两级反应生产强度分配不合理的问题，生产前期一级反应器生产强度高，催化剂床层热点温度高，导致副产物高，催化剂寿命短；生产后期一级反应器生产强度降低，二级反应器生产强度提高，催化剂床层热点温度升高，同样导致副产物高和催化剂寿命短。专利107382665A描述中的一种甲醇合成工艺和装置，第一反应器为水冷反应器，第二反应器为气冷反应器或水冷反应器，只是通过阀门B控制第一反应器进口温度在200-240℃，通过阀门A控制第二反应器热点温度不超过250℃，A阀引入第二反应器的新鲜气占新鲜气总量的25-0mol％，这种甲醇合成回路同样存在生产前期第一反应器生产强度高，催化剂床层热点温度高，副产物高，催化剂寿命短；生产后期第二反应器生产强度提高，副产物高和催化剂寿命短，两级反应生产强度分配不合理的问题。
另外，甲醇合成装置是一个循环回路，在原***设备基础上，尤其是在循环压缩机性能难以提高的条件下，进行甲醇装置改造，提高甲醇产量，这也是一个技术难点。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺，包括第一甲醇合成***和二级甲醇合成***，新鲜气按一定分配比例分别补入第一甲醇合成***和第二甲醇合成***，所述的分配比例优选为3∶1～1∶2，最优的分配比例为2∶1～1∶1。
适用上述甲醇合成工艺的新建甲醇装置包括新鲜气压缩机、循环机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、脱毒槽、第一甲醇塔、第二甲醇塔、空冷器、、甲醇分离器、第一汽包和第二汽包，所述的循环机后依次连接第二换热器、第三换热器和第一甲醇塔，所述的新鲜气压缩机与第一换热器、脱毒槽依次连接，所述的脱毒槽出口分为二路，一路连接第一甲醇塔的进塔管路，另一路连接第二甲醇塔的进塔管路，所述的第一甲醇塔的出口管路依次连接第三换热器和第二甲醇塔，所述的第二甲醇塔的出口管路依次连接第二换热器、空冷器、水冷器和甲醇分离器，所述的第一甲醇塔和第二甲醇塔各外接一台汽包。
原料新鲜气经新鲜气压缩机增压后，与一部分第二甲醇塔出塔气换热，再去脱毒槽脱毒。脱毒后的新鲜气分为两股，一股与换热后的循环气混合，然后进入第一甲醇塔进行甲醇合成反应。出塔气加热循环气后与另一股新鲜气混合，然后进入第二甲醇塔进行甲醇合成反应。出塔气加热工艺气后经空冷器及水冷器冷却，进甲醇分离器分离出粗甲醇后，一部分作为驰放气弛放，其余作为循环气去循环机增压。
适用上述甲醇合成工艺的提产改造甲醇装置包括新鲜气压缩机、联合压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、脱毒槽、第一甲醇塔、第二甲醇塔、空冷器、、甲醇分离器、第一汽包和第二汽包，原料新鲜气管路分为二路分别连接联合压缩机和新鲜气压缩机，所述的联合压缩机后依次连接第二换热器、第三换热器和第一甲醇塔，所述的新鲜气压缩机与第一换热器、脱毒槽依次连接，所述的脱毒槽出口分为二路，一路连接第一甲醇合成的进塔管路，另一路连接第二甲醇塔的进塔管路，所述的第一甲醇塔的出口管路依次连接第三换热器和第二甲醇塔，所述的第二甲醇塔的出口管路依次连接第二换热器、空冷器、水冷器和甲醇分离器，所述的第一甲醇塔和第二甲醇塔各外接一台汽包。
原料新鲜气分为两股，一股与提产前新鲜气量等量，其经过联合压缩机压缩段增压后与循环气在缸内混合，进联合压缩机循环段增压，然后依次与一部分第二甲醇塔出塔气和第一甲醇塔出塔气换热，另一股经新鲜气压缩机增压后与其余第二甲醇塔出塔气换热，再去脱毒槽脱毒。脱毒后的新鲜气，一部分与换热后的联合压缩机出口气混合，进入第一甲醇塔进行甲醇合成反应，出塔气经换热后与其余新鲜气混合，然后进入第二甲醇塔进行甲醇合成反应。出塔气加热工艺气后经空冷器及水冷器冷却，进甲醇分离器分离出粗甲醇后，一部分作为驰放气弛放，其余作为循环气去联合压缩机循环段增压。
作为一种优选方案，上述甲醇合成装置中的第一甲醇塔有两台，同时进行甲醇合成反应。
所述的第一甲醇塔和第二甲醇塔为优选水冷反应器，各配一台汽包。
本发明工艺通过合理分配生产强度，提高催化剂寿命及效率，通过提高单程转化率，降低循环比，大幅提高甲醇产能，具体为：
1.新鲜气按一定分配比例分别补入第一甲醇塔和第二甲醇塔，优选的分配比例为3∶1～1∶2，最优的分配比例为2∶1～1∶1，合理分配生产强度。
2.优化换热网络，第二甲醇塔出塔气分为两股，分别对循环气和新鲜气进行加热，第一甲醇塔出塔气对循环气进行二次加热，满足第一甲醇塔进塔温度要求。
3.新鲜气被第二甲醇塔出塔气加热达到催化剂活性温度后再分两股，新鲜气在第一甲醇塔入口与循环气、在第二甲醇塔入口与出塔气自由比例混合，根据催化剂使用前期和后期不同，通过调节新鲜气比例控制第一甲醇塔和第二甲醇塔内部催化剂的生产强度平衡，如生产前期将27～50％新鲜气补入第二甲醇塔，使第一甲醇塔催化剂生产强度转移到第二甲醇塔，降低第一甲醇塔热点和副产物，使第一甲醇塔和第二甲醇的催化剂寿命相同。
4.设置两台水冷反应器，两台反应器各配一台汽包，控制两台反应器的产蒸汽压力。
5.改造工艺流程中，第一甲醇塔上部装填部分脱毒剂。
本发明工艺流程通过将新鲜气按比例分别补入第一、第二甲醇塔，合理分配两台甲醇塔生产强度，使两台甲醇塔催化剂床层温度都处在最适的温度区间，降低副产物，提高催化剂使用寿命及效率。第二甲醇塔控制较低产蒸汽温度，从而降低反应器出口温度，推动反应平衡右移，提高单程转化率，降低循环比，具有明显实用性及经济效益。
附图说明：
图1为采用本发明甲醇合成工艺的新建甲醇装置流程示意图。
图2为采用本发明甲醇合成工艺的提产改造甲醇装置流程示意图。
图3为本发明甲醇合成装置中采用二台第一甲醇塔的装置示意图。
附图标记说明：
a-联合压缩机 E2-第二换热器 E3-第三换热器 R1-第一甲醇塔
e-新鲜气压缩机 E1-第一换热器 R2-第二甲醇塔 h-空冷器
i-水冷器 j-甲醇分离器 k-第一汽包 1-第二汽包
p-第三汽包 m-循环机 n-脱毒槽 R1a-第一甲醇a塔
R1b-第一甲醇b塔
具体实施方式
实施例1
按图1工艺流程实施，以甲醇年产70万吨工艺为例。
新鲜气摩尔组成为：CO 29.18％，CO2 2.49％，H2 67.61％，N2 0.37％，CH40.34％。原料新鲜气1流量为203275Nm3/h，经新鲜气压缩机e增压至8.1MPa。出新鲜气压缩机e的物流22经第一换热器E1与其中一股第二甲醇塔R2的出塔气15换热至200℃，再去脱毒槽n脱毒。经脱毒槽n脱毒后的物流23分为两股，物流24和物流7，气体流量分别为54885Nm3/h和148390Nm3/h。循环气3经循环机m增压至8.1MPa。出循环机m的物流4经第二换热器E2与另一股第二甲醇塔R2的出塔气13换热至200℃，再经第三换热器E3与第一甲醇塔R1的出塔气9换热至225℃。物流7与经第三换热器E3加热后的物流6混合，混合后的物流8温度为213℃。物流8进入第一甲醇塔R1进行甲醇合成反应，出塔物流9温度235℃。物流9经第三换热器E3加热物流5后与物流24混合，混合后的物流11温度为213℃。物流11进入第二甲醇塔R2进行甲醇合成反应，出塔物流12温度为215℃。物流12分成两股，物流13和物流15。物流13经第二换热器E2加热物流4，物流15经第一换热器E1加热物流22，换热后的两股物流再混合，混合物流17温度为135℃。物流17经空冷器h和水冷器i冷却至40℃后进入甲醇分离器j进行气液分离，液相粗甲醇20去甲醇精馏，气相物流34分为两股，循环气3和驰放气35，循环气3流量为304912Nm3/h，循环气3去循环机m进行增压。第一甲醇塔R1和第二甲醇塔R2分别配有第一汽包k和第二汽包1。
第一甲醇塔R1催化剂装量36m3，产蒸汽压力2.5MPa，第二甲醇塔R2催化剂装量36m3，产蒸汽压力1.6MPa，循环比1.5，按此工艺，CO单程转化率88.3％，CO2单程转化率42.1％，年产甲醇71.43万吨。
实施例2
按图2工艺流程实施，以甲醇年产70万吨工艺前期为例。
新鲜气摩尔组成为：CO 29.18％，CO2 2.49％，H2 67.61％，N2 0.37％，CH40.34％。原料新鲜气1流量为203275Nm3/h，分为两股，物流2和物流21，气体流量分别为78262Nm3/h和125013Nm3/h。物流2经联合压缩机a压缩段增压后与循环气3在缸内混合，然后经联合压缩机a循环段增压至8.1MPa。出联合压缩机a的物流4经换热器E2与其中一股第二甲醇塔R2的出塔气13换热至200℃，再经换热器E3与第一甲醇塔R1的出塔气9换热至215℃。物流21经新鲜气压缩机e增压至8.1MPa。出新鲜气压缩机e的物流22经换热器E1与另一股第二甲醇塔R2的出塔气15换热至200℃，再去脱毒槽n脱毒。经脱毒槽n脱毒后的物流23分为两股，物流24和物流7，气体流量分别为70007Nm3/h和55006Nm3/h。物流7与经换热器E3加热后的物流6混合，混合后的物流8温度为213℃。物流8进入第一甲醇塔R1进行甲醇合成反应，出塔物流9温度228℃。物流9经换热器E3加热物流5后与物流24混合，混合后的物流11温度为213℃。物流11进入第二甲醇塔R2进行甲醇合成反应，出塔物流12温度为217℃。物流12分成两股，物流13和物流15。物流13经换热器E2加热物流4，物流15经换热器E1加热物流22，换热后的两股物流再混合，混合物流17温度为135℃。物流17经空冷器h和水冷器i冷却至40℃后进入甲醇分离器j进行气液分离，液相粗甲醇20去甲醇精馏，气相物流34分为两股，循环气3和驰放气35，循环气3流量为304912Nm3/h，循环气3去联合压缩机a循环段进行增压。第一甲醇塔R1和第二甲醇塔R2分别配有第一汽包k和第二汽包1。
第一甲醇塔催化剂装量36m3，产蒸汽压力2.5MPa，第二甲醇塔催化剂装量36m3，产蒸汽压力1.5MPa，循环比1.5，按此提产工艺，CO单程转化率达89.9％，CO2单程转化率达47.0％，年产甲醇72.74万吨。
实施例3
按图2工艺流程实施，以甲醇年产70万吨工艺前期为例。
新鲜气摩尔组成为：CO 29.18％，CO2 2.49％，H2 67.61％，N2 0.37％，CH40.34％。原料新鲜气1流量为203275Nm3/h，经新鲜气压缩机e增压至8.1MPa。出新鲜气压缩机e的物流22经换热器E1与其中一股第二甲醇塔R2的出塔气15换热至200℃，再去脱毒槽n脱毒。经脱毒槽n脱毒后的物流23分为两股，物流24和物流7，气体流量分别为67690Nm3/h和135585Nm3/h。循环气3经循环机m增压至8.1MPa。出循环机m的物流4经换热器E2与另一股第二甲醇塔R2的出塔气13换热至200℃，再经换热器E3与第一甲醇塔R1的出塔气9换热至220℃。物流7与经换热器E3加热后的物流6混合，混合后的物流8温度为213℃。物流8进入第一甲醇塔R1进行甲醇合成反应，出塔物流9温度230℃。物流9经换热器E3加热物流5后与物流24混合，混合后的物流11温度为213℃。物流11进入第二甲醇塔R2进行甲醇合成反应，出塔物流12温度为216℃。物流12分成两股，物流13和物流15。物流13经换热器E2加热物流4，物流15经换热器E1加热物流22，换热后的两股物流再混合，混合物流17温度为135℃。物流17经空冷器h和水冷器i冷却至40℃后进入甲醇分离器j进行气液分离，液相粗甲醇20去甲醇精馏，气相物流34分为两股，循环气3和驰放气35，循环气3流量为304912Nm3/h，循环气3去循环机m进行增压。第一甲醇塔R1和第二甲醇塔R2分别配有第一汽包k和第二汽包1。
第一甲醇塔催化剂装量36m3，产蒸汽压力2.5MPa，第二甲醇塔催化剂装量36m3，产蒸汽压力1.6MPa，循环比1.5，按此提产工艺，CO单程转化率达90.1％，CO2单程转化率达47.0％，年产甲醇72.75万吨。
实施例4
按图2工艺流程实施，以甲醇年产70万吨工艺后期为例。
新鲜气摩尔组成为：CO 29.18％，CO2 2.49％，H2 67.61％，N2 0.37％，CH40.34％。原料新鲜气1流量为203275Nm3/h，经新鲜气压缩机e增压至8.1MPa。出新鲜气压缩机e的物流22经换热器E1与其中一股第二甲醇塔R2的出塔气15换热至200℃，再去脱毒槽n脱毒。经脱毒槽n脱毒后的物流23分为两股，物流24和物流7，气体流量分别为135585Nm3/h和67690Nm3/h。循环气3经循环机m增压至8.1MPa。出循环机m的物流4经换热器E2与另一股第二甲醇塔R2的出塔气13换热至200℃，再经换热器E3与第一甲醇塔R1的出塔气9换热至230℃。物流7与经换热器E3加热后的物流6混合，混合后的物流8温度为221℃。物流8分别进入第一甲醇a塔R1a和第二甲醇b塔R1b进行甲醇合成反应，出两塔的物流混合成物流9温度259℃。物流9经换热器E3加热物流5后与物流24混合，混合后的物流11温度为233℃。物流11进入第二甲醇塔R2进行甲醇合成反应，出塔物流12温度为239℃。物流12分成两股，物流13和物流15。物流13经换热器E2加热物流4，物流15经换热器E1加热物流22，换热后的两股物流再混合，混合物流17温度为138℃。物流17经空冷器h和水冷器i冷却至40℃后进入甲醇分离器j进行气液分离，液相粗甲醇20去甲醇精馏，气相物流34分为两股，循环气3和驰放气35，循环气3流量为304912Nm3/h，循环气3去循环机m进行增压。第一甲醇塔R1和第二甲醇塔R2分别配有第一汽包k和第二汽包1。
第一甲醇a塔催化剂装量18m3，第一甲醇b塔催化剂装量18m3，产蒸汽压力4.0MPa，第二甲醇塔催化剂装量36m3，产蒸汽压力1.6MPa，循环比1.5，按此提产工艺，CO单程转化率达74.2％，CO2单程转化率达27.2％，年产甲醇71.35万吨。
实施例5
按图3工艺流程实施，以甲醇年产70万吨工艺前期为例。
新鲜气摩尔组成为：CO 29.18％，CO2 2.49％，H2 67.61％，N2 0.37％，CH40.34％。原料新鲜气1流量为203275Nm3/h，经新鲜气压缩机e增压至8.1MPa。出新鲜气压缩机e的物流22经第一换热器E1与其中一股第二甲醇塔R2的出塔气15换热至200℃，再去脱毒槽n脱毒。经脱毒槽n脱毒后的物流23分为两股，物流24和物流7，气体流量分别为54885Nm3/h和148390Nm3/h。循环气3经循环机m增压至8.1MPa。出循环机m的物流4经第二换热器E2与另一股第二甲醇塔R2的出塔气13换热至200℃，再经第三换热器E3与第一甲醇塔R1的出塔气9换热至225℃。物流7与经第三换热器E3加热后的物流6混合，混合后的物流8温度为213℃。物流8分为二股，分别进入第一甲醇a塔R1a和第一甲醇b塔R1b同时进行甲醇合成反应，出第一甲醇a塔R1a和第一甲醇b塔R1b的二股出塔物流汇合成物流9，温度235℃。物流9经第三换热器E3加热物流5后与物流24混合，混合后的物流11温度为213℃。物流11进入第二甲醇塔R2进行甲醇合成反应，出塔物流12温度为215℃。物流12分成两股，物流13和物流15。物流13经第二换热器E2加热物流4，物流15经第一换热器E1加热物流22，换热后的两股物流再混合，混合物流17温度为135℃。物流17经空冷器h和水冷器i冷却至40℃后进入甲醇分离器j进行气液分离，液相粗甲醇20去甲醇精馏，气相物流34分为两股，循环气3和驰放气35，循环气3流量为304912Nm3/h，循环气3去循环机m进行增压。第一甲醇a塔R1a和第一甲醇b塔R1b分别配有第三汽包p和第一汽包k，第二甲醇塔R2配有第二汽包1。
第一甲醇塔R1催化剂装量36m3，产蒸汽压力2.5MPa，第二甲醇塔R2催化剂装量36m3，产蒸汽压力1.6MPa，循环比1.5，按此工艺，CO单程转化率88.3％，CO2单程转化率42.1％，年产甲醇71.43万吨。

Claims (9)

1.一种适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺，包括第一甲醇合成***和第二甲醇合成***，其特征在于：新鲜气按一定分配比例分别补入第一甲醇合成***和第二甲醇合成***。
2.如权利要求1所述的适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺，其特征在于：所述的分配比例为3∶1～1∶2。
3.如权利要求2所述的适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺，其特征在于：所述的分配比例为2∶1～1∶1。
4.如权利要求1所述的适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺，其特征在于：新建甲醇装置中，所述的新鲜气分为两股，一股与换热后的循环气混合，然后进入第一甲醇合成***进行甲醇合成反应，第一甲醇合成***的出塔气加热循环气后与另一股新鲜气混合，然后进入第二甲醇合成***进行甲醇合成反应。
5.如权利要求1所述的适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺，其特征在于：已建甲醇装置提产改造装置中，所述的原料新鲜气分为两股，一股与提产前的新鲜气量等量，其经过联合压缩机压缩段增压后与循环气在缸内混合，进联合压缩机循环段增压，然后依次与一部分第二甲醇***的出塔气和第一甲醇合成***的出塔气换热，另一股经新鲜气经增压、换热脱毒后分为二部分，一部分与换热后的联合压缩机出口气混合，进入第一甲醇合成***进行甲醇合成反应，第一甲醇合成***的出塔气经换热后与另一部分新鲜气混合，然后进入第二甲醇合成***进行甲醇合成反应。
6.如权利要求1所述的适用于新建及提产改造的甲醇合成工艺，其特征在于：所述的第一甲醇塔和第二甲醇塔为水冷反应器，所述的水冷反应器各配一台汽包。
7.一种用于如权利要求4所述甲醇合成工艺的甲醇合成装置，包括新鲜气压缩机、循环机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、脱毒槽、第一甲醇塔、第二甲醇塔、空冷器、水冷器、甲醇分离器、第一汽包和第二汽包，其特征在于：所述的循环机后依次连接第二换热器、第三换热器和一级甲醇合成塔，所述的新鲜气压缩机与第一换热器、脱毒槽依次连接，所述的脱毒槽出口分为二路，一路连接第一甲醇塔的进塔管路，另一路连接第二甲醇塔的进塔管路，所述的第一甲醇塔的出口管路依次连接第三换热器和第二甲醇塔，所述的第二甲醇塔的出口管路依次连接第二换热器、空冷器、水冷器和甲醇分离器，所述的第一甲醇塔和第二甲醇塔各外接一台汽包。
8.一种用于如权利要求5所述甲醇合成工艺的甲醇合成装置，包括新鲜气压缩机、联合压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、脱毒槽、第一甲醇塔、第二甲醇塔、空冷器、水冷器、甲醇分离器、第一汽包和第二汽包，其特征在于：原料新鲜气管路分为二路分别连接联合压缩机和新鲜气压缩机，所述的联合压缩机后依次连接第二换热器、第三换热器和第一甲醇塔，所述的新鲜气压缩机与第一换热器、脱毒槽依次连接，所述的脱毒槽出口分为二路，一路连接第一甲醇塔的进塔管路，另一路连接第二甲醇塔的进塔管路，所述的第一甲醇塔的出口管路依次连接第三换热器和第二甲醇塔，所述的第二甲醇塔的出口管路依次连接第二换热器、空冷器、水冷器和甲醇分离器，所述的第一甲醇塔和第二甲醇塔各外接一台汽包。
9.如权利要求7或8所述的甲醇合成装置，其特征在于：所述的第一甲醇塔为两台，同时进行甲醇合成。
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