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1、甲醇装置简介和重点部位及设备 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、
2、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纳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，一般依据原料气的组成不同而采纳不同的脱硫、变幻、脱碳
3、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5080MPa(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：采纳活性高、转化率高、选择性好的甲醇合成催化剂；采纳温差小、阻力小、反应温度易控制、热能回收率高的均温型合成塔；并不断提升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 甲醇生产装置采纳的原料种
4、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，采纳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。 转化反应必须要的热量由天然气和合成
5、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升，补充入甲醇合成循环回路，并提供甲醇合成回路气体循环必须要的动力。 (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，冷却分开出粗甲醇。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73 (1)脱硫 天然气经天然气压缩机升压到26MPa(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
6、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02mgm3，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820860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，提供转化反应必须要的热量。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2OMPa(表)，经
7、合成气压缩机加压到65MPa(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，进人粗甲醇分开器，粗甲醇与循环气分开，分开后的循环气去循环段入口。粗甲醇进入闪蒸槽，减压分开出气体后，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
8、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
9、，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H2CO+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，可提升气体利用率，提升产量，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 因采纳的原料、催化剂、设备不同，工艺操作条件不尽相同，表738列出主要操条件的范围。 2工艺技术特点 采纳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。脱硫采纳加氢转化，氧化锌吸
10、附脱硫技术，流程短。 合成采纳低压甲醇合成工艺技术，压力低，动力消耗低。催化剂采纳高活性铜基催侣剂，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。合成塔采纳管式均温合成塔，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68，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。 精馏采纳常压双塔精馏流程，流程短，产品质量高。 (五)催化剂 甲醇装置采纳了加氢催化剂、硫汲取剂、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739。 (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
11、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740。 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741。 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38MPa(表)中压蒸汽。设备内工艺气体为CH4、H2、CO、C02等，压力达26MPa(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。假设设备发生超温，易造成设备损坏，工艺气体泄漏，而引发重大火灾、爆
12、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、粗甲醇分开器等压力设备组成。设备内压力为62MPa(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 转化炉承当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
13、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900950，炉管内压力为26MPa(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，采纳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27MPa(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65MPa(表)，转速可达13000rmin。 大
14、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62-65MPa(表)，反应温度200-250。管式合成塔管内充填合成催化剂，管间为强制循环的锅炉水，汲取合成反应热，产生3
