甲醇合成系統節能降耗技術研究

牛文勇

新疆哈密廣匯環?？萍加邢薰?新疆 哈密 839303

引言

甲醇是一種重要的化工產品與化工原料，廣泛用于生產塑料、橡膠、纖維、醫藥、國防工業等，又在許多潛在領域有著廣闊的應用前景，可作為清潔燃料代替汽油使用，制取微生物蛋白、烯烴技術也有所突破，其重要性不言而喻。本文介紹了甲醇裝置合成系統增產節能改造取得的良好使用效果。

1 甲醇合成工藝流程

水煤漿經過氣化產生水煤氣，水煤氣經過變換、脫硫、脫碳處理后可以得到符合要求的精致氣用于甲醇合成。經過凈化處理的新鮮氣經加壓后甲醇分離器分離得到的循環氣在循環段混合，經再次加壓得到壓強4.2—5.15MPa，溫度65℃的混合氣，混合氣在口換熱器殼程與出塔氣換熱，得到200—250℃的合成氣在合成塔參與反應。

甲醇合成塔是合成甲醇相關反應發生的地方，其管程中充滿銅系甲醇合成催化劑。合成氣進入管程與銅系甲醇合成催化劑接觸發生反應，其中的二氧化碳CO2、CO和氫氣H2反應得到甲醇、水，生成極少量的其他物質。反應非常劇烈釋放大量的熱，管程外圍鍋爐水包圍以便帶走熱量。甲醇合成塔下部出來的熱反應氣體先進入進出口換熱器的管程與冷合成氣交換熱量降溫至90℃左右，從合成塔出來的氣體中的一部分甲醇蒸汽遇冷凝結成為液體；此時氣體進入甲醇水冷器和循環水接觸降溫至40℃以下再到甲醇分離器分離出氣體和液體。

被分離出粗甲醇之后的氣體大約含70%的一氧化碳CO，3%-5%的二氧化碳CO2，含量5%-8%循環氣與新鮮氣混合加壓循環使用。為了避免惰性氣體的量越積越多還需要不斷地排放以保持穩定的氣體成分。被分離出來的粗甲醇和稀甲醇液混合經過減壓處理進入甲醇膨脹槽輸送至甲醇精餾工段，通過自調閥控制甲醇膨脹槽壓力，降壓閃蒸出溶解于粗甲醇中的氣體將其作為燃料或進入火炬燃燒。

2 甲醇合成主要設備

2.1 合成氣壓縮機 甲醇合成氣壓縮機屬于一種離心壓縮機，包括新鮮氣壓縮段(前5級葉輪)、循環段(第6級葉輪)、壓縮機、增速機、電機、聯合油站。

2.2 甲醇合成反應器 甲醇合成反應器為管殼外冷—絕熱復合式甲醇合成反應器，本文對該反應器進行優化，設計了一種絕熱—管殼外冷復合型甲醇合成反應器，其特點如下：

(1)列管上部為絕熱層，裝填適量的甲醇合成催化劑。

(2)列管數量較原反應器減少五分之一，降低了設備的復雜度。

(3)氣體進口處設置分布器使催化劑床層氣體分布更均勻。

(4)可以用于低溫高活性催化劑，有效減少“壁效應”的不利影響。

2.3 甲醇冷凝器 甲醇冷凝器利用循環水和出塔氣交換熱量以達到降低出塔氣溫度的目的，使得出塔氣體中的甲醇蒸汽凝結成液體，降低氣體溫度。冷凝量和冷凝效果有直接關系。在低壓法合成甲醇工藝中冷卻后的氣體中通常包括0.6%的甲醇。甲醇冷凝器出口氣體溫度反應冷凝效果，溫度越高未冷凝的甲醇含量越高，這部分甲醇蒸汽將再次進入壓縮機，從而增加壓縮機能耗，還會發生反應生成雜質。溫度越低反應甲醇冷凝效果好，但是如果溫度低于20℃時，冷凝效果變化不大。可見一味降低合成氣溫度會增加循環水消耗量，經濟效益不高。

2.4 甲醇分離器 甲醇分離器用于分離冷凝的氣液混合物獲得粗甲醇，經過減壓處理后輸送至甲醇膨脹槽，而分離獲得的循環氣返回壓縮機使用。本文設計的甲醇分離器屬于重力機械式分離器，利用離心力、重力作用甩出企業混合物中的液體甲醇，實現氣液分離。

3 甲醇裝置節能減排措施

3.1 工藝節能降耗措施 (1)采用先進的串級式甲醇合成工藝，合成塔廢熱副產中壓蒸汽；(2)采用膜分離與PSA結合回收弛放氣中的氫，大部分氫返回合成回路，盡量減少原料氣消耗，從而節約能耗；(3)閃蒸氣、精餾不凝氣和PSA尾氣作為蒸汽加熱爐燃料，以減少燃料氣的消耗；(4)采用高效率機泵、透平，以減少功耗；(5)裝置內的蒸汽冷凝液和透平冷凝液全部回收綜合利用，降低脫鹽水消耗，從而節約能耗；(6)合成回路設置1臺鍋爐給水預熱器，用合成塔的出塔氣預熱進合成汽包的鍋爐給水，降低了合成空冷器和水冷器的熱負荷，同時提高了蒸汽產量；(7)汽包的連續排污進入連續排污擴容器，回收部分低壓蒸汽；(8)合成塔的出塔氣用于預熱入塔氣，廢熱得到利用；(9)弛放氣設置甲醇洗滌塔，回收其中的甲醇，提高了甲醇的回收率，降低了原料氣消耗。

3.2 節水措施 (1)由于本項目所在地新疆屬于缺水地區，生產裝置中換熱設備盡量使用空氣冷卻，如合成氣/循環氣壓縮機透平表冷器、1＃甲醇冷凝器、2＃甲醇冷凝器、穩定塔回流預冷凝器全部采用空冷，以降低循環水用量；(2)裝置內的蒸汽冷凝液和透平冷凝液全部回收綜合利用，以降低脫鹽水消耗，從而降低了新鮮水的消耗；(3)裝置內的相關設備采用節水設備。

3.3 噪聲控制措施 裝置噪聲源主要有合成氣壓縮機、循環氣壓縮機、尾氣壓縮機、氫氣壓縮機和泵類等。噪聲的防治，首先應從設備的選型、噪聲源的合理布置等方面考慮。裝置設計中采取的噪聲防治措施：(1)設備選型時盡量選用低噪聲設備，如選用低噪聲轉化爐燒嘴；(2)噪聲較強的空冷器設置消聲器，操作崗位設有隔音室；(3)對總體布局進行合理布置，利用建筑物的屏障作用和距離衰減達到降噪要求，高噪聲設備盡量布置在室內。通過采取各種措施后，保證廠界噪聲滿足《工業企業廠界環境噪聲排放標準》(GB12348—2008)3類標準要求。

結語

綜上所述，甲醇合成增產節能工藝的研究是重要課題，我國不但要提高甲醇產能，還要不斷創新甲醇合成工藝，建立甲醇合成增產節能工藝流程，實現增產節能。