論英國戴維工藝與托普索工藝制甲醇工藝的不同之處

秦雪萍 袁川

【摘 要】甲醇是醇類中最簡單的飽和一元醇，它作為一種重要的化工基礎原料為大家所熟知，隨著科技的發展，現在它又有一個全新的定義——清潔能源。目前來說甲醇不僅作為傳統的有機原料，消費市場很大，而且在甲醇消費的新興產業方面，世界各國都在陸續開發，開始形成了以甲醇為起點，制造基本有機原料產品、能源產品以及精細化工產品的全新的甲醇化工，從而促進了全世界甲醇工業的迅速發展。而目前戴維和托普索工藝成了制造甲醇的首選工藝，戴維工藝主要適用于雨水多，水成本低的地區選用，像我國大陸主要采用戴維制甲醇工藝，而托普索適用于干旱，少雨，水成本較高的地區使用，中東地區主要選用托普索工藝，下面我們就對兩工藝的區別做一個探究。

【關鍵詞】甲醇;制造;托普索;戴維;選用;區別

概述：

甲醇作為四大基礎化工原料之一，制造工藝也有不同的區別，下面對戴維（重慶卡貝樂化工有限責任公司年產85萬噸甲醇裝置）工藝與托普索（伊朗年產150萬噸甲醇EG項目）工藝的不同之處，做一個分析對比，如有不足之處望各位讀者糾正且海涵。

一、兩者主要工藝流程

1.1托普索工藝流程

天然氣配氣站→天然氣水汽分離罐→兩斷盤管升溫（380℃）→加氫脫硫→氧化鋅脫硫→飽和系統（進出口換熱器、飽和塔、水汽分離罐、進出口換熱器）→盤管（496℃）→預轉化→盤管（638℃）→一段轉化（739℃）→二段轉化→沸熱鍋爐→蒸汽加熱器→鍋爐水加熱器→分液罐→精餾三塔再沸器→分液罐→精餾一塔再沸器→分液罐→脫鹽水加熱器→轉化氣降溫風機→最終水冷器→最終分液罐→合壓機→進出口換熱器→合成塔進出口換熱器→空冷器→水冷器→高壓分離罐（頂部氣體去合壓機循環段做功后與二段出口匯合）→低壓分離罐→粗甲醇罐→一塔二塔三塔精餾→二塔三塔采出→除三甲胺→精甲醇罐

1.2戴維工藝流程

天然氣配氣站→預脫硫→天然氣緩沖罐→天壓機→預熱器（325℃）→盤管（365℃）→加氫脫硫→ZNO脫硫→飽和塔→兩斷盤管（575℃）→預轉化→兩斷盤管（630℃）→轉化爐（878℃）→沸熱鍋爐→鍋爐水加熱器→三塔再沸器→分液罐→二塔再沸器→換熱器→最終分離罐→合壓機→合成塔進出口換熱器→合成塔一→進出口換熱器→水冷器→甲醇分離罐（合成塔二同理一塔高分進循環段，二塔高分進合成塔一）→粗甲醇罐→一塔二塔三塔精餾→二塔三塔采出→精甲醇罐

二、論兩套工藝制甲醇設備對比

2.1戴維相比于托普索

從上面兩套工藝流程可以看出，戴維工藝比托普索多出的設備有：多出了一套預脫硫裝置，多出了三臺中壓鍋爐給水泵，多出了一臺天然氣壓縮機，多出了一套二氧化碳系統（二氧化塔壓縮機）。

2.1.1多出脫硫裝置：天然氣中含有有機硫和無機硫，對天然氣的利用有了一定的限制，天然氣中的H2S本身就是一種有害雜質，他的存在不僅會引起管道設備的腐蝕，對于轉化催化劑也是一種毒物，會影響催化劑的活性，而且在燃燒時會產生毒性很強的氣體（二氧化硫），污染環境，甚至危害人生安全。戴維的預脫硫主要脫出天然氣中的有機硫，和天然氣中含有的雜質，主要采用氧化鋅對其有機硫以及雜質進行吸收。所以，由于戴維工藝較早的興起，增加了預脫硫裝置，這對甲醇裝置起到了一個重要的作用。但隨著近幾年來隨著脫硫技術的提升，天然氣在進入用戶之前就進行了脫硫，而且總硫含量也低于30ppm，脫出了前面大部分的有機硫，剩下的無機硫可以在后面的加氫脫硫工藝中脫去，所以后面的工藝逐漸省去了預脫硫裝置，但是戴維工藝增加的預脫硫，為前面脫硫不合格提供了一個穩定的保障。

2.1.2多出的天然氣壓縮機：由于中國地區天然氣用戶較多，到界區只有14bar的壓力，達不到工藝生產所需壓力，也就是達不到合壓機入口壓力15bar，因為進來的天然氣到合壓機有很長的管阻，再加上經過轉化設備的壓降，達不到合壓機入口的條件，因此增加天然氣壓縮機提高天然氣壓力至32bar，從而滿足生產工藝條件。而托普索工藝，入口天然氣壓力高達50bar，除去壓降，管阻，到合壓機入口還有24bar，完全滿足工藝要求，所以省去了天然氣壓縮機。

2.1.3多出的中壓鍋爐給水泵：戴維采用的中壓鍋爐給水泵，為合成汽包提供所需的鍋爐水，而反觀托普索則是采用一臺高壓水泵，從中間一級抽出一部分加壓的鍋爐水至合成汽包，末端的水則去轉化高壓汽包，相比于戴維的工藝，托普索在給水泵這一塊做出了巨大的改變，同時也節約了建設成本和減小了占地面的等優勢，但缺點則是如果泵出現故障備用泵未自啟，則會滿足不了汽包的持續上水要求，轉化負荷和合成負荷較高時有可能會因為上水量的不足引起全場跳車的風險，嚴重還可能引起汽包干鍋對設備造成損壞。

2.1.4多出的二氧化碳系統：根據分析得知，戴維所增加的二氧化碳系統是針對天然氣中二氧化碳含量高而設計的，據調查內地天然氣中co2的含量達到了7.77%，在戴維的要求和計算中得出需要控制合成系統的氫碳比為2.05，所以在天然氣轉化過程中，由于co2的含量較高，在裂解過程中會產生大量的co2，造成氫碳比的不平衡，所以戴維采用在轉化爐出口補入co2，一方面抑制co2的生成，讓更多的co生成，另一方面合理的調節了合成系統的氫碳比。而托普索工藝這邊，天然氣中co2含量只有0.89%，所以不需要co2系統，氫碳比則是由二段爐的氧氣和一段爐的溫度來進行控制。

2.2托普索相比于戴維

2.2.1多出的除三甲胺裝置：在甲醇合成中，當原料氣中氨的體積分數達到0.015g/m3時，化學反應中便會伴有三甲胺的生成，由于混胺類多，堿值高，氨化值低，有利于甲醇副反應的生成，增加了粗甲醇精餾過程的難度，此外三甲胺的存在還會造成許多甲醇下游產品的危害。所以托普索工藝在精甲醇采出后增加了一套離子交換系統，以便徹底脫出三甲胺。還有一個重要原因是，國外生產甲醇必須達到美國聯邦標準，而國內則不需要。

2.2.2多出二段爐分析：二段轉化允許一段爐有較高的甲烷殘余量，而剩余的則在二段爐加氧進行轉化，這就可以使一段爐在低水碳比，低溫，高壓的環境下操作，且操作條件較溫和。同時，由于溫度較低，所以一段轉化管所用材質也會節約一定成本。二段爐加氧會放出大量熱，這部分熱量可以用來副產更多的蒸汽，可以滿足全場所有的動力輸出，此外對調節氫碳比多出了一種調節手段。最重要的一點是H2+1/2O=H2O所以據研究表明，二段爐中加入氧氣越多，工藝用水則越少，因為氧氣、甲烷、氫氣反應之后會生成水。在中東地區，節約用水也是相當重要，因為這些地方水的成本比天然氣還高，所以水耗能力也非常重要。

三、結論

這兩套工藝的整體生產過程基本都一樣，從某種意義上來講，其實托普索工藝更注重于水成本的消耗，所采用的飽和系統可以完全回收系統中所產生的工藝冷凝液以及精餾塔底廢液，這一設計是完全優于戴維工藝，因為戴維工藝的工藝冷凝液是不能完全回收的，從而導致水成本的增加。而托普索所采用的二段轉化，變相的來說也是為了節約水的成本，可以將水碳比控制在1.8左右，同時也節約了燃料氣，降低了一段爐的負荷。還有從兩套裝置來講，戴維工藝基本都是采用水冷器，而反觀托普索工藝，基本都是采用風冷，這也是針對水成本要求不一樣而設計的。所以得出結論，兩者工藝的不同主要取決于水耗的成本。

參考文獻：

[1]《工業甲醇中三甲胺的控制論文》賈瑞博

[2]《重慶卡貝樂化工有限公司年產85萬噸甲醇裝置帶點控制工藝流程圖》

[3]《重慶卡貝樂化工有限公司年產85萬噸甲醇裝置操作規程》

[4]《大型頂燒式和側燒式轉化爐技術特點分析》宣辰光、董世達