第41卷第1期化工設(shè)計通訊2015年2月Chemical Engineering Design Communications煤制甲醇合成裝置改造與優(yōu)化易洪民(中國神華煤制油化工有限公司新疆分公司,新疆烏魯木齊830019摘要:通過對比國內(nèi)同類型180萬t/h煤制甲醇合成裝置的工藝設(shè)計,分析其實際生產(chǎn)情況中出現(xiàn)的問題及產(chǎn)生的原因,提出相應(yīng)的技術(shù)改造和調(diào)整方案,對筆者所在公司甲醇合成裝置進行了改造和優(yōu)化,取得了顯著的效果關(guān)鍵詞:煤制甲醇合成裝置;合成;改造;優(yōu)化中圖分類號文獻標志碼:A文章編號:1003-6490(2015)01-0041-04Improvement and Optimization of Coal to methanol Synthesis PlantYI Hong-minChina shenhua coal oil chemical Co, Ltd. Xinjiang branch urumqi, Xinjiang)Abstract: By comparison of technological design in domestic other 1 800 000 t/a coal tsynthesis pants, it analyzes the reasons of the problems in the production. It also puts forward thetechnological transformation and corresponding adjustment programs.Key words: coal-to-methanol plant; gasification; synthesis; transform; optimization1項目裝置簡介son Matthey)的甲醇合成催化劑來生產(chǎn)MTO級甲醇。該技術(shù)具有合成氣轉(zhuǎn)化率高(99%)、原料國內(nèi)某新建180萬t/a煤制甲醇項目為目前消耗低、系統(tǒng)壓降小、能耗利用合理、流程簡練、控全球最大規(guī)模煤制甲醇裝置之一,該項目計劃于制簡單、三廢排放少等特點,其流程采用雙反應(yīng)器016年5月底開始投料試車,7月初生產(chǎn)出合格串并聯(lián)的方式,如圖2所示甲醇產(chǎn)品。該煤制甲醇裝置主要由空分裝置、氣蒸汽蒸汽化裝置、凈化硫回收裝置、甲醇合成裝置4個裝置泡包組成。煤制甲醇項目流程示意圖如圖1所示汽包排污原料煤化粗煤氣鍋爐馳放氣凈化氫回收尾氣進燃料10氣管網(wǎng)給水3閃蒸氣氧氣氫氣送其他裝置新鮮氣馳放氣粗甲醇至穩(wěn)定塔爭化氫氣硫硫園收人氣體甲醇合成}甲那罐區(qū)圖2甲醇合成流程示意圖1、2一合成塔;3、4一合成汽包;5一鍋爐給水預(yù)熱器;6、7一空冷器;8一循環(huán)氣壓縮機;9、10一水冷器;1甲醇分離器圖1煤制甲醇項目流程示意圖13一閃蒸槽;14、15—中間換熱器本文主要討論甲醇合成裝置的改造與優(yōu)化2煤制甲醇裝置運行情況甲醇合成裝置采用英國Davy工藝技術(shù)有限同180萬t/a煤制甲醇裝公司( Davy Process Technology,簡稱DPT公司)中國煤化工的甲醇合成工藝技術(shù)及英國莊信萬豐公司(JohnCNMHG·現(xiàn)國內(nèi)已有成功運a裝置,因此煤制甲醇合收稿日期:2014-11-07作者簡介:易洪民(1986-),男,漢族,重慶市人,助理工程師,主要從事煤制甲醇生產(chǎn)技術(shù)工作化工設(shè)計通訊第41卷成裝置在工藝和設(shè)計上有很多值得借鑒的地方口1.9MPa,產(chǎn)品氫氣壓力1.7map,由于外送給通過和其它同類裝置的對比,發(fā)現(xiàn)了其工藝下游裝置的H2需要壓力3.2MPa,需要一臺氫流程的設(shè)計、設(shè)備選型、儀表電器控制方案等存在氣壓縮機提壓,增加操作負擔和投資。的問題、缺陷和潛在的不安全因素。為了從根本合成氣上解決以上問題,消除設(shè)計缺陷,相關(guān)技術(shù)人員從實踐中摸索經(jīng)驗,提出了相應(yīng)的技術(shù)改造和優(yōu)化合成氣凈化方案,取得了顯著的效果合成氣壓縮預(yù)熱器合成氣凈化槽脫氯槽3煤制甲醇合成裝置改造與優(yōu)化圖4新疆某公司甲醇合成凈化系統(tǒng)工藝流程圖3.1甲醇合成裝置合成氣脫硫的改造與優(yōu)化3.1.1存在問題(2)PSA單元設(shè)計處理尾氣能力最大為7159(1)包頭某公司選擇的脫硫催化劑是銅鋅催m(標)h,在催化劑末期,馳放氣量大,不能滿足化劑,活性溫度為150~190℃,在脫硫前,需要對需求,不僅導(dǎo)致大量的馳放氣放空、能耗增加,還催化劑中的氧化銅進行還原,增加了操作難度和不利于環(huán)保。時間(3)當產(chǎn)品氫氣質(zhì)量不合格、壓力波動、PSA(2)由于活性溫度較高,需要較大換熱面積的故障或停車等非正常生產(chǎn)情況時,需要切斷去下合成凈化預(yù)熱器,增加了投資成本。如圖3所示:游裝置的產(chǎn)品氫氣,影響下游裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)。合成氣如圖5所示17MPa產(chǎn)品氫氣去PP、PE裝置合成氣壓縮機一合成氣凈化預(yù)熱器原料氣冷卻器氣壓縮機回流線合成氣凈化槽原料氣分液罐↓解析氣去合成塔PSA吸附塔(8個)圖3包頭某公司甲醇合成凈化系統(tǒng)流程圖圖5包頭某公司PSA單元工藝流程圖3.1.2改造內(nèi)容3.2.2改造內(nèi)容(1)選擇低溫活性的氧化鋅催化劑,不需要還(1)提高PSA單元的操作壓力,入口3.4原,活性溫度為110~130C。MPa,產(chǎn)品氫氣壓力3.2MPa,滿足外送氫氣壓力(②)根據(jù)新疆煤質(zhì)分析,氯離子超標,增加脫要求,少用一臺氫氣壓縮機,減輕操作負擔和減少氯槽。投資。(2)由包頭某公司的8個吸附塔,增加到103.1.3改造效果個吸附塔,提高PSA單元處理能力,最大能夠處(1)氧化鋅催化劑不需要還原,減輕了操作負理34500m(標)/h,在催化劑末期,能滿足處理擔,節(jié)約了開車時間大量馳放氣的要求。如圖6所示。(2)氧化鋅催化劑活性溫度比銅鋅催化劑低合成凈化預(yù)熱器減小,節(jié)約了投資。32MPa產(chǎn)品氫氣去下游裝置(3)增加脫氯槽.脫除合成氣中的氯,起到保護合成塔催化劑,延長其使用壽命的作用。如圖所示。H中國煤化工CNMHG解析氣3.2甲醇合成裝置PSA變壓吸附單元的改造與PSA吸附塔(10個)優(yōu)化圖6新疆某公司PSA單元工藝流程圖3.2.1存在問題(1)包頭某公司PSA單元的操作壓力低,入(3)增加4個高壓氫氣儲罐(100m3),在PSA第1期易洪民:煤制甲醇合成裝置改造與優(yōu)化系統(tǒng)非正常情況下,不僅能穩(wěn)定外送產(chǎn)品氫氣壓嚴重影響空冷器和水冷器的換熱能力,還影響甲力,還能保證下游裝置用氫量。醇分離器的分離效果。由于甲醇不能很好的分3.2.3改造效果離,帶入合成塔后使合成反應(yīng)進一步惡化,同時造減輕操作負擔、節(jié)約投資、滿足氫氣回收和下成合成系統(tǒng)循環(huán)量嚴重超過設(shè)計的671.0t/h,最游裝置用氫氣的要求、降低能耗、節(jié)能減排。高達到845t/h,壓縮機長期滿負荷運行;同時壓3.3甲醇合成塔改造及操作優(yōu)化縮機一級密封氣存在石蠟等雜質(zhì),會造成壓縮機3.3.1存在問題干氣密封組件磨損,存在安全隱患;其他的副產(chǎn)物(1)包頭某公司180萬t/a煤制甲醇自投料的生成,給后續(xù)穩(wěn)定精餾塔單元增加了負擔以來,甲醇合成塔上部催化劑床層局部溫度一直f)粗甲醇過濾器選型不對,不能很好的過濾處于超溫狀態(tài)。床層最高時熱點溫度至309℃,生成的石蠟等雜質(zhì),給后系統(tǒng)造成負擔系統(tǒng)穩(wěn)定裝填下,1塔上部2熱點溫度均在292g)空冷器和水冷器的冷量設(shè)計不足、分離器301℃,在系統(tǒng)負荷調(diào)整過程中容易超309℃,的分離效果差,造成甲醇不能有效分離,增加了合導(dǎo)致系統(tǒng)高負荷運行時存在隱患成塔的負擔,為了滿足生產(chǎn)負荷的需要,必需提高(2)系統(tǒng)結(jié)蠟嚴重、水冷器后分離氣體溫度高床層溫度,也是造成合成塔溫度超溫的原因。(設(shè)計45℃,運行中最高到達60C)、合成塔的循環(huán)量過大(設(shè)計量為671t/h,運行中最高達到845t/h)、壓縮機長期滿負荷運行,不僅嚴重影響甲醇合成反應(yīng),還存在潛在隱患。T自目3.3.2原因分析T(1)合成塔設(shè)計方面在合成塔設(shè)計方面(如圖7所示),甲醇合成塔為徑向流反應(yīng)器蒸汽上升式合成塔,催化劑裝填在反應(yīng)器的殼側(cè),從汽包來的鍋爐水進入反應(yīng)器的底部然后向上流動帶走甲醇合成反應(yīng)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱,汽包內(nèi)副產(chǎn)中壓蒸汽。新鮮的合成氣圖7包頭某公司甲醇合成塔示意圖從反應(yīng)器底部的中心管進入,中心管管壁上有分配孔以保證氣體的分布均勻,氣體沿徑向從內(nèi)到(2)工藝方面有幾個原因外通過反應(yīng)器的催化劑床層a)合成塔進出口調(diào)溫副線開度過大(現(xiàn)在開a)合成塔的上部由于沒有開孔收集器,熱氣度為:45%左右),造成出口氣體不能很好的換熱,體需向下折流經(jīng)過中下部的催化劑后進入收集器熱量后移,給后面空冷和水冷器增加負擔。才能流出塔外,造成合成塔上部熱量累積超溫b)氣體組分對合成塔床層溫度的影響,在系b)超溫處催化劑范圍內(nèi)不含有換熱的列管,統(tǒng)調(diào)整負荷時,新鮮氣中的CO2含量控制不穩(wěn)屬于絕熱反應(yīng),熱量只能靠氣體帶出,所以反應(yīng)熱定,忽高忽低,在CO2含量過低的情況下,加劇了帶出較慢,造成合成塔上部熱量累積超溫。CO和H2氣的反應(yīng),導(dǎo)致合成塔催化劑床層c)包頭某公司合成塔內(nèi)換熱管數(shù)量為1040超溫;根,換熱能力不足,不能有效的將反應(yīng)熱帶出,是c)合成系統(tǒng)內(nèi)惰性氣體控制過低(小于合成塔床層溫度超溫的重要原因之8%),在催化劑使用初期,其活性好,惰性氣體含d)合成塔從底部進氣,相對中下部直接徑向H中國煤化工體的分壓,造成反應(yīng)劇流出塔外的氣體而言,氣體在塔中上部滯留時間CNMHG較長,反應(yīng)熱不能及時帶走,造成合成塔頂部3.33改造內(nèi)容及處理方法超溫(1)改變進氣方式,由原來的從合成塔底部進e)高溫操作,造成甲醇合成反應(yīng)副產(chǎn)物增加氣,改為上下同時進氣。從塔頂進氣的合成氣體如生成石蠟、高級醇、醚類等),生成的石蠟不僅經(jīng)催化劑反應(yīng)后直接排出,不會在上部滯留時間化工設(shè)計通訊第41卷較長,能夠有效的將反應(yīng)熱帶岀,減輕上部溫度超3.↓膜分離系統(tǒng)改造溫的現(xiàn)象的發(fā)生。如圖8所示3.4.1存在問題(1)包頭某公司膜分離設(shè)計最大處理能力為22332m2(標)/h,在催化劑中后期馳放氣量能達到30000m3(標)/h左右,不能滿足處理的要求,導(dǎo)致大量馳放氣放空到火炬,增加能耗,不利于環(huán)保。(2)膜組能承受的溫度最高位67℃,當2號空冷、水冷器冷卻效果不好和系統(tǒng)在線除蠟時,馳放氣溫度偏高·膜分離單元容易發(fā)生高溫聯(lián)鎖跳車。3.4.2改造內(nèi)容圖8新疆某公司甲醇合成塔示意圖(1)提高設(shè)計量到最大,34500m3(標)/h。(2)選擇耐高溫的膜組,最高能夠承受85℃(2)增加合成塔內(nèi)部換熱管,由包頭某公司合3.4.3改造效果成塔內(nèi)部的1040根,增加到筆者所在公司的1(1)在催化劑中后期,能完全處理馳放氣量,424根,能夠有效的將反應(yīng)熱帶走,不僅減輕合成節(jié)能減排,增加經(jīng)濟效益塔床層溫度超溫的現(xiàn)象,還能減輕后系統(tǒng)空冷器(2)高溫膜組的選擇,避免了膜組因高溫引發(fā)和水冷器的負擔。聯(lián)鎖的危險,保證膜分離單元長期穩(wěn)定的運行(3)增加空冷器數(shù)量,由包頭某公司的1、2號3.5甲醇合成催化劑還原中遇到的問題及解決空冷器的14臺、18臺增加到現(xiàn)在的18臺、22臺;辦法將甲醇分離器的擋液板位置下移,將甲醇有效的3.5.1存在問題分離,減輕合成塔的操作負擔、將合成氣循環(huán)量控由于新疆偏遠,不利于氫氣運輸,因此用傳統(tǒng)制在設(shè)計值的氫氣槽車運輸不能保證催化劑高效還原。(4)選擇高效甲醇過濾器,能夠有效的將生成3.5.2改造內(nèi)容的石蠟等雜質(zhì)過濾。增加甲醇裂解制氫氣裝置,產(chǎn)品氫氣由PSA(5)配合凈化裝置控制好CO2體積分數(shù)在提純后(壓力1.0MPa,1500m2(標)/h),供催化1.95%~3.0%左右,催化劑初期控制CO2偏高,劑還原時使用。防止催化劑超溫,同時合成催化劑處于使用初期,3.5.3改造效果活性較好,這就要求將合成系統(tǒng)內(nèi)的惰性氣含量節(jié)約投資,保證還原用氫量?？刂圃?0%以上,來抑制甲醇合成反應(yīng)的劇烈行,保證床層溫度。4結(jié)語(6)盡量維持合成塔調(diào)溫副線在1%~5%的通過以上措施,逐漸解決了生產(chǎn)和設(shè)計上存小開度范圍,進出口氣體充分換熱·降低空冷器和在的絕大部分問題,取得了顯著的效果,在以后建水冷器負擔,同時可根據(jù)催化劑使用情況適當降設(shè)的同類型大規(guī)模煤化工項目中值得借鑒。但也低汽包壓力,控制床層溫度,延長催化劑壽命。存在著一些尚未能解決的問題,如DAVY的合成3.3.4改造效果分布不均勻、容易生成石蠟等還需通過以上揹施,能有效解決合成塔頂床層溫中國煤化工施技術(shù)改造,從而逐漸度超溫、合成塔循環(huán)量大,壓縮機長期滿負荷運CNMH運行的瓶頸。行、甲醇分離效果差、系統(tǒng)結(jié)蠟嚴重等問題。