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(shí)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(jìn)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(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1003- -6490(2015)01-0041-04Improvement and Optimization of Coal to methanol Synthesis PlantYI Hong-min .(China 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 to methanolsynthesis 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 ; optimizationson Matthey)的甲醇合成催化劑來生產(chǎn)MTO級1項目裝置簡 介甲醇。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(diǎn),其流程采用雙反應(yīng)器2016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、氣蒸汽化裝置、凈化硫回收裝置、甲醇合成裝置4個裝置泡包汽包排行組成。煤制甲醇項目流程示意圖如圖1所示。排污154中”14原料煤比化粗媒氣。凈化氫回收尾氣進(jìn)燃料鍋水二+8- 10馳放氣氣管網(wǎng)給水閃蒸氣_氧氣氫氣送其他裝置新鮮氣-空地電I 粗甲醇至穩(wěn)定塔酸性凈化氫氣甲醇送圖2甲醇合成流程示意圖硫磺硫回收一合成(|甲醇合成I1甲醇罐區(qū)、1、2-合成塔;3、4-合成汽包;5-鍋爐給水預(yù)熱器;6.7-空冷器;8-循環(huán)氣壓縮機(jī);9.10-水冷器;11.12-甲醇分離器;圖1煤制甲醇項目流程示意圖13-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(yùn)行情況甲醇合成裝置采用英國Davy工藝技術(shù)有限筆者所在公司的該套180萬t/a 煤制甲醇裝公司(Davy Process Technology,簡稱DPT公司)置為全球最大規(guī)模裝置之- . ,現(xiàn)國內(nèi)已有成功運(yùn)的甲醇合成工藝技術(shù)及英國莊信萬豐公司(John-行的180萬t/a煤制甲醇裝置，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?！?2●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?？?.9MPa,產(chǎn)品氫氣壓力1. 7 map,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3.2 MPa,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(jī)提壓,增加操作負(fù)擔(dān)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(shí)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。合成氣壓縮機(jī)脫氯槽預(yù)熱器合成氣凈化槽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(biāo))/h,在催化劑末期,馳放氣量大,不能滿足化劑,活性溫度為150~190C.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(jìn)行還原,增加了操作難度和不利于環(huán)保。時間。(3)當(dāng)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)。如圖5所示:1.7MPa產(chǎn)品氫氣去PP、PE'裝置合成氣凈化預(yù)熱器原料氣冷卻器) 氫氣壓縮機(jī)回流線原料氣分液罐解析氣L→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3.2.2改造內(nèi) 容3.1.2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，人口3.4MPa,產(chǎn)品氫氣壓力3. 2MPa,滿足外送氫氣壓力原,活性溫度為110~130 C。(2)根據(jù)新疆煤質(zhì)分析,氯離子超標(biāo),增加脫要求,少用一臺氫氣壓縮機(jī),減輕操作負(fù)擔(dān)和減少投資。氯槽。(2)由包頭某公司的8個吸附塔,增加到103.1.3改造效 果(1)氧化鋅催化劑不需要還原,減輕了操作負(fù)個吸附塔.提高PSA單元處理能力,最大能夠處.理34500m3 (標(biāo))/h,在催化劑末期,能滿足處理.擔(dān),節(jié)約了開車時間。(2)氧化鋅催化劑活性溫度比銅鋅催化劑低，大量馳放氣的要求。如圖6所示。3.2MPa產(chǎn)品氫氣去下游裝置合成凈化預(yù)熱器減小，節(jié)約了投資。(3)增加脫氯槽,脫除合成氣中的氯,起到保護(hù)合成塔催化劑,延長其使用壽命的作用。如圖4所示。原料氣分液罐[了解析氣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，人(3)增加4個高壓氫氣儲罐(100m2 ),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(yán)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(jìn)-.步惡化,同時造減輕操作負(fù)擔(dān)、節(jié)約投資、滿足氫氣回收和下成合成系統(tǒng)循環(huán)量嚴(yán)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(dá)到845t/h,壓縮機(jī)長期滿負(fù)荷運(yùn)行;同時壓3.3甲醇合成塔改造及操作優(yōu)化縮機(jī)--級密封氣存在石蠟等雜質(zhì)，會造成壓縮機(jī)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(fù)擔(dān)。以來,甲醇合成塔.上部催化劑床層局部溫度--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(diǎn)溫度至309 'C,生成的石蠟等雜質(zhì),給后系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)穩(wěn)定裝填下,1#塔上部2熱點(diǎn)溫度均在292g)空冷器和水冷器的冷量設(shè)計不足、分離器. ~301 C ,在系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)整過程中容易超309 C，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(fù)荷運(yùn)行時存在隱患。成塔的負(fù)擔(dān),為了滿足生產(chǎn)負(fù)荷的需要,必需提高(2)系統(tǒng)結(jié)蠟嚴(yán)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 C,運(yùn)行中最高到達(dá)60 C)、合成塔的循環(huán)量過大(設(shè)計量為671t/h,運(yùn)行中最高達(dá)到845t/h)、壓縮機(jī)長期滿負(fù)荷運(yùn)行,不僅嚴(yán)重影響甲醇合成反應(yīng),還存在潛在隱患。3.3.2原因 分析(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(jìn)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(jìn)人,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(jìn)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(jìn)人收集器熱量后移,給后面空冷和水冷器增加負(fù)擔(dān)。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(fù)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(jìn)氣,相對中下部直接徑向量減少,勢必會提高有效氣體的分壓,造成反應(yīng)劇流出塔外的氣體而言，氣體在塔中.上部滯留時間烈，導(dǎo)致床層溫度超溫。較長,反應(yīng)熱不能及時帶走，造成合成塔頂部3.3.3改造內(nèi)容及處理方法超溫。(1)改變進(jìn)氣方式.由原來的從合成塔底部進(jìn)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(jìn)氣。從塔頂進(jìn)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●44●化工設(shè)計通訊第41卷較長，能夠有效的將反應(yīng)熱帶出,減輕上部溫度超3.4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22332m3(標(biāo))/h,在催化劑中后期馳放氣量能達(dá)到30000m'(標(biāo))/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 C,當(dāng)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,34 500 m3 (標(biāo))/h。(2)選擇耐高溫的膜組，最高能夠承受85C。(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1 040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(jì)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(fù)擔(dān)。聯(lián)鎖的危險,保證膜分離單元長期穩(wěn)定的運(yùn)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(fù)擔(dān)、將合成氣循環(huán)量控由于新疆偏遠(yuǎn),不利于氫氣運(yùn)輸,因此用傳統(tǒng)制在設(shè)計值。的氫氣槽車運(yùn)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?jǐn)?shù)在提純后(壓力1.0 MPa,1 500m2 (標(biāo))/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。控制在10%以上,來抑制甲醇合成反應(yīng)的劇烈進(jìn)4結(jié)語行，保證床層溫度。(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(jìn)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(fù)擔(dān),同時可根據(jù)催化劑使用情況適當(dāng)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--些尚未能解決的問題,如DAVY的合成3.3.4改造效果塔的床層溫度分布不均勻、容易生成石蠟等還需通過以上措施，能有效解決合成塔頂床層溫要繼續(xù)探討解決方案并實(shí)施技術(shù)改造,從而逐漸度超溫、合成塔循環(huán)量大,壓縮機(jī)長期滿負(fù)荷運(yùn).消除制約長周期穩(wěn)定優(yōu)化運(yùn)行的瓶頸。行、甲醇分離效果差、系統(tǒng)結(jié)蠟嚴(yán)重等問題。