煤制甲醇合成装置改造与优化

第41卷第1期化工设计通讯2015年2月Chemical Engineering Design Communications煤制甲醇合成装置改造与优化易洪民(中国神华煤制油化工有限公司新疆分公司,新疆乌鲁木齐830019)摘要:通过对比国内同类型180万t/h煤制甲醇合成装置的工艺设计,分析其实际生产情况中出现的问题及产生的原因,提出相应的技术改造和调整方案,对笔者所在公司甲醇合成装置进行了改造和优化,取得了显著的效果。关键词;煤制甲醇合成装置;合成;改造;优化中图分类号:文献标志码:A文章编号: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)的甲醇合成催化剂来生产MTO级1项目装置简 介甲醇。该技术具有合成气转化率高(99%)、原料国内某新建180万t/a煤制甲醇项目为目前消耗低、系统压降小、能耗利用合理、流程简练、控全球最大规模煤制甲醇装置之一,该项目计划于制 简单、三废排放少等特点,其流程采用双反应器2016年5月底开始投料试车,7月初生产出合格串并联的方式,如图2所示。甲醇产品。该煤制甲醇装置主要由空分装置、气蒸汽化装置、净化硫回收装置、甲醇合成装置4个装置泡包汽包排行组成。煤制甲醇项目流程示意图如图1所示。排污154中”14原料煤比化粗媒气。净化氢回收尾气进燃料锅水二+8- 10驰放气气管网给水闪蒸气_氧气氢气送其他装置新鲜气-空地电I 粗甲醇至稳定塔酸性净化氢气甲醇送图2甲醇合成流程示意图硫磺硫回收一合成(|甲醇合成I1甲醇罐区、1、2-合成塔;3、4-合成汽包;5-锅炉给水预热器;6.7-空冷器;8-循环气压缩机;9.10-水冷器;11.12-甲醇分离器;图1煤制甲醇项目流程示意图13-闪蒸槽;14、15-中间换热器本文主要讨论甲醇合成装置的改造与优化:2煤制甲醇装置运行情况甲醇合成装置采用英国Davy工艺技术有限笔者所在公司的该套180万t/a 煤制甲醇装公司(Davy Process Technology,简称DPT公司)置为全球最大规模装置之- . ,现国内已有成功运的甲醇合成工艺技术及英国庄信万丰公司(John-行的180万t/a煤制甲醇装置，因此煤制甲醇合收稿日期:2014-11-07作者简介:易洪民(1986-),男,汉族,重庆市人,助理工程师,主要从事煤制甲醇生产技术工作。●42●化工设计通讯第41卷成装置在工艺和设计.上有很多值得借鉴的地方。口1.9MPa,产品氢气压力1. 7 map,由于外送给通过和其它同类装置的对比,发现了其工艺下游装置的H2需要压力3.2 MPa,需要一台氢.流程的设计、设备选型、仪表电器控制方案等存在气压缩机提压,增加操作负担和投资。的问题、缺陷和潜在的不安全因素。为了从根本|合成气上解决以上问题,消除设计缺陷，相关技术人员从实践中摸索经验,提出了相应的技术改造和优化合成气净化方案,取得了显著的效果。合成气压缩机脱氯槽预热器合成气净化槽3煤制甲醇合成装置改造与优化图4新疆某公司甲醇合 成净化系统工艺流程图3.1 甲醇合成装置合成气脱硫的改造与优化3.1.1存在问题(2)PSA单元设计处理尾气能力最大为7159(1)包头某公司选择的脱硫催化剂是铜锌催m' (标)/h,在催化剂末期,驰放气量大,不能满足化剂,活性温度为150~190C.在脱硫前,需要对需求,不仅导致大量的驰放气放空、能耗增加，还催化剂中的氧化铜进行还原,增加了操作难度和不利于环保。时间。(3)当产品氢气质量不合格、压力波动、PSA(2)由于活性温度较高,需要较大换热面积的故障或停车等非正常生产情况时,需要切断去下合成净化预热器,增加了投资成本。如图3所示:游装置的产品氢气,影响下游装置的稳定生产。如图5所示:1.7MPa产品氢气去PP、PE'装置合成气净化预热器原料气冷却器) 氢气压缩机回流线原料气分液罐解析气L→去合成塔PSA吸附塔(8个)图3包头某公司甲醇合成净化系统流程图.图5包头某公司PSA单元工艺流程图3.2.2改造内 容3.1.2改造内容(1)选择低温活性的氧化锌催化剂,不需要还.(1)提高PSA单元的操作压力，人口3.4MPa,产品氢气压力3. 2MPa,满足外送氢气压力原,活性温度为110~130 C。(2)根据新疆煤质分析,氯离子超标,增加脱要求,少用一台氢气压缩机,减轻操作负担和减少投资。氯槽。(2)由包头某公司的8个吸附塔,增加到103.1.3改造效 果(1)氧化锌催化剂不需要还原,减轻了操作负个吸附塔.提高PSA单元处理能力,最大能够处.理34500m3 (标)/h,在催化剂末期,能满足处理.担,节约了开车时间。(2)氧化锌催化剂活性温度比铜锌催化剂低，大量驰放气的要求。如图6所示。3.2MPa产品氢气去下游装置合成净化预热器减小，节约了投资。(3)增加脱氯槽,脱除合成气中的氯,起到保护合成塔催化剂,延长其使用寿命的作用。如图4所示。原料气分液罐[了解析气3.2甲醇合成装置 PSA变压吸附单元的改造与PSA吸附塔(10个)优化图6新疆某公司PSA单元工艺流程图3.2.1存在 问题(1)包头某公司PSA单元的操作压力低，人(3)增加4个高压氢气储罐(100m2 ),在PSA第1期易洪民:煤制甲醇合成装置改造与优化系统非正常情况下,不仅能稳定外送产品氢气压严重影响空冷器和水冷器的换热能力，还影响甲力，还能保证下游装置用氢量。醇分离器的分离效果。由于甲醇不能很好的分3.2.3改造 效果离,带入合成塔后使合成反应进-.步恶化,同时造减轻操作负担、节约投资、满足氢气回收和下成合成系统循环量严重超过设计的671.0t/h,最游装置用氢气的要求、降低能耗、节能减排。高达到845t/h,压缩机长期满负荷运行;同时压3.3甲醇合成塔改造及操作优化缩机--级密封气存在石蜡等杂质，会造成压缩机3.3.1存在 问题.干气密封组件磨损,存在安全隐患;其他的副产物(1)包头某公司180 万t/a煤制甲醇自投料的生成,给后续稳定精馏塔单元增加了负担。以来,甲醇合成塔.上部催化剂床层局部温度--直f)粗甲醇过滤器选型不对,不能很好的过滤处于超温状态。床层最高时热点温度至309 'C,生成的石蜡等杂质,给后系统造成负担。系统稳定装填下,1#塔上部2热点温度均在292g)空冷器和水冷器的冷量设计不足、分离器. ~301 C ,在系统负荷调整过程中容易超309 C，的分离效果差，造成甲醇不能有效分离,增加了合导致系统高负荷运行时存在隐患。成塔的负担,为了满足生产负荷的需要,必需提高(2)系统结蜡严重、水冷器后分离气体温度高床层温度,也是造成合成塔温度超温的原因。(设计45 C,运行中最高到达60 C)、合成塔的循环量过大(设计量为671t/h,运行中最高达到845t/h)、压缩机长期满负荷运行,不仅严重影响甲醇合成反应,还存在潜在隐患。3.3.2原因 分析(1)合成塔设计方面在合成塔设计方面(如图7所示),甲醇合成塔为径向流反应器蒸汽上升式合成塔，催化剂装填在反应器的壳侧,从汽包来的锅炉水进入反应器的底部然后向上流动带走甲醇合成反应所产生的反应热,汽包内副产中压蒸汽。新鲜的合成气图7包头某公司甲醇合成塔示意图从反应器底部的中心管进人,中心管管壁上有分配孔以保证气体的分布均匀,气体沿径向从内到(2)工艺方面有几个原因外通过反应器的催化剂床层。a)合成塔进出口调温副线开度过大(现在开a)合成塔的.上部由于没有开孔收集器,热气度为:45%左右),造成出口气体不能很好的换热,体需向下折流经过中下部的催化剂后进人收集器热量后移,给后面空冷和水冷器增加负担。才能流出塔外,造成合成塔上部热量累积超温。b)气体组分对合成塔床层温度的影响,在系b)超温处催化剂范围内不含有换热的列管,统调整负荷时,新鲜气中的CO2含量控制不稳属于绝热反应,热量只能靠气体带出,所以反应热定,忽高忽低,在CO2含量过低的情况下,加剧了带出较慢,造成合成塔.上部热量累积超温。CO和H2气的反应，导致合成塔催化剂床层c)包头某公司合成塔内换热管数量为1040超温;根，换热能力不足,不能有效的将反应热带出,是c)合成系统内惰性气体控制过低(小于合成塔床层温度超温的重要原因之--。8%),在催化剂使用初期,其活性好,惰性气体含d)合成塔从底部进气,相对中下部直接径向量减少,势必会提高有效气体的分压,造成反应剧流出塔外的气体而言，气体在塔中.上部滞留时间烈，导致床层温度超温。较长,反应热不能及时带走，造成合成塔顶部3.3.3改造内容及处理方法超温。(1)改变进气方式.由原来的从合成塔底部进e)高温操作,造成甲醇合成反应副产物增加气,改为上下同时进气。从塔顶进气的合成气体(如生成石蜡、高级醇、醚类等),生成的石蜡不仅经催化剂反应后直接排出,不会在上部滯留时间●44●化工设计通讯第41卷较长，能够有效的将反应热带出,减轻上部温度超3.4膜分离系统改造温的现象的发生。如图8所示:3.4.1存在问题(1)包头某公司膜分离设计最大处理能力为22332m3(标)/h,在催化剂中后期驰放气量能达到30000m'(标)/h左右,不能满足处理的要求，导致大量驰放气放空到火炬,增加能耗,不利于环保。(2)膜组能承受的温度最高位67 C,当2号空冷、水冷器冷却效果不好和系统在线除蜡时,驰放气温度偏高,膜分离单元容易发生高温联锁跳车。3.4.2改造内容图8新疆某公司 甲醇合成塔示意图(1)提高设计量到最大,34 500 m3 (标)/h。(2)选择耐高温的膜组，最高能够承受85C。(2)增加合成塔内部换热管,由包头某公司合3.4.3 改造效果成塔内部的1 040根,增加到笔者所在公司的1(1)在催化剂中后期，能完全处理驰放气量，424根,能够有效的将反应热带走,不仅减轻合成节能减排.增加经济效益。塔床层温度超温的现象,还能减轻后系统空冷器(2)高温膜组的选择，避免了膜组因高温引发和水冷器的负担。联锁的危险,保证膜分离单元长期稳定的运行。(3)增加空冷器数量,由包头某公司的1.2号3.5甲醇合成 催化剂还原中遇到的问题及解决空冷器的14台.18台增加到现在的18台、22台;办法将甲醇分离器的挡液板位置下移,将甲醇有效的3.5.1存在问题 .分离,减轻合成塔的操作负担、将合成气循环量控由于新疆偏远,不利于氢气运输,因此用传统制在设计值。的氢气槽车运输不能保证催化剂高效还原。(4)选择高效甲醇过滤器,能够有效的将生成3.5.2改造内容的石蜡等杂质过滤。增加甲醇裂解制氢气装置,产品氢气由PSA(5)配合净化装置控制好CO2体积分数在提纯后(压力1.0 MPa,1 500m2 (标)/h),供催化1.95%~3.0%左右，催化剂初期控制CO2偏高，剂还原时使用。防止催化剂超温,同时合成催化剂处于使用初期，3.5.3改造效 果活性较好,这就要求将合成系统内的惰性气含量节约投资,保证还原用氢量。控制在10%以上,来抑制甲醇合成反应的剧烈进4结语行，保证床层温度。(6)尽量维持合成塔调温副线在1%~5%的通过以上措施,逐渐解决了生产和设计上存.小开度范围,进出口气体充分换热,降低空冷器和在的绝大部分问题,取得了显著的效果，在以后建水冷器负担,同时可根据催化剂使用情况适当降.设的同类型大规模煤化工项目中值得借鉴。但也低汽包压力,控制床层温度,延长催化剂寿命。存在着--些尚未能解决的问题,如DAVY的合成3.3.4改造效果塔的床层温度分布不均匀、容易生成石蜡等还需通过以上措施，能有效解决合成塔顶床层温要继续探讨解决方案并实施技术改造,从而逐渐度超温、合成塔循环量大,压缩机长期满负荷运.消除制约长周期稳定优化运行的瓶颈。行、甲醇分离效果差、系统结蜡严重等问题。