CN103980091A - 一种焦炉气制甲醇系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焦炉气制甲醇系统，包括甲醇合成单元和甲醇驰放气利用单元，所述甲醇驰放气利用单元用于以来自所述甲醇合成单元的甲醇驰放气为原料合成甲醇；本发明还公开了一种甲醇驰放气的利用方法。本发明在甲醇驰放气的利用上突破了传统的简单燃烧利用的束缚，将甲醇驰放气进一步进行深度合成，以生产甲醇，更为充分地消化了甲醇驰放气中的碳，所得尾气中极低的碳含量是常规合成塔所难以达到的，提高了碳利用率，减少了温室气体排放，同时也进一步带来了可观的经济效益。

Description

一种焦炉气制甲醇系统
技术领域
本发明涉及甲醇合成领域，尤其涉及一种焦炉气制甲醇系统以及甲醇驰放气的利用方法。
背景技术
现有技术焦炉气制甲醇，其主要过程是将脱硫后的焦炉气进行转化，得到CO、CO2和H2送入甲醇合成塔，并在催化剂的作用下进行合成。从合成塔出来的气体经冷却分离甲醇后，大部分作为循环气与合成塔的新鲜气进料一起送入合成塔，剩余部分气体便为甲醇驰放气，为维持系统平衡，焦炉气制甲醇企业通常会将甲醇驰放气统直接排放或送煤化燃烧。
在焦炉气制甲醇企业中，为适应经济发展的需要，要求提高生产能力。一种解决方式是重新建造一套生产装置投资规模大，一旦甲醇需要减弱，企业亏损风险高；另一种解决方式是提高现有装置的生产负荷，然而以某煤化企业为例，其焦炉气平均负荷在20000Nm3/h，在合成塔压力为4.2-5.2MPa、出口温度为236℃的反应条件下，甲醇驰放气为7000Nm3/h，其中CO含量为2.10％，CO2含量为4.33％，总碳含量大约6.43％。然而当负荷达到34000Nm3/h，甲醇驰放气量大约为14000Nm3/h，这时弛放气中的CO含量为7.43％，CO2含量为8.56％。驰放气中的碳含量很高，也就意味着我们经过驰放气的碳损失很多，如果将含碳量这么高的气体直接燃烧排放掉，必然造成对环境的极大破坏和对能源很大的浪费。
为了降低碳的流失，可以考虑提高合成塔出口温度或增大催化剂装填量。然而，实践发现提供合成塔出口温度时催化剂使用寿命难以保证。另外，由于原合成设备已经定型，增加催化剂的装填量同样难以实施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焦炉气制甲醇系统以及甲醇驰放气的利用方法，以解决甲醇驰放气中所含碳资源被排放、浪费的问题。
本发明提供的一种焦炉气制甲醇系统采用以下技术方案：
一种焦炉气制甲醇系统，包括甲醇合成单元和甲醇驰放气利用单元，所述甲醇合成单元包括：
压缩机，用于使原料气及来自第一分离器的部分顶部出口气体增压并将增压后的气体送往第一预热器；
第一预热器，用于使增压后的气体在进入甲醇合成塔之前与离开所述甲醇合成塔的产品气换热升温，并将升温后的气体送往所述甲醇合成塔；
甲醇合成塔，用于以来自所述第一预热器的升温气体为原料合成甲醇；
第一水冷器，用于进一步冷却来自所述第一预热器的产品气；
第一分离器，用于分离来自所述第一水冷器的产品气以得到粗甲醇和顶部出口气，并将部分顶部出口气送往所述压缩机，其余部分送出；
所述甲醇驰放气利用单元用于以甲醇驰放气为原料合成甲醇，所述甲醇驰放气为所述第一分离器的顶部出口气中送出的部分。
在本发明中，所述焦炉气为煤炭炼焦的副产气体，本发明中的甲醇合成单元中所用的原料气为所述焦炉气经本领域常规的脱硫和甲烷转化得到。
来自甲醇合成塔的产品气经所述第一分离器分离得到顶部出口气中CO、CO2含量较低，例如均不超过10mol％，而H2含量较高，例如不少于70mol％，上述顶部出口气中的一部分会被循环至压缩机，与原料气混合进入所述甲醇合成塔，处于系统平衡的考虑，上述顶部出口气难以全部循环，剩余的部分顶部出口气(即甲醇驰放气)通常会被送去燃烧，而本发明的甲醇驰放气利用单元则以甲醇驰放气为原料合成甲醇。
根据本发明的优选实施方式，所述甲醇驰放气利用单元包括：
甲醇驰放气合成塔，用于以所述甲醇驰放气为原料合成甲醇；
第二预热器，用于使甲醇驰放气在进入所述甲醇驰放气合成塔之前与离开所述甲醇驰放气合成塔的产品气换热升温；
第二水冷器，用于进一步冷却来自所述第二预热器的产品气；
第二分离器，用于分离来自所述第二水冷器的产品气以得到粗甲醇和从所述第二分离器的顶部出口引出的尾气。
在本发明的系统中，所述甲醇驰放气合成塔可以选用本领域常规的甲醇合成塔，其尺寸应该根据实际情况适当减小。优选地，本发明的甲醇驰放气合成塔选择南京国昌公司生产的GC型水冷板合成反应器。该型反应器包括外筒体、气体分布筒、集气管、水冷板、分水联箱和集水联箱；所述气体分布筒沿纵向设置在所述外筒体内，所述气体分布筒的侧壁设有开口，以使所述外筒体与气体分布筒之间的气体沿径向均匀进入所述气体分布筒内；所述集气管沿纵向设置在所述气体分布筒内，所述集气管的侧壁设有开口，用于收集所述气体分布筒内的气体以便排出；所述水冷板绕所述集气管设置在所述气体分布器内，用于使进入所述气体分布筒内的气体换热降温；所述集水联箱与所述水冷板的上端连通，所述分水联箱与所述水冷板的下端连通；所述水冷板上设有凹形槽，来自所述分水联箱的水流经所述水冷板内部，并汇入所述集水联箱。该型反应器气体分布均匀、水冷板移热能力强，内部催化剂温度分布均匀，因此合成塔的阻力较低，转化率也较高，尤其适合于本发明。优选地，所述甲醇驰放气分为两股，其中一股甲醇驰放气自外筒体下部进入所述外筒体与气体分布筒之间的环隙，另一股甲醇驰放气自外筒体上部进入所述外筒体与气体分布筒之间的环隙，以更好地实现气体均匀分布。
所述水冷板之间填装有催化所述驰放气合成甲醇反应的催化剂，为简化生产管理，所述催化剂可以采用与所述甲醇合成塔中填装的催化剂相同，根据本发明优选的实施方式，所述催化剂选用南化研究院C-307型催化剂。
离开所述第二分离器的尾气可以经所述甲醇合成单元原有的甲醇驰放气管线送去燃烧。根据本发明的优选实施方式，所述第二分离器的顶部出口通过管线连接至合成氨系统，以利用所述尾气中的氢气、氮气合成氨。
根据本发明的优选实施方式，所述焦炉气制甲醇系统还包括闪蒸槽，所述闪蒸槽用于对来自所述第一分离器和第二分离器的粗甲醇进行闪蒸以提纯甲醇。
本发明提供的一种甲醇驰放气的利用方法采用以下技术方案：
一种甲醇驰放气的利用方法，所述方法为将所述甲醇驰放气引入上述的甲醇驰放气利用单元以合成甲醇；所述甲醇驰放气为所述第一分离器的顶部出口气中送出的部分。
在本发明的方法中，当所述甲醇驰放气中的碳含量过低时，例如CO和/或CO2的含量小于2.5mol％，说明甲醇合成塔合成效率较高，可以考虑关停所述甲醇驰放气合成系统；当所述甲醇驰放气中的碳含量过高时，例如CO和/或CO2的含量大于10mol％，说明甲醇合成塔合成运行工况不佳，可以考虑适当提高甲醇合成塔的出口温度和/或适当增大甲醇合成塔中催化剂的装填量，降低甲醇驰放气中的CO和CO2的含量。根据本发明优选的实施方式，所述甲醇驰放气包括：4mol％～9mol％的CO、6mol％～11mol％的CO2、70mol％～80mol％的H2和6mol％～9mol％的氮气；进一步优选地，所述甲醇驰放气包括以物质量计：5mol％～8mol％的CO、7mol％～10mol％的CO2、74mol％～78mol％的H2和6.5mol％～8mol％的氮气。从而，在本发明的方法中，利用甲醇驰放气合成系统合成甲醇时，甲醇驰放气气体一次性通过甲醇驰放气合成塔，无需进行循环。
根据本发明的方法，优选地，所述甲醇驰放气合成塔为南京国昌公司生产的GC型水冷板合成反应器，反应压力为：4.6MPa～5.2MPa；反应温度为200℃～240℃；进一步优选地，反应压力为：4.7MPa～5.1MPa；反应温度为210℃～240℃。
根据本发明的优选实施方式，来自所述驰放气合成塔的产物气体经分离甲醇后的尾气全部送入合成氨系统，以利用驰放气中的氢气、氮气来合成氨。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明在甲醇驰放气的利用上突破了传统的简单燃烧利用的束缚，将甲醇驰放气进一步进行深度合成，以生产甲醇，更为充分地消化了甲醇驰放气中的碳，所得尾气中极低的碳含量是常规合成塔所难以达到的，提高了碳利用率，减少了温室气体排放；
2、本发明的甲醇驰放气利用方法特别适合于面临提高甲醇产能问题的生产厂家，与重新新建一套甲醇合成系统、或对已经定型的原合成塔进行改造相比，投资少，对整套生产系统改动小；并且在不需要时可以停用，避免了在市场等情况变动而面临减产时所必需面对的尴尬局面；
3、由于进入甲醇合成塔的原料气是经过脱硫、变换后的净化气体，因此，当甲醇驰放气用于合成甲醇时可直接利用而无需再处理，合成的甲醇也可以带来更多的经济效益；
4、来自所述驰放气合成塔的产物气体经分离甲醇后的尾气中碳含量极低，氢气、氮气含量高，可以全部送入煤化工企业中几乎必备的合成氨系统，以利用驰放气中的氢气、氮气来合成制冷所需的氨，实现了甲醇驰放气的完全消化利用，同时也进一步带来了可观的经济效益。
附图说明
图1为本发明的焦炉气制甲醇系统的一种实施方式的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明，但本发明并不仅限于此。
如图1所示，本发明的焦炉气制甲醇系统包括甲醇合成单元、甲醇驰放气利用单元和闪蒸槽6。其中，所述甲醇合成单元包括压缩机3、第一预热器2、甲醇合成塔1、第一水冷器4和第一分离器5；所述压缩机3的增压气体出口通过管线连接至所述第一预热器2的管程入口；所述第一预热器2的管程出口通过管线连接至所述甲醇合成塔1的合成气进口；所述甲醇合成塔1的产品气出口通过管线连接至所述第一预热器2的壳程入口；所述第一预热器2的壳程出口通过管线连接至所述第一水冷器4的产品气入口；所述第一水冷器4的产品气出口通过管线连接至所述第一分离器5的产品气入口；所述第一分离器5的顶部气体出口通过管线分别连接至所述压缩机3的进气口和甲醇驰放气利用单元。
所述甲醇驰放气利用单元包括：第二预热器8、甲醇驰放气合成塔7、第二水冷器9和第二分离器10。其中，所述第二预热器8的管程入口与所述第一分离器5的顶部出口连接；所述第二预热器8的管程出口通过管线连接至所述甲醇驰放气合成塔7的甲醇驰放气进口；所述甲醇驰放气合成塔7的产品气出口通过管线连接至所述第二预热器8的壳程入口；所述第二预热器8的壳程出口通过管线连接至所述第二水冷器9的产品气入口；所述第二水冷器9的产品气出口通过管线连接至所述第二分离器10的产品气入口；所述第二分离器10的顶部气体通过管线引出。
所述第一分离器5和第二分离器10的底部液体出口通过管线连接至所述闪蒸槽6，以提纯来自所述第一分离器5和第二分离器10的粗甲醇。
在本发明的系统中，原料气和来自所述第一分离器5的部分顶部出口气体经压缩机3增压后与来自甲醇合成塔1的产品气经第一预热器2换热升温，进入所述甲醇合成塔1进行甲醇合成反应；反应后的产品气离开所述甲醇合成塔1并经所述第一预热器2换热降温，降温后的产品气进入第一水冷器4进一步降温使甲醇冷凝，然后送往第一分离器5分离甲醇，分离出的粗甲醇送入闪蒸槽6提纯；分离甲醇后的气体从第一分离器5的顶部气体出口引出并分为两部分，其中一部分经所述压缩机3增压后循环回到甲醇合成塔1，另一部分作为甲醇驰放气送入所述甲醇驰放气合成系统以合成甲醇。
在所述甲醇驰放气合成单元中，甲醇驰放气与来自甲醇驰放气合成塔7的产品气经第二预热器8换热升温，进入所述甲醇驰放气合成塔7进行甲醇合成反应；反应后的产品气离开所述甲醇驰放气合成塔7并经所述第二预热器8换热降温，降温后的产品气进入第二水冷器9进一步降温使甲醇冷凝，然后送往第二分离器10分离甲醇，分离出的粗甲醇与来自第一分离器的粗甲醇汇合一同进入闪蒸槽6提纯；分离甲醇后剩余的尾气从第二分离器10的顶部气体出口引出，可以经所述甲醇合成单元原有的甲醇驰放气管线送去燃烧，或者优选地，将所述尾气全部送入合成氨系统，以利用驰放气中的氢气、氮气来合成氨。
下面通过实施例和对比例进一步阐述本发明，但本发明并不仅限于此。
实施例
将甲醇驰放气送入图1中所示的甲醇驰放气合成单元中。所述甲醇驰放气合成塔7选用南京国昌公司生产的GC型水冷板合成反应器，其中填装催化剂为南化研究院C-307型催化剂。在所述第二预热器8中，所述甲醇驰放气进管程，来自甲醇驰放气合成塔的产品气进壳程。系统中各位置物流参数见表1。
表1
由表1可见，采用本发明的方法，可使焦炉气的总碳转化率从原来的92％提高到98％以上，达到了节能减排的目的。同时，本发明提供甲醇驰放气合成系统在焦炉煤气制甲醇的正常生产中可以分担原焦炉气制甲醇系统的负担，从而保护甲醇合成塔中催化剂的使用寿命，延长甲醇合成塔的运行周期。
在上述实施例中，甲醇驰放气合成系统的甲醇产量约为1.423吨/小时，该系统中装置总投资约600万元，就目前的驰放气量17000Nm3/h计算，其每年可带来的收入M可估算如下：M＝8000小时/年×1.423吨/小时×2000元/吨＝2276.8万元/年，扣除17％的税、催化剂耗量(吨醇耗量约在100元)及设备折旧费用，每年增加的利润约1680万，说明采用本发明的方法有较高的经济价值。

Claims (10)

1.一种焦炉气制甲醇系统，包括甲醇合成单元和甲醇驰放气利用单元，所述甲醇合成单元包括：
压缩机，用于使原料气及来自第一分离器的部分顶部出口气体增压并将增压后的气体送往第一预热器；
第一预热器，用于使增压后的气体在进入甲醇合成塔之前与离开所述甲醇合成塔的产品气换热升温，并将升温后的气体送往所述甲醇合成塔；
甲醇合成塔，用于以来自所述第一预热器的升温气体为原料合成甲醇；
第一水冷器，用于进一步冷却来自所述第一预热器的产品气；
第一分离器，用于分离来自所述第一水冷器的产品气以得到粗甲醇和顶部出口气，并将部分顶部出口气送往所述压缩机，其余部分送出；
所述甲醇驰放气利用单元用于以甲醇驰放气为原料合成甲醇，所述甲醇驰放气为所述第一分离器的顶部出口气中送出的部分。
2.如权利要求1所述的焦炉气制甲醇系统，其特征在于，所述甲醇驰放气利用单元包括：
甲醇驰放气合成塔，用于以所述甲醇驰放气为原料合成甲醇；
第二预热器，用于使甲醇驰放气在进入所述甲醇驰放气合成塔之前与离开所述甲醇驰放气合成塔的产品气换热升温；
第二水冷器，用于进一步冷却来自所述第二预热器的产品气；
第二分离器，用于分离来自所述第二水冷器的产品气以得到粗甲醇和从所述第二分离器的顶部出口引出的尾气。
3.如权利要求2所述的焦炉气制甲醇系统，其特征在于，所述焦炉气制甲醇系统还包括闪蒸槽，所述闪蒸槽用于对来自所述第一分离器和第二分离器的粗甲醇进行闪蒸以提纯甲醇。
4.如权利要求2或3所述的焦炉气制甲醇系统，其特征在于，所述甲醇驰放气合成塔为南京国昌公司生产的GC型水冷板合成反应器。
5.如权利要求4所述的焦炉气制甲醇系统，其特征在于，所述第二分离器的顶部出口通过管线连接至合成氨系统，以利用所述尾气中的氢气和氮气合成氨。
6.一种甲醇驰放气的利用方法，其特征在于，将所述甲醇驰放气引入如权利要求1到5中任一项所述的甲醇驰放气利用单元以合成甲醇；所述甲醇驰放气为所述第一分离器的顶部出口气中送出的部分。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述甲醇驰放气包括：4mol％～9mol％的CO、6mol％～11mol％的CO2、70mol％～80mol％的H2和6mol％～9mol％的氮气。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述甲醇驰放气包括：5mol％～8mol％的CO、7mol％～10mol％的CO2、74mol％～78mol％的H2和6.5mol％～8mol％的氮气。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述甲醇驰放气合成塔为南京国昌公司生产的GC型水冷板合成反应器，反应压力为：4.6MPa～5.2MPa；反应温度为200℃～240℃。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将来自所述第二分离器的顶部出口的尾气送入合成氨系统，以利用所述尾气中的氢气和氮气来合成氨。
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CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Guo Jinghua

Inventor after: Zhou Xiaoye

Inventor after: Yang Zijiang

Inventor before: Zhou Xiaoye

Inventor before: Yang Zijiang

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHOU XIAOYE YANG ZIJIANG TO: GUO JINGHUA ZHOU XIAOYE YANG ZIJIANG

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant