CN105111042B - 甲醇合成系统及该甲醇合成系统的蒸汽扩容方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种甲醇合成系统及该甲醇合成系统的蒸汽扩容方法。该甲醇合成系统包括：原料气预处理装置，其与原料气输送管线连接；甲醇合成反应器，与原料气预处理装置连接；锅炉给水管线，与甲醇合成反应器连接以使锅炉给水在甲醇合成反应器内换热并输出副产蒸汽；其中，锅炉给水管线上设置有锅炉给水预热器，锅炉给水预热器的供热入口与甲醇合成反应器的气相产物输出口连接以使甲醇合成反应器内的气相产物在锅炉给水预热器内预热锅炉给水后输出。应用本发明的技术方案可以解决现有技术中甲醇合成反应器内放出的热量不能被有效带走或利用而导致输出的产物余热温度高的问题。

Description

甲醇合成系统及该甲醇合成系统的蒸汽扩容方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种甲醇合成系统及该甲醇合成系统的蒸汽扩容方法。

背景技术

在现有的甲醇合成系统中，甲醇合成反应器为径向流反应器，气体由中心分布管进入，然后沿径向通过装填在壳侧的催化剂床层，从而发生甲醇合成反应。该甲醇合成反应为放热反应。甲醇合成反应器中分布大量的换热管，连通锅炉给水，锅炉给水由外界提供，锅炉给水吸收甲醇合成反应产生的反应热后形成副产蒸汽，从而控制甲醇合成反应器内的温度范围。副产蒸汽一部分用于预热原料气，另一部分被输送至全厂的蒸汽管网。

在现有技术中，甲醇合成反应器内合成反应放出的热量仅仅由锅炉给水直接换热，但是，锅炉给水在甲醇合成反应器内能够带走的热量有限，从而导致了甲醇合成反应器输出的气相产物仍然具有大部分余热无法得到有效回收，在后续的对气相产物进行冷凝作业的时候，高温余热使得后续冷凝装置的负荷增加，冷凝装置的耗电量增加，并且冷凝装置的耗水量也有增加，造成了能源浪费。同时，具有较高余热温度的气相产物在冷凝装置内被冷凝的时候，如果，室外温度较高，冷凝装置则不能满足要求，造成气相产物中的甲醇不能彻底被液化，这样分离出的循环气中夹带大量的气相甲醇返回到甲醇合成反应器中，使得合成反应恶化，进而影响甲醇产量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种甲醇合成系统及该甲醇合成系统的蒸汽扩容方法，以解决现有技术中甲醇合成反应器内合成反应放出的热量不能被有效带走或利用而导致输出的产物余热温度高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种甲醇合成系统，包括：原料气预处理装置，其与原料气输送管线连接；甲醇合成反应器，与原料气预处理装置连接；锅炉给水管线，与甲醇合成反应器连接以使锅炉给水在甲醇合成反应器内换热并输出副产蒸汽；其中，锅炉给水管线上设置有锅炉给水预热器，锅炉给水预热器的供热入口与甲醇合成反应器的气相产物输出口连接以使甲醇合成反应器内的气相产物在锅炉给水预热器内预热锅炉给水后输出。

进一步地，原料气预处理装置包括依次连接的压缩机和原料气预热器，压缩机与原料气输送管线连接，原料气预热器与甲醇合成反应器的原料气输入口连接，且原料气预热器的供热入口与甲醇合成反应器的气相产物输出口连接以使甲醇合成反应器内的气相产物在原料气预热器内预热原料气后输出。

进一步地，甲醇合成系统还包括冷凝装置，冷凝装置的输入口与锅炉给水预热器的供热出口、原料气预热器的供热出口连接。

进一步地，压缩机的驱动机构(驱动机构优选为汽轮机)具有输入动力蒸汽的蒸汽输入管路和输出蒸汽冷凝液的冷凝液导出管路。

进一步地，甲醇合成系统还包括汽包，汽包的锅炉给水入口与锅炉给水预热器的锅炉给水出口连接，汽包的锅炉给水出口与甲醇合成反应器的锅炉给水入口连接，汽包的蒸汽入口与甲醇合成反应器的蒸汽出口连接，且汽包输出副产蒸汽。

进一步地，冷凝装置包括依次连接的空气冷却器和循环水冷凝器，空气冷却器与锅炉给水预热器、原料气预热器连通。

进一步地，甲醇合成系统还包括粗甲醇分离器，粗甲醇分离器与循环水冷凝器连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种甲醇合成系统的蒸汽扩容方法，应用前述的甲醇合成系统进行生产操作，蒸汽扩容方法包括：原料气在甲醇合成反应器内反应并放热，原料气反应后获得热的气相产物；锅炉给水输入锅炉给水预热器，且至少部分气相产物输送至锅炉给水预热器对锅炉给水进行预热后输出；预热后的锅炉给水输入甲醇合成反应器内以带走甲醇合成反应器内的热量，且锅炉给水形成副产蒸汽输出。

进一步地，原料气输入甲醇合成反应器之前流经原料气预热器，且部分气相产物输送至原料气预热器对原料气进行加热后输出。

应用本发明的技术方案，该甲醇合成系统包括原料气预处理装置、甲醇合成反应器和锅炉给水管线以及设置在锅炉给水管线上的锅炉给水预热器，原料气由预处理装置处理后输送至甲醇合成反应器内进行甲醇合成反应，并且在合成反应的过程中由锅炉给水管路提供换热用的锅炉给水，利用锅炉给水与甲醇合成反应器换热对甲醇合成反应器内部进行降温。而且，在锅炉给水进入甲醇合成反应器之前，锅炉给水先要在锅炉给水预热器中进行预热，并且锅炉给水预热器利用甲醇合成反应器内输出的高温的气相产物对锅炉给水进行预热，因而锅炉给水在甲醇合成反应器内更易汽化为饱和蒸汽，从而带走更多的热量，同时降低气相产物的温度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的甲醇合成系统的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、锅炉给水预热器； 20、甲醇合成反应器；

30、汽包； 40、原料气预热器；

50、冷凝装置； 60、粗甲醇分离器；

70、压缩机； 81、蒸汽输入管路；

82、冷凝液导出管路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本实施例提供了一种甲醇合成系统，该甲醇合成系统包括原料气预处理装置、甲醇合成反应器20和锅炉给水管线，并且锅炉给水管线上设置有锅炉给水预热器10。原料气预处理装置与原料气输送管线连接，从而对从原料气输送管线输送来的原料气进行预处理操作，然后将预处理后的原料气输送到甲醇合成反应器20内进行合成反应，锅炉给水管线与甲醇合成反应器20连接以使锅炉给水在甲醇合成反应器20内换热并输出副产蒸汽，并且，为了进一步对甲醇合成反应器20内放出的热量进行回收利用，因而，利用从甲醇合成反应器20内输出的高温的气相产物对锅炉给水进行预热，使得锅炉给水在进入甲醇合成反应器20之前温度有所升高，从而锅炉给水在甲醇合成反应器20内吸收热量而快速地转化为副产蒸汽输出以提高副产蒸汽效率。

在本实施例中，原料气预处理装置包括依次连接的压缩机70和原料气预热器40，压缩机70与原料气输送管线连接，原料气预热器40与甲醇合成反应器20的原料气输入口连接，且原料气预热器40的供热入口与甲醇合成反应器20的气相产物输出口连接以使甲醇合成反应器20内的气相产物在原料气预热器40内预热原料气后输出。这样，甲醇合成系统能够进一步地通过原料气预热器40利用甲醇合成反应器内反应放出的热量，从而进一步降低甲醇合成反应器输出的气相产物的温度以减轻后续的冷凝装置的负荷。

甲醇合成系统还包括冷凝装置50，冷凝装置50的输入口与锅炉给水预热器10的供热出口、原料气预热器40的供热出口连接，这样，高温的气相产物在锅炉给水预热器10和原料气预热器40中换热完成后经供热出口流出，换热后的气相产物流进冷凝装置50内进行进一步冷凝降温。具体地，冷凝装置50包括依次连接的空气冷却器和循环水冷凝器，空气冷却器与锅炉给水预热器10、原料气预热器40连通。经过多重换热冷却之后的产物在粗甲醇分离系统内分离出粗甲醇，并将分离出来的粗甲醇输送至后续的精甲醇加工设备中进行进一步加工生产。

优选地，压缩机70由汽轮机进行驱动(即压缩机70的驱动机构是汽轮机)，汽轮机具有用于输入动力蒸汽的蒸汽输入管路81和用于输出蒸汽冷凝液的冷凝液导出管路82。

甲醇合成系统还包括汽包30，汽包30的锅炉给水入口与锅炉给水预热器10的锅炉给水出口连接，汽包30的锅炉给水出口与甲醇合成反应器20的锅炉给水入口连接，汽包30的蒸汽入口与甲醇合成反应器20的蒸汽出口连接，且汽包30输出副产蒸汽。汽包30能够较好地对锅炉给水的压力以及对形成的副产蒸汽的气压进行平衡控制，降低因甲醇合成系统中的液相和/或气相流体的压力不稳定而影响甲醇的正常合成，保证甲醇合成系统稳定工作。在工作过程中，经过锅炉给水预热器10加热的锅炉给水首先流入汽包30，然后，汽包30将锅炉给水输入甲醇合成反应器20内进行换热。锅炉给水在甲醇合成反应器20内吸热产生饱和蒸汽和吸热后的水，即锅炉给水在甲醇合成反应器20内换热后形成了汽水混合物。吸热后的汽水混合物再次输送至汽包30内，并在汽包30内进行分离，分离并输出副产蒸汽(副产蒸汽是饱和蒸汽)。

如图1所示，本实施例的甲醇合成系统包括相互连通的甲醇合成反应器20和锅炉给水预热器10，蒸汽扩容方法包括：原料气在甲醇合成反应器20内反应并放热，原料气反应后获得热的气相产物；5.04Mpa至5.07Mpa的锅炉给水加压到5.50Mpa后输入锅炉给水预热器10，锅炉给水的温度在150℃至155℃，且至少部分气相产物输送至锅炉给水预热器10对锅炉给水进行预热后输出；预热后的锅炉给水的温度达到158℃～204℃左右后输入甲醇合成反应器20内以带走甲醇合成反应器20内的热量，且锅炉给水形成副产蒸汽输出。

该蒸汽扩容方法应用合成反应后形成的高温气相产物对锅炉给水进行预热，使得锅炉给水在进入甲醇合成反应器换热之前便提高了温度，从而使锅炉给水输入甲醇合成反应器以更高效地汽化形成饱和蒸汽以带走甲醇合成反应器内放热反应放出的热量。这样，换热后的锅炉给水形成的副产蒸汽可输送至各个需要的地方进行使用，从而有效地回收利用甲醇合成系统中的余热量。

在本实施例中，在原料气进入甲醇合成反应器20之前，压缩机70对原料气进行压缩，然后压缩机70将原料气压缩后输送至甲醇合成反应器20。

原料气输入甲醇合成反应器20之前流经原料气预热器40，且部分气相产物输送至原料气预热器40对原料气进行加热后输出。利用部分的高温的气相产物对原料气进行预热，使原料气的温度升高至200℃至250℃。这样，原料气的温度接近甲醇合成反应的反应温度，从而提高甲醇合成反应的反应效率而提高甲醇生产效率。

为了简化甲醇合成系统的结构，简化甲醇合成系统的管路布置，因此，该甲醇合成系统将原料气预热器40的气相产物的流出管路与锅炉给水预热器10的气相产物的流出管路汇合连通，即对锅炉给水预热后的气相产物和对原料气加热后的气相产物汇流后输送至甲醇合成系统的冷凝装置内进行换热。

如图1所示，在本实施例中，工厂的生产甲醇生产线上具有多个设置在压缩机70的下游的甲醇合成反应器20(即生产线上具有多套甲醇合成系统，其中，一套甲醇合成系统具有一个甲醇合成反应器)。优选为两个甲醇合成反应器20。为了节约设备成本，两个甲醇合成反应器20使用同一台压缩机70进行原料气以及循环气的压缩操作，压缩机70为联合压缩机，压缩机70具有第一压缩部和第二压缩部，第一压缩部和第二压缩部由同一个汽轮机带动，该汽轮机的动力蒸汽由4.10MPa的蒸汽管网提供。在第一个甲醇合成反应器20合成反应完成后，并且将甲醇合成系统的热量回收利用进行预热操作后，被吸收了热量的气相产物经原料气预热器40的流出管路和锅炉给水预热器10的流出管路汇合后向后续的冷凝装置50进行冷凝，使得大部分的气相产物中的甲醇冷凝液化，然后将冷凝后的气相与液相复合物输送至粗甲醇分离器60中进行气液分离获得粗甲醇和循环气。气液分离后的液相粗甲醇被输出，循环气与原料气混合(优选为经压缩机70压缩后的输入与第一个甲醇合成反应器20连通的原料气预热器40之前的部分原料气，即原料气在压缩机70的第一压缩部被压缩后，原料气被按照预定比例分成两股进行输送，一股直接进入第一个甲醇合成反应器20进行合成反应，另一股则与第一个甲醇合成反应器20输出的循环气混合后输入第二个甲醇合成反应器20进行合成反应)后形成混合气体。混合气体再次进入压缩机70进行压缩，然后，再输送至与第二个甲醇合成反应器20连通的原料气预热器40进行预热后进入第二个甲醇合成反应器20进行合成反应。

在该甲醇合成工艺中，来自低温甲醇洗的新鲜气体与来自氢回收单元的富氢气混合、加压、预热形成原料气，然后原料气进入原料气净化槽中脱除掉原料气中残留的少量对合成催化剂有害的硫组分。净化后的原料气在被压缩机70第一压缩部压缩后被分为两股：其中一股与第二个甲醇合成反应器20输出形成的循环气混合，并经过合成回路原料气预热器40加热后进入第一个甲醇合成反应器20，原料气在催化剂作用下进行甲醇合成反应，第一个甲醇合成反应器20的出口的高温气相产物在原料气预热器40与原料气换热后再进入冷凝装置50进行冷凝操作，以获得粗甲醇和循环气的复合物，粗甲醇和循环气进入粗甲醇分离器60中进行气液分离获得粗甲醇和循环气，粗甲醇送往闪蒸槽去下游精制；循环气与另一股原料气混合成为新的原料气，并再次经过压缩机70的第二压缩部加压，然后进入原料气预热器40中进行换热(该原料气预热器40与第二个甲醇合成反应器20连通)，预热后的原料气再进入第二个甲醇合成反应器20进行合成反应，第二个甲醇合成反应器20输出的高温气相产物在原料气预热器40进行换热后再进入第二个冷凝装置50进行冷凝操作以获得粗甲醇和循环气的复合物，复合物进入第二个粗甲醇分离器60中进行气液分离，得到的粗甲醇送往闪蒸槽去下游精制，此处得到的一部分循环气返回第一个甲醇合成反应器20继续反应，另一部分循环气作为驰放气从驰放气管路送入氢回收单元以回收氢气，用于调节合成循环回路的惰性气含量。

本发明的蒸汽扩容方法能够对甲醇合成反应器20输出的高温气相产物的富余热量综合利用，从而降低气相产物的温度，以达到降低后续冷凝装置负荷的目的，同时经过预热的锅炉给水在甲醇合成反应器20内更易汽化形成蒸汽，从而提高了副产蒸汽的产量，也提高了甲醇的产量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种甲醇合成系统，其特征在于，包括：

原料气预处理装置，其与原料气输送管线连接；

甲醇合成反应器(20)，与所述原料气预处理装置连接；

锅炉给水管线，与所述甲醇合成反应器(20)连接以使锅炉给水在所述甲醇合成反应器(20)内换热并输出副产蒸汽；其中，

所述锅炉给水管线上设置有锅炉给水预热器(10)，所述锅炉给水预热器(10)的供热入口与所述甲醇合成反应器(20)的气相产物输出口连接以使甲醇合成反应器(20)内的气相产物在所述锅炉给水预热器(10)内预热所述锅炉给水后输出；

所述原料气预处理装置包括依次连接的压缩机(70)和原料气预热器(40)，所述压缩机(70)与所述原料气输送管线连接，所述原料气预热器(40)与所述甲醇合成反应器(20)的原料气输入口连接，且所述原料气预热器(40)的供热入口与所述甲醇合成反应器(20)的气相产物输出口连接以使甲醇合成反应器(20)内的气相产物在所述原料气预热器(40)内预热所述原料气后输出；

所述甲醇合成系统还包括冷凝装置(50)，所述冷凝装置(50)的输入口与所述锅炉给水预热器(10)的供热出口、所述原料气预热器(40)的供热出口连接；

所述甲醇合成系统还包括汽包(30)，所述汽包(30)的锅炉给水入口与所述锅炉给水预热器(10)的锅炉给水出口连接，所述汽包(30)的锅炉给水出口与所述甲醇合成反应器(20)的锅炉给水入口连接，所述汽包(30)的蒸汽入口与所述甲醇合成反应器(20)的蒸汽出口连接，且所述汽包(30)输出所述副产蒸汽。

2.根据权利要求1所述的甲醇合成系统，其特征在于，所述压缩机(70)的驱动机构具有输入动力蒸汽的蒸汽输入管路(81)和输出蒸汽冷凝液的冷凝液导出管路(82)。

3.根据权利要求1所述的甲醇合成系统，其特征在于，所述冷凝装置(50)包括依次连接的空气冷却器和循环水冷凝器，所述空气冷却器与所述锅炉给水预热器(10)、所述原料气预热器(40)连通。

4.根据权利要求3所述的甲醇合成系统，其特征在于，所述甲醇合成系统还包括粗甲醇分离器(60)，所述粗甲醇分离器(60)与所述循环水冷凝器连接。

5.一种甲醇合成系统的蒸汽扩容方法，其特征在于，应用权利要求1至4中任一项所述的甲醇合成系统进行生产操作，所述蒸汽扩容方法包括：

原料气在所述甲醇合成反应器(20)内反应并放热，所述原料气反应后获得热的气相产物；

锅炉给水输入所述锅炉给水预热器(10)，且至少部分所述气相产物输送至所述锅炉给水预热器(10)对所述锅炉给水进行预热后输出；

预热后的所述锅炉给水输入所述甲醇合成反应器(20)内以带走所述甲醇合成反应器(20)内的热量，且所述锅炉给水形成副产蒸汽输出。

6.根据权利要求5所述的蒸汽扩容方法，其特征在于，所述甲醇合成系统为权利要求1所述的甲醇合成系统，

所述原料气输入所述甲醇合成反应器(20)之前部分流经所述原料气预热器(40)，且部分所述气相产物输送至所述原料气预热器(40)对所述原料气进行加热后输出。