CN107216236B - 低压甲醇合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低压甲醇合成方法，该方法中一级反应器和二级反应器均采用了锅炉给水强制循环移热技术，移热快捷高效，可有效简化装置布置，降低装置框架的工程投资；通过强制循环可有效的提高循环倍率，高效合理的利用反应热，增强传热效果；在合成气压缩机出口和二级反应器入口之间设置了跨线，实现了两级反应器催化剂在使用寿命的不同阶段的稳定运行，也可通过跨线对反应器的负荷进行方便有力的调整，进而对中压蒸汽和低压蒸汽的产量比例进行灵活调整；新鲜合成气的接入位置设于合成气调温器的后面，可减小合成气调温器的换热面积、规格，降低工程投资；二级反应气作为预塔塔底再沸器热源，能量利用高效合理，降低了装置能耗。

Description

低压甲醇合成方法
技术领域
本发明涉及一种低压甲醇合成方法。
背景技术
甲醇是一种重要的C1化工基础产品和有机化工原料，甲醇合成是一个体积缩小的可逆的放热反应。自1923年德国巴斯夫公司成功开发了高温高压气相甲醇合成工艺以来，甲醇合成工艺经历了合成气压力由高压到低压，合成温度由高温到低温，反应器由绝热到等温的技术发展历程。近年来，随着甲醇合成技术的进步及国家对能耗、环保要求的持续提高，甲醇合成技术正在持续向大型化、节能型、环保型方向发展。
申请号为201510658690.4的中国发明专利申请公开了《一种生产不同等级蒸汽的节能型超大规模甲醇合成方法及装置》，该工艺存在以下技术缺陷：
(1)第一甲醇反应器和第二甲醇反应器移走反应热均采用了自然循环技术，该技术对与反应器相连的汽包布置要求苛刻，存在换热效率低投资高，不利于反应器大型化等问题；
(2)第一反应器和第二反应器之间缺乏有效的反应负荷调节手段，这会产生两个不利后果：其一是当第一反应器和第二反应器催化剂处于不同使用寿命状态时，无法对串联的两级反应器负荷实现有效调节；其二是无法对中压汽包和低压汽包产气量进行适度调节；
(3)新鲜合成气与循环气的接入位置不够合理，由于新鲜合成气经压缩机的压比较大，压缩后的温度较高，此时与低温的循环气进行混合，造成混合气温度升高，随后再进行换热会使对数平均温差变小，进而增大了换热面积、换热器规格和工程投资；
(4)二级反应器出口的二级反应气经换热回收热量后，采用空气冷却器来冷却二级反应气，空气冷却器移走的热量无法得到有效回收利用，造成能量的浪费，增大了装置能耗，且空气冷却器本身也造价不菲。
因此，对于目前甲醇的合成方法，有待于做进一步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种移热快捷高效，反应器负荷调节方便有力、反应热利用高效合理的低压甲醇合成方法，该方法可大大简化装置布置、有效降低工程投资及能耗。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种低压甲醇合成方法，其特征在于包括以下步骤：
新鲜合成气经合成气压缩机加压后，与经合成气调温器预热后的循环气混合，再经气气换热器预热后进入一级反应器，在催化剂的作用下，进行甲醇合成反应；一级反应器出口的高温一级反应气经气气换热器冷却，进入二级反应器进行甲醇合成反应，二级反应器出口的高温二级反应气首先进入合成气调温器被循环气冷却，然后进入第一分离器进行气液分离，分离出的液相甲醇送入甲醇闪蒸罐，分离后的二级反应气作为热源送预塔再沸器，从预塔再沸器送出的二级反应气再经水冷器冷却，最后进入第二分离器进行气液分离；分离出的气相作为循环气进入循环气压缩机加压后返回合成回路，分离出的部分循环气作为驰放气排放，分离出的液相粗甲醇与第一分离器分离的液相一并送入甲醇闪蒸罐；
来自第一分离器和第二分离器的液相粗甲醇减压后进入甲醇闪蒸罐闪蒸，闪蒸出的气相送下游处理，闪蒸后的液相粗甲醇送入预精馏塔，进入预精馏塔的粗甲醇在预精馏塔再沸器的作用下进行甲醇的初步精馏，预精馏塔塔顶送出的气相甲醇经塔顶冷凝器冷凝后进入回流罐，从回流罐分离出的不凝气送出界区处理，从回流罐送出的液相粗甲醇作为回流返回预塔塔顶；从预精馏塔塔底送出的预精馏塔粗甲醇输出并送往下游工序继续处理；
来自界外的低压锅炉水送入低压汽包，低压汽包内的锅炉给水经低压循环泵加压后进入二级反应器，移除二级反应器内进行甲醇合成反应时放出的反应热，吸收热量后的低压锅炉给水返回低压汽包进行汽液相分离，产出低压饱和蒸汽；低压饱和蒸汽进入合成气压缩机透平作为驱动蒸汽使用；
来自界外的中压锅炉水进入中压汽包，中压汽包内的锅炉给水经中压循环泵加压后进入一级反应器，移除一级反应器内进行甲醇合成反应时放出的反应热，吸收热量后的中压锅炉给水返回中压汽包进行汽液相分离，产出中压饱和蒸汽；中压饱和蒸汽经过热炉过热后，部分送合成气压缩机透平作为驱动蒸汽使用，富裕的中压过热蒸汽输出使用。
在上述方案中，所述新鲜合成气在合成气压缩机中加压至6.0～10.0MPaG。
优选地，所述新鲜合成气与循环气混合后在气气换热器中预热至210～250℃再进入一级反应器。
优选地，所述一级反应器出口的高温一级反应气温度为250～280℃，经气气换热器后冷却至200～220℃。
优选地，所述二级反应器出口的高温二级反应气进入合成气调温器被循环气冷却至100～140℃，所述预塔再沸器送出的二级反应气温度为80～100℃，经过水冷器冷却至35～45℃。
优选地，所述驰放气与所述新鲜合成气摩尔比为3～5:100。
优选地，所述低压汽包中汽液相分离后产出1.0～2.0MPaG的低压饱和蒸汽。
优选地，所述中压汽包中汽液相分离产出2.5～4.0MPaG的中压饱和蒸汽。
优选地，所述中压饱和蒸汽经过热炉过热至360～400℃。
优选地，所述合成气压缩机与二级反应器之间设置能将新鲜合成气自合成气压缩机直接输往二级反应器的跨线。设置该结构，以便于根据一级反应器中催化剂的活性程度，通过调节进入二级反应器的新鲜合成气量调整两级反应器的负荷分配；当然，也可根据全厂蒸汽的平衡情况，调节两级反应器的负荷从而调节两种等级蒸汽的产量比例。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明中一级反应器和二级反应器均采用了锅炉给水强制循环移热技术，不仅移热快捷高效，还可以有效降低中压汽包和低压汽包的安装高度及技术要求，大大简化了装置布置，同时也降低了装置框架的工程投资，且不会出现由于汽包的布置高度计算不准确，导致循环倍率下降、取热效果不理想等问题；通过强制循环，还可以有效的提高循环倍率，高效合理的利用反应热，增强传热效果，从而可以降低反应器规格尺寸；
本发明在合成气压缩机出口和二级反应器入口之间设置了跨线，实际运行中通过调整两级反应器的反应负荷分配，从而实现两级反应器催化剂在使用寿命的不同阶段的稳定运行，同时在正常运行时，也可通过跨线对反应器的负荷进行方便有力的调整，进而可对中压蒸汽和低压蒸汽的产量比例进行灵活调整；
本发明中新鲜合成气的接入位置设于合成气调温器的后面，可减小合成气调温器的换热面积、规格，降低工程投资；
二级反应气经合成调温器回收热量后，送至预精馏塔塔底再沸器作为再沸器的热源，再次回收热量，实现了系统能量的合理利用，降低了装置能耗。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例的低压甲醇合成方法包括以下步骤：
来自上游工序的新鲜合成气(主要组分为H2、CO、CO2，摩尔比：(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.05～2.15)经合成气压缩机2加压至6.0～10.0MPaG，与经过合成气调温器8预热的循环气混合，再经气气换热器4预热至210～250℃，进入两台并联的一级反应器5、6，在铜基甲醇合成催化剂作用下，进行甲醇合成反应；一级反应器5、6出口的高温一级反应气温度为250～280℃，经气气换热器4冷却至200～220℃，进入二级反应器7继续进行甲醇合成反应；二级反应器7出口的二级反应气经合成调温器8与循环气换热，该合成调温器8采用折流杆式换热结构，以提高换热效率，二级反应气被冷却至100～140℃，进入第一分离器9进行气液分离，从第一分离器9分离出的液相甲醇送入甲醇闪蒸罐14，从第一分离器9分离出的气相作为热源送预塔再沸器10，从预塔再沸器10送出的二级反应气温度为80～100℃，经过水冷器11冷却至35～45℃，进入第二分离器12进行气液分离，分离出的气相作为循环气进入循环气压缩机3加压后返回合成回路，同时为了防止惰性气体累积，分离出的部分循环气作为驰放气排放，分离出的液相粗甲醇与第一分离器9分离的液相一并送入甲醇闪蒸罐14；
从第一分离器9和第二分离器12底部分离的液相粗甲醇汇合后送入甲醇闪蒸罐14减压闪蒸，闪蒸出的气相送下游工序处理，闪蒸后的液相粗甲醇送入预精馏塔15中部，进入预精馏塔15的粗甲醇在预塔再沸器10的作用下进行粗甲醇的初步精馏，塔顶送出的气相甲醇经塔顶冷凝器16冷凝后送入回流罐17，从回流罐17顶部送出的不凝气送出界区，从回流罐17底部送出的粗甲醇作为回流甲醇返回预精馏塔15的顶部；从预精馏塔15塔底送出的预精馏塔粗甲醇送下游工序继续处理；
来自界区的低压锅炉水进入低压汽包21，在低压汽包21内锅炉给水经低压循环泵22加压后进入二级反应器7，移除二级反应器7反应中放出的热量，吸收热量后的低压锅炉给水返回低压汽包21进行汽液相分离，产出1.0～2.0MPaG的低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽进入合成气压缩机透平1，作为驱动蒸汽使用；
来自界区的中压锅炉给水进入中压汽包18，在中压汽包18内锅炉给水经中压循环泵19加压后进入一级反应器5、6，移除一级反应器5、6反应中放出的热量，吸收热量后的中压锅炉给水返回中压汽包18进行汽液相分离，产出2.5～4.0MPaG中压饱和蒸汽，中压饱和蒸汽经过热炉20过热至360～400℃，部分送合成气压缩机透平1，作为驱动蒸汽使用，补充低压蒸汽的不足部分，中压过热蒸汽的富裕部分进入相应蒸汽管网。
在本实施例中，在合成气压缩机2与二级反应器7之间设置能将新鲜合成气自合成气压缩机直接输往二级反应器的跨线a，以便于根据一级反应器中催化剂的活性程度，通过调节进入二级反应器的新鲜合成气量调整两级反应器的负荷分配；当然，也可根据全厂蒸汽的平衡情况，调节两级反应器的负荷从而调节两种等级蒸汽的产量比例。
本实施例的与现有技术中的甲醇合成工艺相比，优势主要体现在反应器的移热方式、反应负荷调节措施、新鲜合成气的接入、能量利用四个方面，本实施例的工艺采用强制循环移热技术，汽包布置要求低、换热效率高、反应器规格小，投资低；具有反应负荷调节措施，对两级反应器负荷的分配和中压及低压蒸汽产出比例均可有效调节；新鲜合成气的接入位置位于合成气调温器之后，合成气调温器传热温差大，换热面积小、设备投资低；二级反应气作为预塔塔底再沸器热源，能量利用高效合理，降低了装置能耗。

Claims (9)

1.一种低压甲醇合成方法，其特征在于包括以下步骤：
新鲜合成气经合成气压缩机(2)加压后，与经合成气调温器(8)预热后的循环气混合，再经气气换热器(4)预热后进入一级反应器(5、6)，在催化剂的作用下，进行甲醇合成反应；一级反应器(5、6)出口的高温一级反应气经气气换热器(4)冷却，进入二级反应器(7)进行甲醇合成反应，二级反应器(7)出口的高温二级反应气首先进入合成气调温器(8)被循环气冷却，然后进入第一分离器(9)进行气液分离，分离出的液相甲醇送入甲醇闪蒸罐(14)，分离后的二级反应气作为热源送预精馏塔再沸器(10)，从预塔再沸器(10)送出的二级反应气再经水冷器(11)冷却，最后进入第二分离器(12)进行气液分离；分离出的气相作为循环气进入循环气压缩机(3)加压后返回合成回路，分离出的部分循环气作为驰放气排放，分离出的液相粗甲醇与第一分离器(9)分离的液相一并送入甲醇闪蒸罐(14)；
来自第一分离器(9)和第二分离器(12)的液相粗甲醇减压后进入甲醇闪蒸罐(14)闪蒸，闪蒸出的气相送下游处理，闪蒸后的液相粗甲醇送入预精馏塔(15)，进入预精馏塔(15)的粗甲醇在预精馏塔再沸器(10)的作用下进行甲醇的初步精馏，预精馏塔(15)塔顶送出的气相甲醇经塔顶冷凝器(16)冷凝后进入回流罐(17)，从回流罐(17)分离出的不凝气送出界区处理，从回流罐(17)送出的液相粗甲醇作为回流返回预精馏塔(15)塔顶；从预精馏塔(15)塔底送出的预精馏塔粗甲醇输出并送往下游工序继续处理；
来自界外的低压锅炉水送入低压汽包(21)，低压汽包(21)内的锅炉给水经低压循环泵(22)加压后进入二级反应器(7)，移除二级反应器(7)在进行甲醇合成反应时放出的反应热，吸收热量后的低压锅炉给水返回低压汽包(21)进行汽液相分离，产出低压饱和蒸汽；低压饱和蒸汽进入合成气压缩机透平(1)作为驱动蒸汽使用；
来自界外的中压锅炉水进入中压汽包(18)，中压汽包(18)内的锅炉给水经中压循环泵(19)加压后进入一级反应器(5、6)，移除一级反应器(5、6)在进行甲醇合成反应时放出的反应热，吸收热量后的中压锅炉给水返回中压汽包(18)进行汽液相分离，产出中压饱和蒸汽；中压饱和蒸汽经过热炉(20)过热后，部分送合成气压缩机透平(1)作为驱动蒸汽使用，富裕的中压过热蒸汽输出使用。
2.根据权利要求1所述的低压甲醇合成方法，其特征在于：所述新鲜合成气在合成气压缩机(2)中加压至6.0～10.0MPaG。
3.根据权利要求1所述的低压甲醇合成方法，其特征在于：所述新鲜合成气与循环气混合后在气气换热器(4)中预热至210～250℃再进入一级反应器(5、6)。
4.根据权利要求1所述的低压甲醇合成方法，其特征在于：所述一级反应器(5、6)出口的高温一级反应气温度为250～280℃，经气气换热器(4)后冷却至200～220℃。
5.根据权利要求1所述的低压甲醇合成方法，其特征在于：所述二级反应器(7)出口的高温二级反应气进入合成气调温器(8)被循环气冷却至100～140℃，所述预精馏塔再沸器(10)送出的二级反应气温度为80～100℃，经过水冷器(11)冷却至35～45℃。
6.根据权利要求1所述的低压甲醇合成方法，其特征在于：所述低压汽包(21)中汽液相分离后产出1.0～2.0MPaG的低压饱和蒸汽。
7.根据权利要求1所述的低压甲醇合成方法，其特征在于：所述中压汽包(18)中汽液相分离产出2.5～4.0MPaG的中压饱和蒸汽。
8.根据权利要求7所述的低压甲醇合成方法，其特征在于：所述中压饱和蒸汽经过热炉(20)过热至360～400℃。
9.根据权利要求1所述的低压甲醇合成方法，其特征在于：所述合成气压缩机(2)与二级反应器(7)之间设置能将新鲜合成气自合成气压缩机直接输往二级反应器的跨线(a)。
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