CN112851471A - 弛放气甲醇合成系统及合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于甲醇合成技术领域，涉及一种弛放气甲醇合成系统及合成方法；系统包括甲醇合成塔和气气换热器；甲醇合成塔外部设置有蒸汽分离器；甲醇合成塔内轴向上设置有汽包且汽包两端分别与蒸汽分离器两端相连通；蒸汽分离器分别外接锅炉水管线和蒸汽外输管线；甲醇合成塔顶端设置合成气进口；甲醇合成塔底端设置合成气出口；气气换热器底部管侧设置合成气入口；合成气入口通过气气换热器管侧与合成气进口相连通；合成气出口与气气换热器壳侧相连通。本发明反应器小，合成塔汽包集于一体，热应力小，自适应合成反应移热，适应合成放热偏小的场合；工艺流程短，设备少，根据气体组分需要灵活控制；提高合成效率。
Description
技术领域
本发明属于甲醇合成技术领域，涉及一种弛放气甲醇合成系统及合成方法。
背景技术
由于甲醇合成合成气中存在不反应的惰性组分，伴随合成反应进行，惰性气体并在系统中不断累积，影响甲醇合成工况的正常运行，拉低合成效率，影响催化剂反应出力、降低反应速度和进度、影响合成产量，增加系统动力消耗；必须连续地定量排放驰放气，以维持系统惰性组分基本恒定及系统的稳定生产，驰放气气体成分等同合成循环气成分。由于甲醇合成驰放气的主要成分为H2、CO、CO2、Ar、N2和CH4等气体，利用系统压力，配合氢回收将H2、CO、CO2有效转化，减少有效气的排放损耗，实现生产成本降低，降低单位甲醇气耗，及整体合成单元各项消耗，达到整体效率提高目的。
发明内容
针对现有合成甲醇存在的技术问题，本发明提供一种弛放气甲醇合成系统及合成方法，适应配套的合成塔及系统，反应器小，合成塔汽包集于一体，汽包及换热水冷螺旋管置于合成塔中，热应力小，自适应合成反应移热，适应合成放热偏小的场合；工艺流程短，设备少，压缩机根据气体组分需要开停，灵活控制；使合成单元有效弥补，有效提高合成效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种弛放气甲醇合成系统包括甲醇合成塔和气气换热器；所述甲醇合成塔外部设置有蒸汽分离器；所述甲醇合成塔内轴向上设置有汽包且汽包两端分别与蒸汽分离器两端相连通；所述蒸汽分离器分别外接锅炉水管线和蒸汽外输管线；所述甲醇合成塔顶端设置合成气进口；所述甲醇合成塔底端设置合成气出口；所述气气换热器底部管侧设置合成气入口；所述合成气入口通过气气换热器管侧与合成气进口相连通；所述合成气出口与气气换热器壳侧相连通。
进一步的，所述甲醇合成塔内设置螺旋换热管；所述螺旋换热管附载于汽包外部。
进一步的，所述合成气进口上和合成气出口上均设置变径管。
进一步的，所述弛放气甲醇合成系统还包括开工蒸汽管路；所述开工蒸汽管路与甲醇合成塔底部相连通；且所述开工蒸汽管路通过蒸汽分离器与锅炉水管线相连通。
进一步的，所述弛放气甲醇合成系统还包括分离器、水冷器和粗甲醇闪蒸槽；所述分离器上分别设置进料口、气相出口和液相出口；所述气气换热器壳侧通过水冷器与进料口相连通；所述气相出口与外排管路或合成气入口相连通；所述液相出口与粗甲醇闪蒸槽相连通。
进一步的，所述所述弛放气甲醇合成系统还包括循环气压缩机以及与循环气压缩机相连接的变频电机；所述气相出口通过循环气压缩机与合成气入口相连通。
一种弛放气甲醇合成系统的合成方法，包括以下步骤：
1)待合成气经气气换热器管程预热升温后进入甲醇合成塔中，并在催化剂作用下反应生成甲醇和水；
2)步骤1)生成的甲醇、水和未参与合成反应的合成气进入气气换热器壳侧中，与进入气气换热器(3)管侧的待合成气换热降温后，再经水冷器进一步冷却后进入分离器分离出粗甲醇和未反应气体；同时甲醇合成塔合成甲醇放出的热量与螺旋水冷管内锅炉水换热后，所产蒸汽进入汽包分离后送入蒸汽分离器再次分离，伴随着蒸汽输出，进入蒸汽分离器的锅炉水不断补入汽包中；
3)分离的粗甲醇至粗甲醇闪蒸槽；未反应气体根据待合成气的选择部分气体经循环气压缩机压缩后返回系统循环或是直接排放或回收氢。
进一步的，所述步骤1)中，待合成气为驰放气或膜后驰放气。
进一步的，所述步骤1)中，催化剂填装在螺旋换热管的换热段、汽包外部及甲醇合成塔内形成的空隙内。
进一步的，所述待合成气各组分的体积分数为：惰性气10～25％，氢气70～95％，一氧化碳和二氧化碳2～15％。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的弛放气甲醇合成系统包括甲醇合成塔和气气换热器；所述甲醇合成塔外部设置有蒸汽分离器；所述甲醇合成塔内轴向上设置有汽包且汽包两端分别与蒸汽分离器两端相连通；所述蒸汽分离器分别外接锅炉水管线和蒸汽外输管线；所述甲醇合成塔顶端设置合成气进口；所述甲醇合成塔底端设置合成气出口；所述气气换热器底部管侧设置合成气入口；所述合成气入口通过气气换热器管侧与合成气进口相连通；所述合成气出口与气气换热器壳侧相连通。汽包为热螺旋管，且汽包置于甲醇合成塔内，合成反应产生的热膨胀小；反应强度低，反应器小，换热面与反应匹配；高效的气相气气换热器能适应合成放热偏小的场合。
2、本发明提供的弛放气甲醇合成方法包括以下步骤：1)合成气经气气换热器预热升温后进入甲醇合成塔中，并在催化剂作用下反应生成甲醇和水；2)步骤1)生成的甲醇、水和未反应的合成气进入气气换热器中，与合成气换热降温后，再经水冷器进一步冷却后进入分离器分离出粗甲醇和未反应气体；同时甲醇合成塔合成甲醇放出的热量与螺旋水冷管内锅炉水换热后，所产蒸汽进入汽包分离后送入蒸汽分离器再次分离，伴随着蒸汽输出，进入蒸汽分离器的锅炉水不断补入汽包中；3)分离的粗甲醇至粗甲醇闪蒸槽；未反应气体根据合成气的组分，部分气体经循环气压缩机压缩后返回系统循环或直接排放或回收氢。通过汽包、外置气气换热器，自适应合成反应移热，热应力小，适应合成放热偏小的场合；且合成工艺流程短，设备少，压缩机根据气体组分需要开停，灵活控制；对合成单元有效弥补，提高合成效率。
3、本发明中，合成气为驰放气或膜后驰放气。合成气的组成及体积分数为：惰性气10～25％，氢气70～95％，一氧化碳和二氧化碳2～15％。本发明合成气成分发生变化，当成分中一氧化碳二氧化碳气体含量高，打开压缩机调节合成气的组分，压缩机根据气体组分可开可停，灵活控制。
附图说明
图1为本发明提供的合成甲醇系统示意图；
其中：
1—蒸汽分离器；2—甲醇合成塔；3—气气换热器；4—水冷器；5—分离器；6—循环气压缩机，7—汽包；8—进气三通阀；9—出气三通阀；10—粗甲醇闪蒸槽。
具体实施方式
现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。
实施例
参见图1，本实施例提供的包括甲醇合成塔2和气气换热器3；甲醇合成塔2外部设置有蒸汽分离器1；甲醇合成塔2内轴向上设置有汽包7且汽包7两端分别与蒸汽分离器1两端相连通；蒸汽分离器1分别外接锅炉水管线和蒸汽外输管线；甲醇合成塔2顶端设置合成气进口；甲醇合成塔2底端设置合成气出口；气气换热器3底部管侧设置合成气入口；合成气入口通过气气换热器3管侧与合成气进口相连通；合成气出口与气气换热器3壳侧相连通。
本实施例提供的甲醇合成塔2内设置螺旋换热管；所述螺旋换热管附载于汽包7外部。
本实施例提供的汽包7为热螺旋管，汽包7外部附载有设置在甲醇合成塔2内的螺旋水冷管。汽包7与置于甲醇合成塔2外部的蒸汽分离器1形成连通器，汽包7上附载的螺旋水冷管吸收合成放出热量，汽包7底部进锅炉水，完成热虹吸换热，汽包7热螺旋管内的水变为汽液混合物进去汽包7顶部，送出到蒸汽分离器1进行汽液分离蒸汽。
本实施例提供的合成气进口上和合成气出口上均设置变径管。变径管通过法兰连接，用以适应进出口同时做人孔用。
本实施例提供的弛放气甲醇合成系统还包括开工蒸汽管路；开工蒸汽管路与甲醇合成塔2底部相连通；且开工蒸汽管路通过蒸汽分离器1与锅炉水管线相连通。开工蒸汽管路与锅炉水进甲醇合成塔2连接管线相连通，用于开工时对汽包7的加热。
本实施例提供的气气换热器3为螺旋管气气换热器，气气换热器3为管壳式结构；包括管侧(管程)和壳侧(壳程)，合成气入口置于气气换热器3底部管侧，气气换热器3顶部管程与甲醇合成塔2顶部的合成气进口相连，甲醇合成塔2底部的合成气出口与气气换热器3上部侧壁上的壳侧入口相连通；气气换热器3下部侧壁上的壳侧出口与水冷器4相连通。待合成气走气气换热器3管程，进入甲醇合成塔2合成反应后，进入气气换热器3壳程；实现热交换。
本实施例提供的弛放气甲醇合成系统还包括分离器5、水冷器4和粗甲醇闪蒸槽10；分离器5上分别设置进料口、气相出口和液相出口；气气换热器3下部侧壁通过水冷器4与进料口相连通；气相出口与外排管路或合成气入口相连通；液相出口与粗甲醇闪蒸槽10相连通。
具体的，分离器5的侧壁上设置进料口；分离器5顶端设置气相出口，分离器5底端设置液相出口；分离器5内部设置除沫网，且除沫网置于进料口上方，用于出去流向气相出口的气体内的杂质。
本实施例提供的弛放气甲醇合成系统还包括循环气压缩机6以及与循环气压缩机6相连接的变频电机；气相出口通过循环气压缩机6与合成气入口相连通。
本实施例提供的甲醇合成塔2内设置螺旋换热管；螺旋换热管附载于汽包7外部。
实施例2
以具体的待合成气说明本发明提供的弛放气甲醇合成方法。
待合成气为弛放气，且其中，惰性气10％，氢气95％，一氧化碳和二氧化碳2％。
本实施例，弛放气合成甲醇的方法是：
1)待合成气经气气换热器3管程预热升温后进入甲醇合成塔2中，并在催化剂作用下反应生成甲醇和水；
2)步骤1)生成的甲醇、水和未参与合成反应的合成气进入气气换热器3壳侧中，与进入气气换热器3管侧的待合成气换热降温后，再经水冷器4进一步冷却后进入分离器5分离出粗甲醇和未反应气体；同时甲醇合成塔2合成甲醇放出的热量与螺旋水冷管内锅炉水换热后，所产蒸汽进入汽包7分离后送入蒸汽分离器1再次分离，伴随着蒸汽输出，进入蒸汽分离器1的锅炉水不断补入汽包7中；
3)分离的粗甲醇至粗甲醇闪蒸槽10；未反应气体根据待合成气中CO和CO2的体积分数，不经循环气压缩机6压缩循环，直接排放或回收氢。
步骤1)中，催化剂填装在螺旋换热管的换热段、汽包7外部及甲醇合成塔2内形成的空隙内。且催化剂为铜基甲醇合成催化剂。
具体的，待合成气(温度为20℃)通过进气三通阀8从气气换热器3底部的合成气入口进入气气换热器管程中，与从甲醇合成塔2的甲醇合成气预热升温至200℃后，从气气换热器3顶部的气气换热器管程中排出，从甲醇合成塔2顶部的合成气进口进入甲醇合成塔2中，在铜基甲醇合成催化剂的作用下，合成气发生反应CO+CO2+5H2→2CH3OH+H2O，待合成气中的一氧化碳、二氧化碳和氢气在催化剂作用下生成甲醇和水；
由于汽包7外的水冷管吸收合成放出热量，甲醇合成塔2合成甲醇放出的热量与螺旋水冷管内锅炉水换热后，所产蒸汽进入汽包7分离后送入蒸汽分离器1再次分离，伴随着蒸汽输出，进入蒸汽分离器1的锅炉水不断补入汽包7中；系统热应力小，自适应合成反应移热，适应合成放热偏小的场合；
生成的甲醇、水和未反应的合成气(温度为280℃)，从甲醇合成塔2底部的合成气出口进入气气换热器3侧上部壳程中，与气气换热器3管程中的待合成气进行预热升温后，生成的甲醇、水和未反应的合成气从气气换热器3侧下部壳程出来通过水冷器4冷却，从分离器5中部侧壁进入分离器5中气液分离得到凝液和不凝气体(未反应气体)，凝液即为粗甲醇，从分离器5底部液相出口排出至甲醇闪蒸槽10内进一步合成精甲醇；不凝气体从分离器5顶部的气相出口排出，通过出气三通阀9直接排放；
合成过程中，对待合成气的组分进行监测，当待合成气中的气体组分发生变化，且当成分中一氧化碳二氧化碳气体含量较低，此时不需循环，不凝气体从分离器5顶部经出气三通阀9直接排放。
实施例3
合成气为膜后弛放气，且其中，惰性气15％，氢气70％，一氧化碳和二氧化碳15％。
本实施例，弛放气合成甲醇的方法是：
1)合成气经气气换热器3预热升温后进入甲醇合成塔2中，并在催化剂作用下反应生成甲醇和水；
2)步骤1)生成的甲醇、水和未参与合成反应的合成气进入气气换热器3壳侧中，与进入气气换热器3管侧的待合成气换热降温后，再经水冷器4进一步冷却后进入分离器5分离出粗甲醇和未反应气体；同时甲醇合成塔2合成甲醇放出的热量与螺旋水冷管内锅炉水换热后，所产蒸汽进入汽包7分离后送入蒸汽分离器1再次分离，伴随着蒸汽输出，进入蒸汽分离器1的锅炉水不断补入汽包7中；
3)分离的粗甲醇至粗甲醇闪蒸槽10；未反应气体根据合成气的组分，经循环气压缩机6压缩循环返回系统，即经环压缩机6压缩后返回合成气入口处。
具体的，待合成气(温度为50℃)通过进气三通阀8从气气换热器3底部的合成气入口进入气气换热器管程中，与从甲醇合成塔2的甲醇合成气预热升温至260℃后，从气气换热器3顶部的气气换热器管程中排出，从甲醇合成塔2顶部的合成气进口进入甲醇合成塔2中，在铜基甲醇合成催化剂的作用下，待合成气发生反应CO+CO2+5H2→2CH3OH+H2O，待合成气中的一氧化碳、二氧化碳和氢气在催化剂作用下生成甲醇和水；
由于汽包7外的水冷管吸收合成放出热量，甲醇合成塔2合成甲醇放出的热量与螺旋水冷管内锅炉水换热后，所产蒸汽进入汽包7分离后送入蒸汽分离器1再次分离，伴随着蒸汽输出，进入蒸汽分离器1的锅炉水不断补入汽包7中；系统热应力小，自适应合成反应移热，适应合成放热偏小的场合；
生成的甲醇和未反应的待合成气(温度为300℃)，从甲醇合成塔2底部的合成气出口进入气气换热器3侧上部壳程中，与气气换热器3管程中的待合成气进行预热升温后，生成的甲醇和未反应的合成气从气气换热器3侧下部壳程出来通过水冷器4冷却，从分离器5中部侧壁进入分离器5中气液分离得到凝液和不凝气体(未反应气体)，凝液即为粗甲醇，从分离器5底部的液相出口排出至甲醇闪蒸槽10内进一步合成精甲醇；不凝气体从分离器5顶部排出，合成过程中，对待合成气的组分进行监测，当待合成气中的气体组分发生变化，且经过监测发现成分中一氧化碳二氧化碳气体含量高，气体含量超过100％，此时打开循环气压缩机6，不凝气体从分离器5顶部的气相出口经出气三通阀9、循环气压缩机6压缩后循环返回系统，与待合成气汇合进入气气换热器3的管程循环反应，从而达到调节合成气的组分的目的。
本发明提供的合成甲醇系统及其合成方法，甲醇合成塔内设置热螺旋管汽包，热膨胀小；整个系统合成反应强度低，反应设备体积小，换热面积始终与反应设备匹配；高效气气气换热器能适应热位差小的需求；循环气压缩机根据气体组分需要，可开可停，灵活控制；合成甲醇流程短、快速，合成效率高。
Claims (10)
1.一种弛放气甲醇合成系统，其特征在于：所述弛放气甲醇合成系统包括甲醇合成塔(2)和气气换热器(3)；所述甲醇合成塔(2)外部设置有蒸汽分离器(1)；所述甲醇合成塔(2)内轴向上设置有汽包(7)且汽包(7)两端分别与蒸汽分离器(1)两端相连通；所述蒸汽分离器(1)分别外接锅炉水管线和蒸汽外输管线；所述甲醇合成塔(2)顶端设置合成气进口；所述甲醇合成塔(2)底端设置合成气出口；所述气气换热器(3)底部管侧设置合成气入口；所述合成气入口通过气气换热器(3)管侧与合成气进口相连通；所述合成气出口与气气换热器(3)壳侧相连通。
2.根据权利要求1所述的弛放气甲醇合成系统，其特征在于：所述甲醇合成塔(2)内设置螺旋换热管；所述螺旋换热管附载于汽包(7)外部。
3.根据权利要求2所述的弛放气甲醇合成系统，其特征在于：所述合成气进口上和合成气出口上均设置变径管。
4.根据权利要求3所述的弛放气甲醇合成系统，其特征在于：所述弛放气甲醇合成系统还包括开工蒸汽管路；所述开工蒸汽管路与甲醇合成塔(2)底部相连通；且所述开工蒸汽管路通过蒸汽分离器(1)与锅炉水管线相连通。
5.根据权利要求4所述的弛放气甲醇合成系统，其特征在于：所述弛放气甲醇合成系统还包括分离器(5)、水冷器(4)和粗甲醇闪蒸槽(10)；所述分离器(5)上分别设置进料口、气相出口和液相出口；所述气气换热器(3)壳侧通过水冷器(4)与进料口相连通；所述气相出口与外排管路或合成气入口相连通；所述液相出口与粗甲醇闪蒸槽(10)相连通。
6.根据权利要求5所述的弛放气甲醇合成系统，其特征在于：所述弛放气甲醇合成系统还包括循环气压缩机(6)以及与循环气压缩机(6)相连接的变频电机；所述气相出口通过循环气压缩机(6)与合成气入口相连通。
7.一种基于权利要求6所述的弛放气甲醇合成系统的合成方法，其特征在于：所述合成方法包括以下步骤：
1)待合成气经气气换热器(3)管程预热升温后进入甲醇合成塔(2)中，并在催化剂作用下反应生成甲醇和水；
2)步骤1)生成的甲醇、水和未参与合成反应的合成气进入气气换热器(3)壳侧中，与进入气气换热器(3)管侧的待合成气换热降温后，再经水冷器(4)进一步冷却后进入分离器(5)分离出粗甲醇和未反应气体；同时甲醇合成塔(2)合成甲醇放出的热量与螺旋水冷管内锅炉水换热后，所产蒸汽进入汽包(7)分离后送入蒸汽分离器(1)再次分离，伴随着蒸汽输出，进入蒸汽分离器(1)的锅炉水不断补入汽包(7)中；
3)分离的粗甲醇至粗甲醇闪蒸槽(10)；未反应气体根据待合成气的选择部分气体经循环气压缩机(6)压缩后返回系统循环或是直接排放或回收氢。
8.根据权利要求7所述的弛放气甲醇合成方法，其特征在于：所述步骤1)中，待合成气为驰放气或膜后驰放气。
9.根据权利要求8所述的弛放气甲醇合成方法，其特征在于：所述步骤1)中，催化剂填装在螺旋换热管的换热段、汽包(7)外部及甲醇合成塔(2)内形成的空隙内。
10.根据权利要求9所述的弛放气甲醇合成方法，其特征在于：所述待合成气各组分的体积分数为：惰性气10～25％，氢气70～95％，一氧化碳和二氧化碳2～15％。
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|---|---|---|---|---|
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