CN113546438A - 一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气‑蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统及方法。该系统包括甲醇合成单元、甲醇精馏单元和蒸汽‑燃气联合循环单元。本发明提出将甲醇合成单元的驰放气和闪蒸气以及五塔甲醇精馏单元的不凝气作为燃气，通过燃气‑蒸汽联合循环单元利用。将甲醇合成单元副产的中压蒸汽通过联合循环的蒸汽轮机做功后，抽出的低压蒸汽用于五塔甲醇精馏单元的供热。联合循环的发电用于甲醇合成单元的压缩机。联合循环的尾气用于五塔精馏的预热器供热。该系统回收利用大量的排放气用作燃料发电，回收利用尾气，将甲醇合成和五塔精馏进行热集成，可实现同时供电和供热，既减少了废气排放，又减少了热公用工程需求，使得该系统节能收益显著。
Description
技术领域
本发明属于煤制甲醇过程中甲醇合成与精馏技术领域，具体涉及一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统及方法。
背景技术
甲醇(MeOH)是一种非常重要、需求量很大的有机化工原料，可以用来生产甲醛、甲酸甲酯、醋酸、二甲醚、烯烃等，也是医药、农药、染料的重要原料之一。甲醇还是一种安全和清洁的燃料，便于存储和运输，可以直接用作车用燃料或与汽油按照多种比例混合生产高辛烷值的高效燃料，其排放量低于传统汽油。
此外，甲醇还可以用于燃料电池。随着经济社会的快速发展和日益严格的排放法规的推动下，甲醇的需求量会越来越大。
陈倩等(陈倩，李士雨，李金来。甲醇合成及精馏单元的能效优化。化学工程，2012，40(10):7-11。)以60万吨/年煤制甲醇为背景，利用夹点技术将处于甲醇合成和精馏单元作为一个系统考虑，分析该系统的用能状况和换热网络，充分回收甲醇合成出塔合成气的能量，提出了两种优化方案，热集成效果显著。
张君涛(张君涛,臧楠,梁生荣。具有热集成的甲醇多效精馏新工艺及其模拟。化学工程,2011,39(4):98-102。)提出一种具有热集成的五塔甲醇多效精馏新工艺，在传统的四塔精馏工艺的基础中，在原加压塔之后增加中压塔，使中压塔的操作压力介于高压塔和常压塔之间，控制精馏塔的操作压力和塔顶精甲醇的采出比例，形成多效精馏，其中加压塔的塔顶蒸汽与中压塔的塔底再沸器形成热集成，中压塔的塔顶蒸汽与常压塔的塔底再沸器形成热集成，回收塔的塔顶蒸汽与脱轻塔的塔底再沸器形成热集成。结果表明，五塔甲醇精馏工艺比现有的四塔工艺节能达28.6％。
中国发明专利CN101503337B公开了“采用五塔热集成装置进行甲醇精馏的工艺方法”，高压精馏塔、常压精馏塔和低压精馏塔三塔之间热集成，低压精馏塔塔顶气相作为常压精馏塔塔釜加热热源；高压精馏塔塔顶气相作为低压精馏塔塔釜加热热源，为低压精馏塔提供所需热量。脱轻塔和回收塔两塔之间热集成，回收塔塔顶气相作为脱轻塔塔釜加热热源，为脱轻塔提供所需热量。该五塔热集成装置有很好的经济效益。
中国发明专利CN102039058B公开了一种“大型甲醇多效精馏节能装置及甲醇多效精馏节能工艺”，工艺设备依次包括预精馏塔、第二精馏塔、加压塔、常压塔、回收塔五个塔，其中第二精馏塔塔顶蒸汽作为预精馏塔再沸器热源，加压塔塔顶蒸汽分三股，其中两股作为预精馏塔及第二精馏塔再沸器热源，另外一股与预精馏塔底再沸器出来的蒸汽冷凝液合并为常压塔提供热量。
目前研发的生产甲醇的工艺主要为主要成分为H2和CO的粗合成气在装有铜基催化剂的甲醇合成反应器中反应生产粗甲醇，甲醇合成为强放热反应，因此反应热通过管间的锅炉水的蒸发带走，产生的中压蒸汽会送至汽包。甲醇合成反应器的出口合成气在和入口合成气换热后，分别经过空冷器和水冷器的冷却，得到粗甲醇。粗甲醇再通过甲醇精馏单元纯化为精甲醇。甲醇合成过程中的循环气会有一小部分作为驰放气排出，以减少惰性气体的积累。最常用的甲醇精馏工艺有四塔甲醇精馏和五塔甲醇精馏。五塔工艺是在四塔工艺的基础上开发的，可以克服四塔工艺的不足，进一步降低能耗。采用五塔甲醇精馏工艺时，设备依次包括脱轻塔、加压塔、中压塔、常压塔和回收塔，其中加压塔、中压塔和常压塔之间存在多效热集成，回收塔和脱轻塔之间存在热集成，五塔中的加压塔和回收塔的塔釜需要外部低压蒸汽供能。
采用以上工艺虽然可以得到优质的精甲醇产品，但是大量的排放气会造成大气污染，同时五塔甲醇精馏单元仍然需要大量的外部蒸汽需求，甲醇合成单元的压缩机也需要外部电能，存在甲醇合成和五塔精馏单元的能量利用不合理的问题。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统，以回收利用驰放气、闪蒸气和不凝气，同时通过燃气-蒸汽联合循环供热和供电，将甲醇合成和甲醇精馏进行能量集成，满足甲醇精馏单元低压蒸汽的需求以及甲醇合成单元的用电需求。同时本发明还提供了一种集成燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏热集成的方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统，包括甲醇合成单元、甲醇精馏单元和燃气-蒸汽联合循环单元，所述燃气-蒸汽联合循环单元包括空气压缩机1、燃烧室2、燃气透平3、第一发电机4、余热锅炉5、高压缸6、低压缸7、第二发电机8、凝汽器9和凝结水泵10；空气压缩机1出口与燃烧室2空气入口相连，燃烧室2出口与燃气透平3入口相连，燃气透平3出口与余热锅炉5烟气入口相连，且燃气透平3与空气压缩机1、第一发电机4串联；余热锅炉5蒸汽出口与高压缸6高压蒸汽入口相连，高压缸6出口与低压缸7入口相连，低压缸7排气出口与凝汽器9入口相连，低压缸7抽蒸汽出口与五塔精馏单元蒸汽入口相连，且低压缸7与高压缸6和第二发电机8串联；凝汽器9出口与凝结水泵10入口相连，凝结水泵10出口与余热锅炉5锅炉给水入口相连，余热锅炉5尾气出口与五塔精馏单元相连；
甲醇合成单元的粗甲醇出口与五塔精馏单元粗甲醇入口相连，甲醇合成单元的蒸汽出口与高压缸6中压蒸汽入口相连，甲醇合成单元排放气出口和燃烧室2燃气入口相连，五塔精馏单元不凝气出口与燃烧室2燃气入口相连；第一发电机4和第二发电机8出口与甲醇合成单元用电入口相连。
所述甲醇合成单元包括合成气压缩机11、进出口换热器12、甲醇合成反应器13、第一空冷器14、第一水冷器15、第一分离器16、第二分离器17、循环气压缩机18和汽包19；所述合成气压缩机11出口与进出口换热器12冷端入口相连，进出口换热器12冷端出口与甲醇合成反应器13合成气入口相连，甲醇合成反应器13反应气出口与进出口换热器12热端入口相连，进出口换热器12热端出口与第一空冷器14入口相连，第一空冷器14出口与第一水冷器15入口相连，第一水冷器15出口与第一分离器16相连，第一分离器16气相出口气分为两部分，一部分为驰放气，另一部分进入循环气压缩机18，循环气压缩机18出口与进出口换热器12冷端入口相连；汽包19液相出口与甲醇合成反应器13壳体入口相连，甲醇合成反应器13壳体出口与汽包19沸水入口相连；第一分离器16液相出口与第二分离器17入口相连，第二分离器17气相出口为闪蒸气，第二分离器17液相出口为粗甲醇。
所述五塔精馏单元包括脱轻塔预热器20、第二空冷器21、第二水冷器22、第三水冷器24、第四水冷器25、第五水冷器31、高压塔预热器23、脱轻塔26、高压塔27、中压塔28、低压塔29、回收塔30、脱轻塔塔釜再沸器32、高压塔塔釜再沸器33、中压塔塔釜再沸器34、低压塔塔釜再沸器35、回收塔塔釜再沸器36；所述脱轻塔预热器20出口与脱轻塔26进料口相连，脱轻塔26气相出口与第二空冷器21气相入口相连，第二空冷器21气相出口与第二水冷器22气相入口相连，第二水冷器22液相出口与第二空冷器21液相入口相连，第二空冷器21液相出口与脱轻塔26回流口相连；脱轻塔26塔釜出口与高压塔预热器23冷端入口相连，高压塔预热器23冷端出口与高压塔27进料口相连，高压塔27气相出口与中压塔塔釜再沸器34热端入口相连，中压塔塔釜再沸器34热端出口分别与高压塔27回流口和第三水冷器24热端入口相连，高压塔27塔釜出口与中压塔28进料口相连，中压塔28气相出口与低压塔塔釜再沸器35热端入口相连，低压塔塔釜再沸器35热端出口分别与中压塔28回流口和第三水冷器24热端入口相连，中压塔28塔釜出口与低压塔29进料口相连，低压塔29气相出口与第五水冷器31热端入口相连，第五水冷器31热端出口分别与第三水冷器24热端入口和低压塔29回流口相连，低压塔29塔釜出口与回收塔30进料口相连，回收塔30气相出口与脱轻塔塔釜再沸器32热端入口相连，脱轻塔塔釜再沸器32热端出口分别与回收塔30回流口和第三水冷器24热端入口相连，回收塔30塔釜出口与第四水冷器25热端入口相连。
一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成方法，包括以下步骤：
(1)甲醇合成单元排出的驰放气和闪蒸气以及甲醇精馏单元排出的不凝气一起作为燃气进入到燃气-蒸汽联合循环单元，在燃烧室燃烧后产生高温烟气，高温烟气在燃气透平中膨胀做功，燃气透平排气进入到余热锅炉回收热量并副产高压蒸汽；
(2)在步骤(1)中，副产的高压蒸汽和来自甲醇合成单元副产的蒸汽一起进入到高压缸和低压缸做功；抽出的低压蒸汽分别用于五塔精馏的高压塔再沸器和回收塔再沸器的供热；汽轮机排气进入到凝汽器冷却，再进入到凝结水泵返回余热锅炉；第一发电机和第二发电机产生的电用于甲醇合成单元的合成气压缩机和循环气压缩机；余热锅炉排出的尾气用于五塔精馏单元高压塔预热器和脱轻塔预热器供热。
具体的，本发明所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成方法，包括以下步骤：
(1)在甲醇合成单元中，合成气首先在合成气压缩机中增压形成加压合成气，所述加压合成气进入到进出口换热器预热，预热后进入甲醇合成反应器进行甲醇合成反应，所述甲醇合成反应器的反应热通过饱和沸腾水送至汽包副产中压蒸汽；合成气在所述甲醇合成反应器中反应后形成高温反应气，进入到空冷器和水冷器冷却后进入到分离器进行气液分离，分离出的气相反应气绝大部分作为循环气经过循环气压缩机加压后和所述的加压合成气混合，剩下的一小部分的气相反应气作为驰放气；所述气液分离器分离出的液相进入到下一级气液分离器，经过再次气液分离后，气相为闪蒸气，液相为粗甲醇；
(2)在步骤(1)中，所述粗甲醇进入脱轻塔预热器升温后进入到脱轻塔，在脱轻塔的塔顶分离出轻组分，轻组分经过空冷器和水冷器的二级冷凝后得到不凝气；脱除轻组分后的粗甲醇进入到高压塔预热器升温后，依次进入到高压塔、中压塔和低压塔分离出精甲醇产品，最后在回收塔中回收少量的甲醇，并在回收塔的塔釜出口分离出废水；五塔甲醇精馏采用多效热集成，包括高压塔塔顶蒸汽与中压塔塔釜再沸器热集成，中压塔塔顶蒸汽与低压塔塔釜再沸器热集成，回收塔塔顶蒸汽与脱轻塔塔釜再沸器热集成；
(3)在步骤(1)和(2)中，甲醇合成单元排出的驰放气和闪蒸气以及甲醇精馏单元排出的不凝气一起作为燃气进入到燃气-蒸汽联合循环单元，在燃烧室内燃烧后产生高温烟气，高温烟气在燃气透平中膨胀做功，燃气透平排气进入到余热锅炉回收热量并副产高压蒸汽，副产的高压蒸汽和来自甲醇合成单元副产的蒸汽一起进入到高压缸和低压缸膨胀做功，抽出的低压蒸汽分别用于五塔甲醇精馏的高压塔再沸器和回收塔再沸器，汽轮机排气进入到凝汽器冷却，再进入到凝结水泵后返回余热锅炉；燃气透平和蒸汽透平产生的电用于甲醇合成单元的合成气压缩机和循环气压缩机；余热锅炉排出的尾气用于五塔精馏单元高压塔预热器和脱轻塔预热器。
优选的，在步骤(1)中，汽包产生的蒸汽为2.5MPa-4.0MPa的中压蒸汽。
优选的，在步骤(3)中，尾气的温度为100℃-180℃。
优选的，在步骤(3)中，高压缸和低压缸构成的汽轮机为抽背压式汽轮机。
优选的，在步骤(3)中，燃气轮机的抽出蒸汽为0.5MPa-0.8MPa的低压蒸汽。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
1、本发明有效回收利用了甲醇合成单元的驰放气和闪蒸气以及甲醇精馏单元的不凝气，减少了废气的排放。
2、通过将甲醇合成单元和五塔精馏单元与燃气-蒸汽联合循环进行集成，可以将甲醇合成单元的副产蒸汽用于甲醇精馏单元供热，产电用于甲醇合成的压缩机，同时满足用热和用电需求。
3、联合循环的尾气余热用于甲醇精馏单元的进料预热，可以减少外部热公用工程的需求。
附图说明
图1为传统的一种甲醇合成和五塔甲醇精馏单元工艺流程图；其中：11为合成气压缩机，12为进出口换热器，13为甲醇合成反应器，14为第一空冷器，15为第一水冷器，16为第一分离器，17为第二分离器，18为循环气压缩机，19为汽包，20为脱轻塔预热器，21为第二空冷器，22为第二水冷器，23为高压塔预热器，24为第三水冷器，25为第四水冷器，26为脱轻塔，27为高压塔，28中压塔，29为低压塔，30为回收塔，31为第五水冷器，32为脱轻塔塔釜再沸器，33为高压塔塔釜再沸器，34为中压塔塔釜再沸器，35为低压塔塔釜再沸器，36为回收塔塔釜再沸器。
图2为本发明所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统和方法的流程图；其中：1为空气压缩机，2为燃烧室，3为燃气透平，4为第一发电机，5为余热锅炉，6为高压缸，7为低压缸，8为第二发电机，9为凝汽器，10为凝结水泵。
图3为本发明所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统的工艺流程图；其中：11为合成气压缩机，12为进出口换热器，13为甲醇合成反应器，14为第一空冷器，15为第一水冷器，22为第二水冷器，24为第三水冷器，25为第四水冷器，31为第五水冷器，16为第一分离器，17为第二分离器，18为循环气压缩机，19为汽包，20为脱轻塔预热器，21第二空冷器，23为高压塔预热器，26为脱轻塔，27为高压塔，28中压塔，29为低压塔，30为回收塔，32为脱轻塔塔釜再沸器，33为高压塔塔釜再沸器，34为中压塔塔釜再沸器，35为低压塔塔釜再沸器，36为回收塔塔釜再沸器。
图4为本发明所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统和方法的流程图；其中：1为空气压缩机，2为燃烧室，3为燃气透平，4为第一发电机，5为余热锅炉，6为高压缸，7为低压缸，8为第二发电机，9为凝汽器，10为凝结水泵。
图5为本发明所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统的工艺流程图；其中：11为合成气压缩机，12为进出口换热器，13为甲醇合成反应器，14为第一空冷器，15为第一水冷器，22为第二水冷器，24为第三水冷器，25为第四水冷器，31为第五水冷器，16为第一分离器，17为第二分离器，18为循环气压缩机，19为汽包，20为脱轻塔预热器，21第二空冷器，23为高压塔预热器，26为脱轻塔，27为高压塔，28中压塔，29为低压塔，30为回收塔，32为脱轻塔塔釜再沸器，33为高压塔塔釜再沸器，34为中压塔塔釜再沸器，35为低压塔塔釜再沸器，36为回收塔塔釜再沸器。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明涉及的原料均可从市场上直接购买。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
如图2和图3所示，本发明所述一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统，包括甲醇合成单元、甲醇精馏单元和燃气-蒸汽联合循环单元，所述燃气-蒸汽联合循环单元包括空气压缩机1、燃烧室2、燃气透平3、第一发电机4、余热锅炉5、高压缸6、低压缸7、第二发电机8、凝汽器9和凝结水泵10；空气压缩机1出口与燃烧室2空气入口相连，燃烧室2出口与燃气透平3入口相连，燃气透平3出口与余热锅炉5烟气入口相连，且燃气透平3与空气压缩机1、第一发电机4串联；余热锅炉5蒸汽出口与高压缸6高压蒸汽入口相连，高压缸6出口与低压缸7入口相连，低压缸7排气出口与凝汽器9入口相连，低压缸7抽蒸汽出口与五塔精馏单元蒸汽入口相连，且低压缸7与高压缸6和第二发电机8串联；凝汽器9出口与凝结水泵10入口相连，凝结水泵10出口与余热锅炉5锅炉给水入口相连，余热锅炉5尾气出口与五塔精馏单元相连；
甲醇合成单元的粗甲醇出口与五塔精单元馏粗甲醇入口相连，甲醇合成单元的蒸汽出口与高压缸6中压蒸汽入口相连，甲醇合成排放气出口和燃烧室2燃气入口相连，五塔精馏单元不凝气出口与燃烧室2燃气入口相连；第一发电机4和第二发电机8出口与甲醇合成单元用电入口相连。
所述甲醇合成单元包括合成气压缩机11、进出口换热器12、甲醇合成反应器13、第一空冷器14、第一水冷器15、第一分离器16、第二分离器17、循环气压缩机18和汽包19；所述合成气压缩机11出口与进出口换热器12冷端入口相连，进出口换热器12冷端出口与甲醇合成反应器13合成气入口相连，甲醇合成反应器13反应气出口与进出口换热器12热端入口相连，进出口换热器12热端出口与第一空冷器14入口相连，第一空冷器14出口与第一水冷器15入口相连，第一水冷器15出口与第一分离器16相连，第一分离器16气相出口气分为两部分，一部分为驰放气，另一部分进入循环气压缩机18，循环气压缩机18出口与进出口换热器12冷端入口相连；汽包19液相出口与甲醇合成反应器13壳体入口相连，甲醇合成反应器13壳体出口与汽包19沸水入口相连；第一分离器16液相出口与第二分离器17入口相连，第二分离器17气相出口为闪蒸气，第二分离器17液相出口为粗甲醇。
所述五塔精馏单元包括脱轻塔预热器20、第二空冷器21、第二水冷器22、第三水冷器24、第四水冷器25、第五水冷器31、高压塔预热器23、脱轻塔26、高压塔27、中压塔28、低压塔29、回收塔30、脱轻塔塔釜再沸器32、中压塔塔釜再沸器34和低压塔塔釜再沸器35；所述脱轻塔预热器20出口与脱轻塔26进料口相连，脱轻塔26气相出口与第二空冷器21气相入口相连，第二空冷器21气相出口与第二水冷器22气相入口相连，第二水冷器22液相出口与第二空冷器21液相入口相连，第二空冷器21液相出口与脱轻塔26回流口相连；脱轻塔26塔釜出口与高压塔预热器23入口相连，高压塔预热器23出口与高压塔27进料口相连，高压塔27气相出口与中压塔塔釜再沸器34热端入口相连，中压塔塔釜再沸器34热端出口与高压塔27回流口和第三水冷器24热端入口相连，高压塔27塔釜出口与中压塔28进料口相连，中压塔28气相出口与低压塔塔釜再沸器35热端入口相连，低压塔塔釜再沸器35热端出口与中压塔28回流口和第三水冷器24热端入口相连，中压塔28塔釜出口与低压塔29进料口相连，低压塔29气相出口与第五水冷器31热端入口相连，第五水冷器31热端出口与第三水冷器24热端入口和低压塔29回流口相连，低压塔29塔釜出口与回收塔30进料口相连，回收塔30气相出口与脱轻塔塔釜再沸器32热端入口相连，脱轻塔塔釜再沸器32热端出口与回收塔30回流口和第三水冷器24热端入口相连，回收塔30塔釜出口与第四水冷器25热端入口相连。
实施例1
本实施例一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统及工艺流程如图2和图3所示。具体的，进入合成气压缩机11的合成气的量为132.2t/h，精甲醇的量为112.4t/h，合成气进入到合成气压缩机11增压后形成加压合成气，进入到进出口换热器12预热，预热后合成气进入甲醇合成反应器13进行甲醇合成反应，所述甲醇合成反应器13的反应热通过壳体饱和沸腾水移到汽包19副产中压蒸汽；合成气在甲醇合成反应器13中反应后形成高温反应气，进入到第一空冷器14和第一水冷器15冷却后进入到第一分离器16进行气液分离，分离出的气相反应气绝大部分作为循环气经过循环气压缩机18加压后和所述的加压合成气混合，剩下的小部分的气相反应气作为驰放气；所述第一分离器16分离出的液相进入到第二分离器17，经过再次气液分离后，气相为闪蒸气，液相为粗甲醇；
所述粗甲醇进入脱轻塔预热器20升温后进入到脱轻塔26，在脱轻塔26的塔顶分离出轻组分，轻组分经过第二空冷器21和第二水冷器22的二级冷凝后得到不凝气；脱除轻组分后的粗甲醇进入到加压塔预热器23预热后，依次进入到高压塔27、中压塔28和低压塔29分离出精甲醇产品，最后在回收塔30中回收少量的甲醇，并在回收塔30的塔釜出口分离出废水；五塔甲醇精馏采用多效热集成，包括高压塔27塔顶蒸汽与中压塔塔釜再沸器34热集成，中压塔28塔顶蒸汽与低压塔塔釜再沸器35热集成，回收塔30塔顶蒸汽与脱轻塔塔釜再沸器32热集成；
甲醇合成单元排出的驰放气和闪蒸气以及甲醇精馏单元排出的不凝气一起作为燃气进入到燃气-蒸汽联合循环单元，在燃烧室2燃烧后产生高温烟气，高温烟气在燃气透平3中膨胀做功，燃气透平3排气进入到余热锅炉5回收热量并副产高压蒸汽，副产的高压蒸汽和来自甲醇合成单元副产的蒸汽一起进入到高压缸6和低压缸7做功，抽出的低压蒸汽分别用于五塔甲醇精馏的高压塔再沸器33和回收塔再沸器36的供热，汽轮机排气进入到凝汽器9冷却，再进入到凝结水泵10返回余热锅炉5；第一发电机4和第二发电机8产生的电用于甲醇合成单元的原料气压缩机11和循环气压缩机18；余热锅炉5排出的尾气先用于五塔精馏单元高压塔预热器23，然后用于脱轻塔预热器20。
本实施例中，燃气的组分和流量见表1。
表1燃气的成分
上述过程中，甲醇合成单元汽包产生的蒸汽为2.6MPa、226℃，余热锅炉5产生的蒸汽为4.2MPa、430℃，抽取的低压蒸汽为0.6MPa、160℃。低压蒸汽送至五塔精馏单元，给高压塔27的塔釜再沸器33(141℃)提供热量27.7MW，给回收塔30的塔釜再沸器36(139℃)提供热量9.2MW。产生的电用于循环气压缩机18为2.6MW，用于合成气压缩机11为12.6MW。尾气温度为160℃，首先用于五塔精馏单元的高压塔预热器23的热量6.0MW，将高压塔预热器23的冷流股由80℃预热到125℃，用于脱轻塔预热器20的热量为2.8MW，将冷流股由40℃预热到65℃。
相比现有的甲醇合成和五塔精馏过程，该燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统，可以回收利用甲醇合成和五塔精馏过程的蒸汽和废气，可以实现同时为甲醇合成和五塔精馏单元供热和供电。该系统充分利用了排放气，减少了大量的废气排放，共减少外部公用工程45.7MW，节省电量为15.2MW，还充分利用了尾气的余热。最终结果是五塔精馏单元不再需要外部热公用工程，甲醇合成单元不再需要外部供电。
实施例2
本实施例一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统及工艺流程如图4和图5所示。具体的，进入合成气压缩机11的合成气的量为132.2t/h，精甲醇的量为112.4t/h，合成气进入到合成气压缩机11增压后，进入到进出口换热器12预热，预热后合成气进入甲醇合成反应器13进行甲醇合成反应，所述甲醇合成反应器的反应热通过壳体饱和沸腾水移到汽包19副产中压蒸汽；合成气在甲醇合成反应器13中反应后形成高温反应气，进入到第一空冷器14和第一水冷器15冷却后进入到第一分离器16进行气液分离，分离出的气相反应气绝大部分作为循环气经过循环气压缩机18加压后和所述的加压后的合成气混合，剩下的小部分的气相反应气作为驰放气；所述第一分离器16分离出的液相进入到第二分离器17，经过再次气液分离后，气相为闪蒸气，液相为粗甲醇；
所述粗甲醇进入脱轻塔预热器20升温后进入到脱轻塔26，在脱轻塔26的塔顶分离出不凝气，不凝气经过第二空冷器21和第二水冷器22的二级冷凝后得到不凝气气体；脱除轻组分后的粗甲醇进入到加压塔预热器23预热后，依次进入到高压塔27、中压塔28和低压塔29分离出精甲醇产品，最后在回收塔30中回收少量的甲醇，并在回收塔30的塔釜出口分离出废水；五塔甲醇精馏采用多效热集成，包括高压塔27塔顶蒸汽与中压塔塔釜再沸器34热集成，中压塔28塔顶蒸汽与低压塔塔釜再沸器35热集成，回收塔30塔顶蒸汽与脱轻塔塔釜再沸器32热集成；
甲醇合成单元排出的驰放气和闪蒸气以及甲醇精馏单元排出的不凝气一起作为燃气进入到燃气-蒸汽联合循环单元，在燃烧室2燃烧后产生高温烟气，高温烟气在燃气透平3中膨胀做功，燃气透平3排气进入到余热锅炉5回收热量并副产高压蒸汽，副产的高压蒸汽和来自甲醇合成单元副产的蒸汽一起进入到高压缸6和低压缸7做功，抽出的低压蒸汽分别用于五塔甲醇精馏的高压塔再沸器33和回收塔再沸器36的供热，汽轮机排气进入到凝汽器9冷却，再进入到凝结水泵10返回余热锅炉5；第一发电机4和第二发电机8产生的电用于甲醇合成单元的原料气压缩机11和循环气压缩机18；余热锅炉5排出的尾气分为两股，分别为脱轻塔预热器20和高压塔预热器23供热。
上述过程中，甲醇合成单元汽包产生的蒸汽为2.6MPa，226℃，余热锅炉5产生的蒸汽为4.2MPa，430℃，抽取的低压蒸汽为0.6MPa，160℃；低压蒸汽送至五塔精馏单元后分为两部分，一部分给高压塔27的塔釜再沸器33(141℃)提供热量27.7MW，一部分给回收塔30的塔釜再沸器36(139℃)提供热量9.2MW；产生的电用于循环气压缩机18为2.6MW，用于合成气压缩机12.6MW。尾气温度为150℃，尾气分为两部分，用于高压塔预热器23的热量6.0MW，将高压塔预热器23的冷流股由80℃预热到125℃；用于脱轻塔预热器20的热量为2.8MW，将冷流股由40℃预热到65℃。
相比现有的甲醇合成和五塔精馏过程，该燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统，可以回收利用甲醇合成和五塔精馏过程的蒸汽和废气，可以实现同时为甲醇合成和五塔精馏单元供热和供电。该系统充分利用了排放气，减少了大量的废气排放，共减少外部热公用工程45.7MW，节省电量为15.2MW，还充分利用了尾气的余热。最终结果是五塔精馏单元不再需要外部热公用工程，甲醇合成单元不再需要外部供电。
实施案例3
本实施例一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统及工艺流程如图2和图3所示。具体的，进入合成气压缩机11的合成气的量为132.2t/h，精甲醇的量为112.4t/h，合成气进入到合成气压缩机11增压后，进入到进出口换热器12预热，预热后合成气进入甲醇合成反应器13进行甲醇合成反应，所述甲醇合成反应器的反应热通过壳体饱和沸腾水移到汽包19副产中压蒸汽；合成气在甲醇合成反应器13中反应后形成高温反应气，进入到第一空冷器14和第一水冷器15冷却后进入到第一分离器16进行气液分离，分离出的气相反应气绝大部分作为循环气经过循环气压缩机18加压后和所述的加压后的合成气混合，剩下的小部分的气相反应气作为驰放气；所述第一分离器16分离出的液相进入到第二分离器17，经过再次气液分离后，气相为闪蒸气，液相为粗甲醇；
所述粗甲醇进入脱轻塔预热器20升温后进入到脱轻塔26，在脱轻塔26的塔顶分离出不凝气，不凝气经过第二空冷器21和第二水冷器22的二级冷凝后得到不凝气气体；脱除轻组分后的粗甲醇进入到加压塔预热器23预热后，依次进入到高压塔27、中压塔28和低压塔29分离出精甲醇产品，最后在回收塔30中回收少量的甲醇，并在回收塔30的塔釜出口分离出废水；五塔甲醇精馏采用多效热集成，包括高压塔27塔顶蒸汽与中压塔塔釜再沸器34热集成，中压塔28塔顶蒸汽与低压塔塔釜再沸器35热集成，回收塔30塔顶蒸汽与脱轻塔塔釜再沸器32热集成；
甲醇合成单元排出的驰放气和闪蒸气以及甲醇精馏单元排出的不凝气一起作为燃气进入到燃气-蒸汽联合循环单元，在燃烧室2燃烧后产生高温烟气，高温烟气在燃气透平3中膨胀做功，燃气透平3排气进入到余热锅炉5回收热量并副产高压蒸汽，副产的高压蒸汽和来自甲醇合成单元副产的蒸汽一起进入到高压缸6和低压缸7做功，抽出的低压蒸汽分别用于五塔甲醇精馏的高压塔再沸器33和回收塔再沸器36的供热，汽轮机排气进入到凝汽器9冷却，再进入到凝结水泵10返回余热锅炉5；第一发电机4和第二发电机8产生的电用于甲醇合成单元的原料气压缩机11和循环气压缩机18；余热锅炉5排出的尾气先用于五塔精馏单元高压塔预热器23，然后用于脱轻塔预热器20。
上述过程中，甲醇合成单元汽包产生的蒸汽为2.6MPa，226℃，余热锅炉5产生的蒸汽为4.2MPa，430℃，抽取的低压蒸汽为0.7MPa，166℃。低压蒸汽送至五塔精馏单元，给高压塔27的塔釜再沸器33(141℃)提供热量27.7MW，给回收塔30的塔釜再沸器36(139℃)提供热量9.2MW。产生的电用于循环气压缩机18为2.6MW，用于合成气压缩机12.6MW。尾气温度为180℃，首先用于五塔精馏单元的高压塔预热器23的热量7.3MW，将预热器23的冷流股由80℃预热到135℃，用于脱轻塔预热器20的热量为3.4MW，将冷流股由40℃预热到70℃。
相比现有的甲醇合成和五塔精馏过程，该燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统，可以回收利用甲醇合成和五塔精馏过程的蒸汽和废气，可以实现同时为甲醇合成和五塔精馏单元供热和供电。该系统充分利用了排放气，减少了大量的废气排放，共减少外部公用工程47.6MW，节省电量为15.2MW，还充分利用了尾气的余热。最终结果是五塔精馏单元不再需要外部热公用工程，甲醇合成单元不再需要外部供电。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统，包括甲醇合成单元、甲醇精馏单元和燃气-蒸汽联合循环单元，其特征在于：所述燃气-蒸汽联合循环单元包括空气压缩机(1)、燃烧室(2)、燃气透平(3)、第一发电机(4)、余热锅炉(5)、高压缸(6)、低压缸(7)、第二发电机(8)、凝汽器(9)和凝结水泵(10)；空气压缩机(1)出口与燃烧室(2)空气入口相连，燃烧室(2)出口与燃气透平(3)入口相连，燃气透平(3)出口与余热锅炉(5)烟气入口相连，且燃气透平(3)与空气压缩机(1)、第一发电机(4)串联；余热锅炉(5)蒸汽出口与高压缸(6)高压蒸汽入口相连，高压缸(6)出口与低压缸(7)入口相连，低压缸(7)排气出口与凝汽器(9)入口相连，低压缸(7)抽蒸汽出口与五塔精馏单元蒸汽入口相连，且低压缸(7)与高压缸(6)和第二发电机(8)串联；凝汽器(9)出口与凝结水泵(10)入口相连，凝结水泵(10)出口与余热锅炉(5)锅炉给水入口相连，余热锅炉(5)尾气出口与五塔精馏单元相连；
甲醇合成单元的粗甲醇出口与五塔精单元馏粗甲醇入口相连，甲醇合成单元的蒸汽出口与高压缸(6)中压蒸汽入口相连，甲醇合成排放气出口和燃烧室(2)燃气入口相连，五塔精馏单元不凝气出口与燃烧室(2)燃气入口相连；第一发电机(4)和第二发电机(8)出口与甲醇合成单元用电入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统，其特征在于，所述甲醇合成单元包括合成气压缩机(11)、进出口换热器(12)、甲醇合成反应器(13)、第一空冷器(14)、第一水冷器(15)、第一分离器(16)、第二分离器(17)、循环气压缩机(18)和汽包(19)；所述合成气压缩机(11)出口与进出口换热器(12)冷端入口相连，进出口换热器(12)冷端出口与甲醇合成反应器(13)合成气入口相连，甲醇合成反应器(13)反应气出口与进出口换热器(12)热端入口相连，进出口换热器(12)热端出口与第一空冷器(14)入口相连，第一空冷器(14)出口与第一水冷器(15)入口相连，第一水冷器(15)出口与第一分离器(16)相连，第一分离器(16)气相出口气分为两部分，一部分为驰放气，另一部分进入循环气压缩机(18)，循环气压缩机(18)出口与进出口换热器(12)冷端入口相连；汽包(19)液相出口与甲醇合成反应器(13)壳体入口相连，甲醇合成反应器(13)壳体出口与汽包(19)沸水入口相连；第一分离器(16)液相出口与第二分离器(17)入口相连，第二分离器(17)气相出口为闪蒸气，第二分离器(17)液相出口为粗甲醇。
3.根据权利要求1所述的一种燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成系统，其特征在于，所述五塔精馏单元包括脱轻塔预热器(20)、第二空冷器(21)、第二水冷器(22)、第三水冷器(24)、第四水冷器(25)、第五水冷器(31)、高压塔预热器(23)、脱轻塔(26)、高压塔(27)、中压塔(28)、低压塔(29)、回收塔(30)、脱轻塔塔釜再沸器(32)、中压塔塔釜再沸器(34)、低压塔塔釜再沸器(35)和回收塔再沸器(36)；所述脱轻塔预热器(20)出口与脱轻塔(26)进料口相连，脱轻塔(26)气相出口与第二空冷器(21)气相入口相连，第二空冷器(21)气相出口与第二水冷器(22)气相入口相连，第二水冷器(22)液相出口与第二空冷器(21)液相入口相连，第二空冷器(21)液相出口与脱轻塔(26)回流口相连；脱轻塔(26)塔釜出口与高压塔预热器(23)入口相连，高压塔预热器(23)出口与高压塔(27)进料口相连，高压塔(27)气相出口与中压塔塔釜再沸器(34)热端入口相连，中压塔塔釜再沸器(34)热端出口与高压塔(27)回流口和第三水冷器(24)热端入口相连，高压塔(27)塔釜出口与中压塔(28)进料口相连，中压塔(28)气相出口与低压塔塔釜再沸器(35)热端入口相连，低压塔塔釜再沸器(35)热端出口与中压塔(28)回流口和第三水冷器(24)热端入口相连，中压塔(28)塔釜出口与低压塔(29)进料口相连，低压塔(29)气相出口与第五水冷器(31)热端入口相连，第五水冷器(31)热端出口与第三水冷器(24)热端入口和低压塔(29)回流口相连，低压塔(29)塔釜出口与回收塔(30)进料口相连，回收塔(30)气相出口与脱轻塔塔釜再沸器(32)热端入口相连，脱轻塔塔釜再沸器(32)热端出口与回收塔(30)回流口和第三水冷器(24)热端入口相连，回收塔(30)塔釜出口与第四水冷器(25)热端入口相连。
4.一种基于权利要求1所述系统的燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)甲醇合成单元排出的驰放气和闪蒸气以及甲醇精馏单元排出的不凝气一起作为燃气进入到燃气-蒸汽联合循环单元，在燃烧室燃烧后产生高温烟气，高温烟气在燃气透平中膨胀做功，燃气透平排气进入到余热锅炉回收热量并副产高压蒸汽；
(2)在步骤(1)中，副产的高压蒸汽和来自甲醇合成单元副产的蒸汽一起进入到高压缸和低压缸做功；抽出的低压蒸汽分别用于五塔精馏的高压塔再沸器和回收塔再沸器的供热；汽轮机排气进入到凝汽器冷却，再进入到凝结水泵返回余热锅炉；第一发电机和第二发电机产生的电用于甲醇合成单元的合成气压缩机和循环气压缩机；余热锅炉排出的尾气用于五塔精馏单元高压塔预热器和脱轻塔预热器供热。
5.根据权利要求4所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成方法，其特征在于，所述热集成方法包括以下具体步骤：
(1)在甲醇合成单元中，合成气首先在合成气气压缩机中增压，所述合成气进入到进出口换热器预热，预热后进入甲醇合成反应器进行甲醇合成反应，所述甲醇合成反应器反应热通过饱和沸腾水送至汽包副产中压蒸汽；合成气在所述甲醇合成反应器中反应后形成高温反应气，进入到空冷器和水冷器冷却后进入到分离器进行气液分离，分离出的气相反应气绝大部分作为循环气经过循环气压缩机加压后和所述的加压后的合成气混合，剩下的一小部分的气相反应气作为驰放气；所述气液分离器分离出的液相进入到下一级气液分离器，经过过再次气液分离后，气相为闪蒸气，液相为粗甲醇；
(2)在步骤(1)中，所述粗甲醇进入脱轻塔预热器升温后进入到脱轻塔，在脱轻塔的塔顶分离出轻组分，轻组分经过空冷器和水冷器的二级冷凝后得到不凝气；脱除轻组分后的粗甲醇进入到高压塔预热器升温后，依次进入到高压塔、中压塔和低压塔分离出精甲醇产品，最后在回收塔中回收少量的甲醇，并在回收塔的塔釜出口分离出废水；五塔甲醇精馏采用多效热集成，包括高压塔塔顶蒸汽与中压塔塔釜再沸器热集成，中压塔塔顶蒸汽与低压塔塔釜再沸器热集成，回收塔塔顶蒸汽与脱轻塔塔釜再沸器热集成；
(3)在步骤(1)和(2)中，甲醇合成单元排出的驰放气和闪蒸气以及甲醇精馏单元排出的不凝气一起作为燃气进入到燃气-蒸汽联合循环单元，在燃烧室内燃烧后产生高温烟气，高温烟气在燃气透平中膨胀做功，燃气透平排气进入到余热锅炉回收热量并副产高压蒸汽，副产的高压蒸汽和来自甲醇合成单元副产的蒸汽一起进入到高压缸和低压缸膨胀做功，抽出的低压蒸汽分别用于五塔甲醇精馏的高压塔再沸器和回收塔再沸器，汽轮机排气进入到凝汽器冷却，再进入到凝结水泵后返回余热锅炉；燃气透平和蒸汽透平产生的电用于甲醇合成单元的合成气压缩机和循环气压缩机；余热锅炉排出的尾气用于五塔精馏单元高压塔预热器和脱轻塔预热器供热。
6.根据权利要求5所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成方法，其特征在于，在步骤(1)中，汽包产生的蒸汽为2.5MPa-4.0MPa的中压蒸汽。
7.根据权利要求5所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成方法，其特征在于，在步骤(3)中，尾气的温度为100℃-180℃。
8.根据权利要求5所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成方法，其特征在于，在步骤(3)中，汽轮机为抽背压式汽轮机。
9.根据权利要求5所述燃气-蒸汽联合循环与甲醇合成和五塔精馏的热集成方法，其特征在于，在步骤(3)中，燃气轮机的抽出蒸汽为0.5MPa-0.8MPa的低压蒸汽。
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