CN1824377A - 与冷管型低压合成塔配套的工艺装置 - Google Patents
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Abstract
一种与冷管型低压合成塔配套的工艺装置，采用二个生产系统串、并联生产，前一级采用管壳式(或冷管式)合成塔，后一级采用冷管式(或管壳式)合成塔，也可全部采用冷管式合成塔。二合成塔自成独立系统，二系统可串联又可并联，即使串联时，前后二系统还可调换次序，通过所设管线及阀门调节。所用的冷管式合成塔型式为单管折流式、U形管式等。该装置具有合成塔装置缩小，制造难度降低，投资大幅度节省、生产能力提高、催化剂利用率高、能耗显著降低、操作调节灵活方便等优点，适合于大规模生产甲醇的场合。
Description
(一)应用领域
本发明属于与气固相催化反应器相关的化工生产装置，主要用于甲醇、二甲醚的生产，尤其适用于低压甲醇的场合。
(二)技术背景
低压法生产甲醇(或二甲醚)，由于综合能耗低，经济效益好，国内外大规模生产均采用低压法，压力为4～9MPa，温度200～280℃。本发明作出以前，国内低压甲醇生产都采用单套装置，生产流程因合成塔类型的不同而异。
随着市场对甲醇的需求急剧增加，生产规模日趋大型化，国外的生产装置规模从原来的日产几百吨扩大至7500t/d，因此大型合成塔的制造随之难度增加，成本提高，运输也难以解决。为此德国Lurgi公司在原先开发的管壳式合成塔的基础上，增加一只冷管式合成塔，采取二塔串联生产流程(见图1)。生产系统由冷管式合成塔(a)、管壳式合成塔(b)、废热锅炉(c)、水冷器(d)、甲醇分离器(e)、循环机(f)和中压锅炉(g)组成。新鲜气和循环机出口循环气混合后先进冷管式合成塔管内逆流移热，预热后气体从顶部离开，然后进入管壳式合成塔管内催化剂床层反应，管外用沸腾水移热，出塔气进入冷管式合成塔上部催化剂床层继续反应，出冷管塔气体然后回收热量、降温、分醇，再循环。该装置循环量比较小，为现行甲醇塔的一半，降低能耗。
但是，该方法不能解决催化剂使用前、后期活性差异的矛盾，前一级塔进塔气毒物含量高，失活快，更换频繁，后一级塔虽然中毒慢，使用时间较长，但催化剂不能得到充分利用，催化剂的耗用量较大。另外前一级反应后气体中反应物浓度降低，产物浓度提高，势必影响到后一级的反应。
(三)发明内容
本发明为克服现有技术的弊病，既要缩小单只塔的直径，又要充分发挥催化剂的效率，降低能耗，进一步提高生产能力，采用二个生产系统串、并联的生产装置，前一级采用管壳式(或冷管式)合成塔，后一级为冷管式(或管壳式)合成塔，也可全部采用冷管式合成塔。二合成塔自成独立系统，二系统可串联又可并联操作，即使串联时前、后二系统还可调换次序，通过所设管道及阀门进行连接和调节，详见图2。
冷管式合成塔型式为单管折流式、均温型U形管式(专利号：01808570.9)、单管逆流式及其它冷管式等。
本发明与现有技术相比具有以下显著优点：
1.合成塔装置缩小，制造难度降低，成本降低，尤其是在二只均采用冷管式合成塔时，投资大幅度节省；
2.生产能力提高。前一级反应后经冷却、分醇后再进入后一级反应，由于产物浓度降低，反应物浓度提高，反应速率提高，更有利于反应；
3.催化剂利用率高，又能增加产量。让使用后期活性较差的催化剂所在的合成塔放在前级，而使用前期的相对活性较好的催化剂所在合成塔放在后级，这样由于前一级催化剂活性较差，入塔气CO含量可以提高，催化剂还能再延长使用一段时间，后一级由于催化剂活性好，能将前一段反应不了的CO进一步消化又能提高产量，催化剂活性还能得到有效的保护；
4.操作调节方便，通过配套相应管线及阀门，使二系统即可串联又可并联生产，串联时还可前后调换，能满足各种工况的要求。特别是在更换催化剂(或内件出现故障)时，能保证一塔生产一塔还原(或处理)；
5.节能显著。因为采取二次合成反应，中间又经分离产品，因此，醇净值将近提高一倍，在相同产量的前提下，循环量减少近一半，动力消耗大幅度降低。
(四)附图说明
图1为技术背景中所述的德国Lurgi公司双塔串联低压甲醇合成装置示意图。
图2为本发明技术中所述的管壳式与冷管式合成塔双系统串、并联低压甲醇合成装置示意图。
(五)具体实施方式
下面结合图2对本发明进一步说明。
本发明管壳式合成塔系统低压甲醇合成装置由换热器(A)、管壳式合成塔(B)、水冷器(C)、醇分离器(D)、循环机(E)和蒸汽包(F)组成，由相应管道和阀门连接而成一独立生产系统。
本发明冷管式合成塔系统低压合成装置由换热器(a)、蒸汽加热器或电加热器(b)、冷管式合成塔(c)、废热锅炉(d)、水冷器(e)、醇分离器(f)和循环机(g)组成，由相应管道和阀门连接而成一独立生产系统。
再增设一些管道和阀门能使二系统成串联或并联装置，在串联时还可将前后系统按需要调换。
当需要按前者为管壳式塔系统，后者为冷管式塔系统串联操作时，先打开阀(1)和(2)，使新鲜气和后系统来的循环气进入循环机(E)。打开阀(3)，气体经压缩后进入换热器(A)，用出塔气加热至一定温度后，从顶部进入管壳式合成塔(B)管内催化剂床层反应，管外用沸腾水移热。水从蒸汽包(F)蒸汽分离及补给水得到，管程产生的中压蒸汽从上部出来进入蒸汽包分出。出塔气从合成塔底部出来回到换热器冷却，后经水冷器(C)冷却至常温后进入醇分离器(D)分离粗甲醇，打开阀(4)和(5)，醇后气直接进入后系统的换热器(a)，用出废热锅炉(d)的热气体预热后，通过蒸汽(或电)加热器(b)；正常生产时该加热器不启用。气体再进入冷管式合成塔(c)冷管内，用管外气体反应热进一步加热到足够温度，后进入床层顶部反应，冷管同时移走床层反应热。床层气体自上而下流动，离开床层的高温出塔气从底部出来，进入废热锅炉(d)副产蒸汽。出来气体再回到换热器(a)降温，再进入水冷器(e)降至常温，经醇分离器(f)分离除去粗甲醇。醇后气部分放空(开阀(6))，其余回到循环机(E)压缩后继续下一循环。
当上述的前、后系统调换次序串联操作时，先打开阀(3)与(4)、阀(7)～(10)，使新鲜气和后系统来的循环气进入循环机(g)。气体经压缩后进入换热器(a)，用出废热锅炉(d)的热气体预热后，通过蒸汽(或电)加热器(b)；正常生产时该加热器不启用。气体再进入冷管式合成塔(c)冷管内，用管外气体反应热进一步加热到足够温度后进入床层顶部反应，冷管同时移走床层反应热。床层气体自上而下流动，离开床层的高温出塔气从底部出来，进入废热锅炉(d)副产蒸汽。出来气体再回到换热器(a)降温，再进入水冷器(e)降至常温，经醇分离器(f)分离除去粗甲醇。醇后气进后系统的换热器(A)，用出塔气加热至一定温度后，从顶部进入管壳式合成塔(B)管内催化剂床层反应，管外用沸腾水移热。水从蒸汽包(F)蒸汽分离及补给水得到，管程产生的中压蒸汽从上部出来进入蒸汽包分出。出塔气从合成塔底部出来回到换热器冷却，后经水冷器(C)冷却至常温后进入醇分离器(D)分离粗甲醇，醇后气部分放空，其余回到循环机(g)压缩后继续下一循环。
当二系统并联操作，则打开阀(1)、(11)、(3)、(10)和(7)、(8)、(12)、(9)、(6)。对于管壳式塔系统，新鲜气和本系统来的醇后气进入循环机(E)压缩后进入换热器(A)，用出塔气加热至一定温度后，从顶部进入管壳式合成塔(B)管内催化剂床层反应，管外用沸腾水移热。水从蒸汽包(F)分离及补给水得到，管程产生的中压蒸汽从上部出来进入蒸汽包分出。出塔气从合成塔底部出来回到换热器冷却，后经水冷器(C)冷却至常温后进入醇分离器(D)分离粗甲醇，醇后气部分放空，其余回到循环机(E)压缩后继续下一循环。如需对催化剂进行还原，则利用合成塔壳程充中压蒸汽加热循环升温即可；对于冷管式塔系统，新鲜气和本系统来的醇后气进入循环机压缩后进入换热器(a)，用出废热锅炉(d)的热气体预热后，通过蒸汽(或电)加热器(b)；正常生产时该加热器不启用。气体再进入冷管式合成塔(c)冷管内，用管外反应热进一步加热到足够温度，同时移走床层反应热。床层气体自上而下流动，离开床层的高温出塔气从底部出来，进入废热锅炉(d)副产蒸汽。出来气体再回到换热器(a)降温，再进入水冷器(e)降至常温，经醇分离器(f)分离除去粗甲醇。醇后气部分放空，其余回到循环机(g)压缩后继续下一循环。如需对催化剂进行还原，则利用蒸汽加热器(b)充汽加热循环升温即可。
DN3200管壳式合成塔，装填XNC-98型催化剂29m3；DN2600冷管式合成塔，装填XNC-98型催化剂29m3。采取天然气为原料生产甲醇，二合成塔系统前后串联操作。当新鲜气压力5.2MPa，组成(％)：CO：11.72、CO2：9.93、H2：75.07、N2：0.09、CH4：2.99、H2O：0.20，气量8.78×104Nm3/h进入系统，与循环气混合气先入管壳式塔反应，入塔气量3.19×105Nm3/h，组成(％)：CO：4.41、CO2：10.56、H2：76.59、N2：0.21、CH4：7.24、MeOH：0.35、H2O：0.64，在230℃～250℃的条件合成甲醇。该系统分离得甲醇10.7t/h；醇后气进入冷管式塔系统，压力4.8MPa，组成(％)：CO：3.15、CO2：10.78、H2：76.46、N2：0.23、CH4：8.07、MeOH：0.54、H2O：0.73，气量2.86×105Nm3/h，在220℃～230℃的条件再次合成甲醇。该系统分离得甲醇11.1t/h。放空气量2.96×104Nm3/h。全装置总产甲醇167kt/a。
Claims (4)
1.一种与冷管型低压合成塔配套的工艺装置，由管壳式(或冷管式)合成塔系统和冷管型(或管壳式)合成塔系统组成，也可全为冷管式，各自成独立系统，所述的管壳式合成塔系统由换热器、管壳式合成塔、水冷器、醇分离器、循环机和蒸汽包组成，所述的冷管式合成塔系统由换热器、蒸汽加热器或电加热器、冷管式合成塔、废热锅炉、水冷器、醇分离器和循环机组成。
2.如权利要求1所述的与冷管型低压合成塔配套的工艺装置，其特征是：二系统可串联，又可并联操作，即使在串联时，前、后二系统还可调换次序，通过所设管道及阀门进行连接和调节。
3.如权利要求1所述的与冷管型低压合成塔配套的工艺装置，其特征是：冷管式合成塔型式为单管折流式、均温型U形管式、单管逆流式及其它冷管式等。
4.如权利要求1所述的与冷管型低压合成塔配套的工艺装置，其特征是：冷管式合成塔系统设置蒸汽预热器，利用管壳式合成塔系统中副产的蒸汽加热，供开工时预热入塔气，如无中压蒸汽，则用电加热器代替。
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| CN103044195A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-04-17 | 河南心连心化肥有限公司 | 低压甲醇的合成方法 |
| CN110066214A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-07-30 | 河北金牛旭阳化工有限公司 | 一种甲醇合成装置和使用该装置合成甲醇的方法 |
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