甲醇合成系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)研究

牛文勇

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引言

甲醇是一種重要的化工產(chǎn)品與化工原料，廣泛用于生產(chǎn)塑料、橡膠、纖維、醫(yī)藥、國防工業(yè)等，又在許多潛在領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，可作為清潔燃料代替汽油使用，制取微生物蛋白、烯烴技術(shù)也有所突破，其重要性不言而喻。本文介紹了甲醇裝置合成系統(tǒng)增產(chǎn)節(jié)能改造取得的良好使用效果。

1 甲醇合成工藝流程

水煤漿經(jīng)過氣化產(chǎn)生水煤氣，水煤氣經(jīng)過變換、脫硫、脫碳處理后可以得到符合要求的精致氣用于甲醇合成。經(jīng)過凈化處理的新鮮氣經(jīng)加壓后甲醇分離器分離得到的循環(huán)氣在循環(huán)段混合，經(jīng)再次加壓得到壓強(qiáng)4.2—5.15MPa，溫度65℃的混合氣，混合氣在口換熱器殼程與出塔氣換熱，得到200—250℃的合成氣在合成塔參與反應(yīng)。

甲醇合成塔是合成甲醇相關(guān)反應(yīng)發(fā)生的地方，其管程中充滿銅系甲醇合成催化劑。合成氣進(jìn)入管程與銅系甲醇合成催化劑接觸發(fā)生反應(yīng)，其中的二氧化碳CO2、CO和氫氣H2反應(yīng)得到甲醇、水，生成極少量的其他物質(zhì)。反應(yīng)非常劇烈釋放大量的熱，管程外圍鍋爐水包圍以便帶走熱量。甲醇合成塔下部出來的熱反應(yīng)氣體先進(jìn)入進(jìn)出口換熱器的管程與冷合成氣交換熱量降溫至90℃左右，從合成塔出來的氣體中的一部分甲醇蒸汽遇冷凝結(jié)成為液體；此時氣體進(jìn)入甲醇水冷器和循環(huán)水接觸降溫至40℃以下再到甲醇分離器分離出氣體和液體。

被分離出粗甲醇之后的氣體大約含70%的一氧化碳CO，3%-5%的二氧化碳CO2，含量5%-8%循環(huán)氣與新鮮氣混合加壓循環(huán)使用。為了避免惰性氣體的量越積越多還需要不斷地排放以保持穩(wěn)定的氣體成分。被分離出來的粗甲醇和稀甲醇液混合經(jīng)過減壓處理進(jìn)入甲醇膨脹槽輸送至甲醇精餾工段，通過自調(diào)閥控制甲醇膨脹槽壓力，降壓閃蒸出溶解于粗甲醇中的氣體將其作為燃料或進(jìn)入火炬燃燒。

2 甲醇合成主要設(shè)備

2.1 合成氣壓縮機(jī) 甲醇合成氣壓縮機(jī)屬于一種離心壓縮機(jī)，包括新鮮氣壓縮段(前5級葉輪)、循環(huán)段(第6級葉輪)、壓縮機(jī)、增速機(jī)、電機(jī)、聯(lián)合油站。

2.2 甲醇合成反應(yīng)器 甲醇合成反應(yīng)器為管殼外冷—絕熱復(fù)合式甲醇合成反應(yīng)器，本文對該反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一種絕熱—管殼外冷復(fù)合型甲醇合成反應(yīng)器，其特點(diǎn)如下：

(1)列管上部為絕熱層，裝填適量的甲醇合成催化劑。

(2)列管數(shù)量較原反應(yīng)器減少五分之一，降低了設(shè)備的復(fù)雜度。

(3)氣體進(jìn)口處設(shè)置分布器使催化劑床層氣體分布更均勻。

(4)可以用于低溫高活性催化劑，有效減少“壁效應(yīng)”的不利影響。

2.3 甲醇冷凝器 甲醇冷凝器利用循環(huán)水和出塔氣交換熱量以達(dá)到降低出塔氣溫度的目的，使得出塔氣體中的甲醇蒸汽凝結(jié)成液體，降低氣體溫度。冷凝量和冷凝效果有直接關(guān)系。在低壓法合成甲醇工藝中冷卻后的氣體中通常包括0.6%的甲醇。甲醇冷凝器出口氣體溫度反應(yīng)冷凝效果，溫度越高未冷凝的甲醇含量越高，這部分甲醇蒸汽將再次進(jìn)入壓縮機(jī)，從而增加壓縮機(jī)能耗，還會發(fā)生反應(yīng)生成雜質(zhì)。溫度越低反應(yīng)甲醇冷凝效果好，但是如果溫度低于20℃時，冷凝效果變化不大?？梢娨晃督档秃铣蓺鉁囟葧黾友h(huán)水消耗量，經(jīng)濟(jì)效益不高。

2.4 甲醇分離器 甲醇分離器用于分離冷凝的氣液混合物獲得粗甲醇，經(jīng)過減壓處理后輸送至甲醇膨脹槽，而分離獲得的循環(huán)氣返回壓縮機(jī)使用。本文設(shè)計(jì)的甲醇分離器屬于重力機(jī)械式分離器，利用離心力、重力作用甩出企業(yè)混合物中的液體甲醇，實(shí)現(xiàn)氣液分離。

3 甲醇裝置節(jié)能減排措施

3.1 工藝節(jié)能降耗措施 (1)采用先進(jìn)的串級式甲醇合成工藝，合成塔廢熱副產(chǎn)中壓蒸汽；(2)采用膜分離與PSA結(jié)合回收弛放氣中的氫，大部分氫返回合成回路，盡量減少原料氣消耗，從而節(jié)約能耗；(3)閃蒸氣、精餾不凝氣和PSA尾氣作為蒸汽加熱爐燃料，以減少燃料氣的消耗；(4)采用高效率機(jī)泵、透平，以減少功耗；(5)裝置內(nèi)的蒸汽冷凝液和透平冷凝液全部回收綜合利用，降低脫鹽水消耗，從而節(jié)約能耗；(6)合成回路設(shè)置1臺鍋爐給水預(yù)熱器，用合成塔的出塔氣預(yù)熱進(jìn)合成汽包的鍋爐給水，降低了合成空冷器和水冷器的熱負(fù)荷，同時提高了蒸汽產(chǎn)量；(7)汽包的連續(xù)排污進(jìn)入連續(xù)排污擴(kuò)容器，回收部分低壓蒸汽；(8)合成塔的出塔氣用于預(yù)熱入塔氣，廢熱得到利用；(9)弛放氣設(shè)置甲醇洗滌塔，回收其中的甲醇，提高了甲醇的回收率，降低了原料氣消耗。

3.2 節(jié)水措施 (1)由于本項(xiàng)目所在地新疆屬于缺水地區(qū)，生產(chǎn)裝置中換熱設(shè)備盡量使用空氣冷卻，如合成氣/循環(huán)氣壓縮機(jī)透平表冷器、1＃甲醇冷凝器、2＃甲醇冷凝器、穩(wěn)定塔回流預(yù)冷凝器全部采用空冷，以降低循環(huán)水用量；(2)裝置內(nèi)的蒸汽冷凝液和透平冷凝液全部回收綜合利用，以降低脫鹽水消耗，從而降低了新鮮水的消耗；(3)裝置內(nèi)的相關(guān)設(shè)備采用節(jié)水設(shè)備。

3.3 噪聲控制措施 裝置噪聲源主要有合成氣壓縮機(jī)、循環(huán)氣壓縮機(jī)、尾氣壓縮機(jī)、氫氣壓縮機(jī)和泵類等。噪聲的防治，首先應(yīng)從設(shè)備的選型、噪聲源的合理布置等方面考慮。裝置設(shè)計(jì)中采取的噪聲防治措施：(1)設(shè)備選型時盡量選用低噪聲設(shè)備，如選用低噪聲轉(zhuǎn)化爐燒嘴；(2)噪聲較強(qiáng)的空冷器設(shè)置消聲器，操作崗位設(shè)有隔音室；(3)對總體布局進(jìn)行合理布置，利用建筑物的屏障作用和距離衰減達(dá)到降噪要求，高噪聲設(shè)備盡量布置在室內(nèi)。通過采取各種措施后，保證廠界噪聲滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348—2008)3類標(biāo)準(zhǔn)要求。

結(jié)語

綜上所述，甲醇合成增產(chǎn)節(jié)能工藝的研究是重要課題，我國不但要提高甲醇產(chǎn)能，還要不斷創(chuàng)新甲醇合成工藝，建立甲醇合成增產(chǎn)節(jié)能工藝流程，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能。