戴維800Kt/a 甲醇裝置節(jié)能環(huán)保設(shè)計

王遠(yuǎn)志

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

1 概述

戴維800Kt/a 甲醇裝置采用英國戴維的改良低壓甲醇技術(shù)，以CH4 含量為63.4%（體積分?jǐn)?shù)）的天然氣作為原料，這套裝置的基本工藝流程為加氫脫硫、預(yù)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化、壓縮、甲醇合成、PSA 氫氣回收、三塔精餾。本裝置從2010 年投產(chǎn)以來，不曾發(fā)生一例設(shè)備事故和安全事故。除了在設(shè)計上的安全可靠外，本裝置還有一大特點，就是環(huán)保與節(jié)能，裝置內(nèi)大部分的廢氣廢水都能很好地循環(huán)再利用，節(jié)約了處理所需的藥品及費用，更避免了對環(huán)境的污染，同時，回收的廢氣更是降低了生產(chǎn)能耗。

2 廢氣的回收利用

本裝置的廢氣主要有精餾廢氣、變壓吸附尾氣、閃蒸氣等。若將這些廢氣全部進行就地排放或者排到火炬燃燒，都將造成資源的浪費和環(huán)境污染。在本裝置中，精餾廢氣通過燃?xì)鈬娚淦髋c燃料天然氣一同組成高壓燃?xì)膺M入轉(zhuǎn)化爐進行燃燒。變壓吸附尾氣與閃蒸氣匯合，經(jīng)低壓蒸汽換熱器加熱，組成低壓燃?xì)猓赃_(dá)到回收利用的目的。

2.1 精餾廢氣的回收利用

預(yù)精餾塔利用從轉(zhuǎn)化爐出來的轉(zhuǎn)化氣作為再沸器熱源，加熱產(chǎn)生的輕組分混合氣在塔頂空氣冷卻器的作用下，絕大部分氣體冷凝回流，一部分不凝氣聚集形成精餾廢氣。精餾廢氣主要由CO2、甲烷等組成。精餾廢氣組成如表1。

表1 精餾廢氣組成（體積分?jǐn)?shù)%）

精餾廢氣流量為4kNm3/h，重新回收利用這部分廢氣，可以起到降低裝置能耗、保護環(huán)境的作用。

2.2 變壓吸附尾氣的回收利用

合成反應(yīng)原料氣由H2、CO、CO2、CH4、N2等組成，在合成塔內(nèi)主要進行如下反應(yīng)：

其中，未參與反應(yīng)的氣體進入變壓吸附系統(tǒng)，產(chǎn)生氫氣與尾氣。氫氣回收后再進入脫硫系統(tǒng)與合成系統(tǒng)，剩余的尾氣則作為低壓燃?xì)庠倮?。變壓吸附尾氣流量?6.24kNm3/h，因此，回收這部分尾氣是降低裝置能耗的重要一環(huán)。變壓吸附系統(tǒng)尾氣組成如表2。

表2 變壓吸附系統(tǒng)尾氣組成（體積分?jǐn)?shù)%）

2.3 閃蒸氣的回收利用

合成反應(yīng)生成的粗甲醇在大約0.5MPa 的壓力下減壓到閃蒸槽中，閃蒸出來的混合氣體即為閃蒸氣。閃蒸氣與變壓吸附尾氣一同組成低壓燃?xì)膺M入轉(zhuǎn)化爐燃燒。閃蒸氣的組成如表3 所示。

表3 閃蒸氣的組成（體積分?jǐn)?shù)）

閃蒸氣的流量為4500Nm3/h，因此，回收這部分氣體對降低裝置能耗有重要意義。

3 廢水的回收利用

3.1 工藝?yán)淠旱幕厥绽?/h3>

原料天然氣經(jīng)過脫硫后，分段加入蒸汽，混合后進入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在本裝置中，進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的水來自飽和塔、中壓蒸汽管網(wǎng)，如圖1 所示。

圖1 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)蒸汽補充示意圖

飽和塔內(nèi)汽提帶出的蒸汽是53t/t，預(yù)轉(zhuǎn)化爐前后加入的蒸汽量分別為94t/h、11t/h，脫硫天然氣流量為95kNm3/h。蒸汽與天然氣充分混合后進入預(yù)轉(zhuǎn)化爐和轉(zhuǎn)化爐，在鉬鎳催化劑的作用下進行如下反應(yīng)：

原料氣發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)后生成轉(zhuǎn)化氣，經(jīng)過一系列換熱裝置與轉(zhuǎn)化氣分離器，最終轉(zhuǎn)化氣流量為19.8kNm3/h。

95000m3/h 的原料氣進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)實際消耗的蒸汽量只有49t/h，剩余的106t/h 蒸汽經(jīng)換熱后在各個轉(zhuǎn)化氣分離器中分離出來，匯入工藝?yán)淠汗蕖?/p>

在其他多數(shù)類似裝置中，這部分冷凝液經(jīng)過汽提后直接送入公用工程重新處理，這樣既浪費能源，又消耗藥品，而且還不環(huán)保。本裝置巧妙設(shè)計了飽和塔，對大部分冷凝液重新進行回收利用。飽和塔底循環(huán)水在換熱器內(nèi)與合成汽包蒸汽進行換熱后，汽提產(chǎn)生的蒸汽與原料天然氣混合參加轉(zhuǎn)化反應(yīng)。而工藝?yán)淠汗奘Ｓ嗟囊徊糠掷淠簞t進入汽提塔，作為補充中壓蒸汽，在飽和塔后匯入原料天然氣中參與轉(zhuǎn)化反應(yīng)。

3.2 合成反應(yīng)水的回收利用

轉(zhuǎn)化氣經(jīng)過壓縮機增壓，與來自氫氣回收系統(tǒng)產(chǎn)生的氫氣混合后，進入合成塔，在銅基催化劑的作用下主要發(fā)生如下反應(yīng)：

在反應(yīng)生成物中，除了甲醇還有乙二醚、乙醇、甲酸甲酯、丙酮、丁醇、二甲醚等多種雜質(zhì)。從（2）反應(yīng)中，我們可以發(fā)現(xiàn)，H2和CO2反應(yīng)還有水生成。表4 為合成塔進出口各組分的含量。

通過以上數(shù)據(jù)，不難算出在95000Nm3/H 負(fù)荷時，合成反應(yīng)生成的工藝水約為21t/h。

國內(nèi)多數(shù)甲醇生產(chǎn)廠都是將這部分合成生產(chǎn)水直接送到公用工程處理。由于這部分合成水中含有大量的重組分物質(zhì)，不僅處理難度大，而且還會耗費大量化學(xué)藥品并對環(huán)境造成污染。戴維裝置采用先進的設(shè)計理念，將這部分合成反應(yīng)水回收到飽和塔中，飽和塔的熱量來自合成汽包蒸汽，經(jīng)過換熱的飽和塔底水會產(chǎn)生蒸汽，攜帶著合成反應(yīng)生成的重組分物質(zhì)與中壓蒸汽混合后進入轉(zhuǎn)化爐，重組分物質(zhì)在高溫下發(fā)生裂解反應(yīng)，生成轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的工藝氣體。

表4 合成塔進出口氣體各組分含量（體積分?jǐn)?shù)）

3.3 側(cè)抽液的回收利用

為保證甲醇產(chǎn)品質(zhì)量，本裝置在第三精餾塔的第三、五、七、九、十一層塔板處進行側(cè)抽。國內(nèi)多數(shù)甲醇廠都是先將這部分側(cè)抽液儲存，當(dāng)達(dá)到一定量后再進行集中處理，這樣的方式不僅存在儲存風(fēng)險，而且在處理的過程中還將對環(huán)境造成污染。在側(cè)抽液中，還含有丙醇、丁醇等多碳醇物質(zhì)，直接進行化學(xué)處理無疑是對有用物質(zhì)的浪費。在戴維裝置中，直接將側(cè)抽液送入飽和塔，混合在飽和塔蒸汽中一同進入轉(zhuǎn)化爐發(fā)生裂解反應(yīng)，反應(yīng)生成的物質(zhì)直接作為原料氣參與后續(xù)反應(yīng)。這樣的設(shè)計，直接體現(xiàn)了戴維裝置的環(huán)保理念。

3.4 小結(jié)

通過對工藝?yán)淠?、合成反?yīng)水、側(cè)抽液的回收，大大節(jié)約了裝置生產(chǎn)所需要補充的脫鹽水，只要再補充約140t/h的脫鹽水，即可維持系統(tǒng)平衡。

4 結(jié)語

本文簡略介紹了戴維甲醇裝置在回收廢氣、廢水方面的節(jié)能環(huán)保設(shè)計，這些設(shè)計在降低能耗、節(jié)約資源、保護環(huán)境等方面都有重要意義，可供其他廠在進行技術(shù)改造時借鑒參考。