50万吨年甲醇精馏工段及加压塔冷却器设计(编辑修改稿)

50万吨年甲醇精馏工段及加压塔冷却器设计(编辑修改稿)内容摘要：

有：第一种，激冷式合成塔，单塔生产能力大，出口甲醇浓度约为 4— 6%vol。 第二种，内换热冷管式甲醇合成塔。 最近又开发出了水管式合成塔。 精馏多数采用二塔，有时也采用三塔精馏，与蒸汽系统设置统一考虑。 蒸汽系统分为高压、中压 、低压 三级，转化产生的肺热与转化炉延期废热用于产生 、 510 摄氏度高压过热蒸汽。 高压过热蒸汽 用于驱动合成压缩机蒸汽透平，抽出中压蒸汽用作装置内件使用。 ② Lurgi 甲醇技术 Lurgi 公司的合成有自己的特色，即有自己的合成塔专利。 其特点是合成塔为列管式，副产蒸汽。 管内是 Lurgi合成催化剂，管间是锅炉水，副产 — 的饱和中压蒸汽。 由于大规模装置如 2020MTPD 的合成塔直径太大，常采用两个合成塔并联。 若规模更大，则采用列管式合成塔后在串一个冷管式合成塔，同时还可采用两个系列的合成塔并联。 Lurgi 工艺的精馏采用三塔精馏或者三塔精馏后再串一个回收塔。 有时也采用两塔精馏。 三 塔精馏流程的预精馏塔和加压精馏塔的再沸器热源来自转化气的余热。 因此，精馏消耗的低压蒸汽很少。 ③ TOPSOE 的甲醇技术特点 TOPSOE 公司为合成氨、甲醇工业主要的专利技术商及催化剂制造商。 其甲醇技术特点主要表现在甲醇合成上的有：甲醇合成塔采用 BWR合成塔（列管副产蒸汽），或采用 CMD 多床绝热式合成塔。 其流程特点为：采用轴向绝热床层，塔间设换热器，废热用于余热锅炉给水或饱和系统循环热水 .进塔温度为 220 摄氏度。 单程转化率高、催化体积少、合成塔结构简单、单系列生产能力大。 合成压力 — ，根据装置能力优化。 日产 2020吨甲醇装置，合成压力约为 8MPa。 采用三塔或四塔（包括回收塔）工艺技术。 ④ TEC 甲醇技术特点 50 万吨 /年甲醇精馏工段及加压塔冷却器设计 11 合成工艺采用 ICI低压甲醇技术。 精馏采用 Lurgi 公司的技术，合成采用ICI低压甲醇合成催化剂。 合成塔：采用 TEC的 MRFZ合成塔（多项径向合成塔），出口甲醇浓度可达8%vol。 合成塔阻力降小，为。 甲醇合成废热用于生产 中压蒸汽，中压蒸汽可作为工艺蒸汽或过热后用于透平驱动蒸汽。 ⑤ 三菱重工业公司甲醇技术特点 三菱甲醇技术与 ICI 工艺相类似，其特点是：采用结构独特的超级甲醇合成塔。 合成压力与甲醇装置能力有关。 日产 2020吨甲醇装置，合成压力约为。 超级甲醇合成塔的特点是：采用双管套，催化剂温度均匀，单程转化率高，合成塔出口浓度最高可达 14%vol。 合成系统循环量比传统技术大为减少，所消耗补充气最少。 采用 2塔或 3 塔精馏，根据蒸汽系统设置而定。 ⑥ 伍德公司甲醇技术特点 采用 低压合成工艺及催化剂，日产 2020 吨甲醇，合成压力。 伍德公司采用改进的气冷激式菱形反应器、等温合成塔、冷管式合成塔。 CASALE公司 ARC 合成塔。 单系列生产能力最高可达 3000MTPD。 合成废热回收方式：预热锅炉给水，设备投资低。 等温合成塔：副产中压蒸汽的管壳式合成塔，中压蒸汽压力为 ~，单塔生产能力最高可达 1200MTPD。 设备投资高。 (2) 国内甲醇工艺技术 我国是煤丰富的国家，甲醇原料采用天然气和煤的较多。 目前产量几乎各占一半。 生产工艺有单产甲醇和联产甲醇两种吗，联产甲醇除灾合成氨装置联产甲醇外，还可以利用化工厂尾气或结合城市煤气联产甲醇。 ① 国内的甲醇早期技术 我国以天然气为原料合成甲 醇技术主要有：一段蒸汽转化工艺和中国成达公司的纯氧两段转化工艺。 我国以煤为原料合成甲醇技术主要有：固定床气化、流化床气化、气流床气化炉，近几年引进的 Texaco 水煤浆气化和 Shell 粉煤气化。 其中 Texaco 的气化引进较早，使用的经验较多，国产化率高，投资较省， Shell气化还没有使用经验。 ② 国内煤气净化技术 甲醇粗煤气脱硫脱碳净化与合成氨是相同的，只是不需要液氨洗。 国内主要 安徽建筑工业学院毕业设计（论文） 12 的净化技术有低温甲醇洗、 MDEA、 NHD，对于中小厂也有脱硫用 ADA、 PDS、脱碳用热甲碱、 PC、 MDEA 技术。 ③ 合成 甲醇和精馏技术 我国自 86 年开始就开发了低压甲醇合成和精馏技术，目前国内广泛采用的管壳式副产蒸汽合成塔和两塔精馏就源于该开发，后又推广了“ U”型冷管合成塔。 精馏也从两塔发展到三塔，既可生产 GB3382020 优等精品甲醇，又可生产美国 OM232KAA 级精甲醇，含醇污水处理工艺已取得突破性进展，污水处理后可回收利用，故甲醇装置在正常生产时实现了无含醇污水排放，近年来，甲醇技术发展很快，主要趋向为： 生产的原料转向天然气、烃类加工尾气。 从甲醇生产的实际情况核算，采用天然气为原料比用固体为原料的投资可 降低 50%，采用乙炔尾气则更为显著。 目前国际上，生产甲醇的原料以天然气为主，约占 90%，以煤为原料只占 2%。 国内近年来以煤为原料生产甲醇的比例在逐步上升，这与中国的能源结构有关。 生产规模大型化，单系列最大规模达 225 万吨 /年，即单系列日产 7500 公吨。 规模扩大后，可降低单位产品的投资和成本。 充分回收系统的热量。 产生经济压力的蒸汽，以驱动压缩机及锅炉给水泵、循环水泵的透平，实现热能的综合利用。 采用新型副产中压蒸汽的甲醇合成塔，降低能耗。 采用节能技术，加氢回收技术，预转化、工艺冷凝液饱和 技术、燃烧空气预热技术等，降低甲醇消耗。 (3) 国内甲醇工艺技术的比较 ① 产品能耗的比较： 60 吉焦 /吨 VS 30吉焦 /吨 现实是：国外甲醇生产规模大，技术先进，管理严格，能耗低， 产品质量 稳 定；国内大甲醇装置的产品质量已经达到国际水平，但许多小甲醇或联醇装置产品质量尚不稳定。 据全国化学工程技术委员会副主任、中石化宁波工程有限公司副总工程师唐宏青介绍，国内煤 基甲醇每吨产品能耗为 50～ 60 吉焦，耗煤 吨左右，耗水22～ 30 吨。 以天然气为原料生产的甲醇每吨产品能耗约为 40吉焦，耗天然气900～ 1150 立方米，耗水 16～ 20吨。 我国小型联醇装置每吨产品耗能则高达 70 50 万吨 /年甲醇精馏工段及加压塔冷却器设计 13 吉焦。 而国外大型甲醇装置基本都以天然气为原料，并且每吨产品能耗只有 25～30吉焦，耗天然气 760～ 920 立方米，耗水 10～ 15吨。 另外，由于我国甲醇生产大多采用煤基路线，酸性气体和灰渣排放量较大，需投入较多资金建设环保 处理设施。 而国外以天然气为原料的大型甲醇装置，基本属于清洁生产，对环境影响较 小，环保投入也相应较小。 ② 运输成本： 55美元 /吨 VS 25 美元 /吨 许多业内专家都向记者提到了国内甲醇生产的一个先天不足：我国甲醇生产所需原料煤炭、天然气主 要集中在经济较落后、交通不便的西部，而我国甲醇市场消费中心在华东和华南地区。 西部甲醇运到华东和华南地区需铁路或公路的长途运输，运输费用最高达 400 元 /吨（约 55美元 /吨）。 甲醇产地与消费地相距较远，导致交通运输成为今后我国甲醇发展的主要瓶颈。 而大甲醇装置集中的中东和中南美洲地区，同时也是世界上天然气资源最为丰富的地区，资源地和甲醇生产 装置与沿海地区距离较近，生产装置紧靠甲醇装运码头，甲醇产品全部采用海路运输，运输方便。 据统计，从中东、中南美洲和澳洲地区将甲醇运到亚洲主港地每吨产品的运费只有 25美元左右，运输费用较低。 而且，在物流方面，即使条件好的国内甲醇企业也仅有厂内储运和铁路装运设施，国内目前还没有全国性更没有世界性的甲醇中转运输基地，没有甲醇大型专用运输工具。 而国外甲醇生产商大多在世界各地建有大型甲醇中转基地和储运设施，拥有自己或长期租用的 甲醇运输船队。 ③ 投资模式：单打独斗 VS 合作运营 如果谈到国内甲醇生产的后 天不足，业内专家认为主要是目前国内甲醇装置建设大多是独资企业，少有合资合作。 这对于动辙投资上百亿元的甲醇及下游产品项目来说，无疑加大了融资难度和投资风险。 而国外甲醇装置大多为合资合作建设与运营。 一般股东构成包括投资商、专利商、销售商和资源供应商等，且投资商和股东委托专业资产管理公司协助运营。 这样便能有效解决融资问题，降低资金成本和投资风险，并在技术、原料供应和产品销售等方面得到保证，最大限度地优化各种生产要素，提高项目竞争力。 ④ 营销模式：自行销售 VS 专业销售商 安徽建筑工业学院毕业设计（论文） 14 据正智远东公司调查，尽管我 国已成为最主要的甲醇生产国，但目前国内甲醇生产企业还属内向型企业，产品几乎全部面向国内市场，建设项目的市场分析和决策几乎也全部依赖于国内市场，出口量微乎其微，根本无暇顾及到国际市场上的需求和变化。 综上所述，我们可以发现，我国国内的甲醇生产技术以及相应的经营、销售、运输模式距离国外的技术还是有一定的差距的，因此还需要我们不断地努力以缩小差距。 粗甲醇的组成 甲醇合成生产的粗甲醇除含有甲醇和水外，还含有醇、醛、酮、酸、醚、酯、烷烃、胺、羰基铁等几十种微量杂质。 表 粗甲醇中各个组分 沸点 组分 沸点／℃ 组分 沸点／℃ 氢气 一 252． 80 甲酸甲酯 31． 8O 氮气 一 195． 80 正戊烷 36． 07 一氧化碳 一 191． 50 丙酮 56． 29 氩气 一 185． 80 甲醇 64． 70 二氧化碳 一 78． 40 正己烷 68． 74 二甲醚 一 24． 84 乙酸乙酯 77． 10 乙醇 78． 32 正丁醇 l17． 66 异丙醇 82． 33 异戊醇 119． 00 正丙醇 97． 21 正辛烷 125． 67 正庚烷 98． 43 正戊烷 137． 98 异丁醇 99． 50 正壬烷 150． 80 水 100 正癸烷 174． 10 由表 1可以看出，粗甲醇中较难分离的组分分为 2类：①沸点与甲醇较接近的组分，如丙酮与甲醇的沸点差为 8． 41℃ ，正己烷与甲醇的沸点差为 4． 04℃； 50 万吨 /年甲醇精馏工段及加压塔冷却器设计 15 ②能与甲醇形成共沸物，共沸物的沸点与甲醇沸点较为接近，分离难度大，见表2。 表 2 与甲醇形成共沸物的物质沸点和共沸物的沸点。 表 化合物 沸点 共沸物 沸点 甲醇质量分数 丙酮 乙酸甲酯 甲酸乙酯 丁酮 丙酸丙酯 甲酸丙酯 乙醛缩二甲醇 乙基丙烯酸酯 甲酸异丁酯 环己烷 二丙醚 国内通行的精甲醇指标通常有美国联邦 AA级甲醇技术规格 (OM232E)和精甲醇质量国家标准 (GB3382020)。 美国联邦 AA级标准和国家优 等品标准都对甲醇的水溶性、醛酮质量分数等指标要求十分严格，所以对于预塔脱除烷烃、酯类、醛酮等杂质就显得尤为重要。 工艺流程选择 甲醇精制的三种流程（双塔、三塔流程、四塔流程、五塔流程） 安徽建筑工业学院毕业设计（论文） 16 普通双塔流程 图 普通双塔工艺流程 多年来生产实践证明 , 双塔精馏流程简单 , 操作方便 , 运行稳定。 尽管国内粗甲醇的生产多样 , 粗甲醇的质量也有较大差异 , 但经双塔精馏后精甲醇的质量 , 除去乙醇含量之外 , 基本能达到国内一级品标准见表 ,已能较广泛地满足甲醇的用途。 精 甲醇中的乙醇含量多少，与粗甲醇中的乙醇含量有关。 粗甲醇中乙醇的含量又与合成条件有关，如压力、温度、催化剂使用前后期、合成气组份和原料结构等等。 低压法 (包括轻油为原料用铜系催化剂的高压法 )制得的粗甲醇中含乙醇100~ 1000ppm ,而以煤为原料的中压法 (联醇 )和高压法 (亦用铜催化剂 )制得的粗甲醇中含乙醇的量可高达 400~2020ppm。 所以精甲醇中的乙醇含量差距也较大，一般为 100~600ppm ,有时可能高达 1000ppm。 这是因为双塔精馏系统，在采出产品的主蒸馏塔塔釜几乎全部为水，乙醇的挥发度又与甲 醇比较接近，因而乙醇不可能在塔釜中浓缩，从而有部份乙醇随着甲醇升向塔顶，粗甲醇中相当数量的乙醇转移至精甲醇中。 据国内甲醇生产经验，利用双塔常压精馏方法，也可将精甲醇中乙醇的含量降至 100ppm，满足了甲醇特殊用途的需要。 但根据蒸馏原理和流程。