年产52万吨甲醇装置合成工段工艺设计论文

年产52万吨甲醇装置合成工段工艺设计论文内容摘要：

91 亿元，地方财政收入由 70亿元增长到 亿元，主要指标都翻一番以上，实现历史性突破。 以原油持续 4000 万吨稳产为标志，百年油田建设稳步推进；以 120 万吨乙烯改扩建为沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 8 标志，石化产业战略升级；以沃尔沃汽车等产业龙头项目引进为标志，地方工业突破发展；以建成百亿斤粮食产能基地为标志，现代农业实现跨越；以北国之春梦幻城和新华 08 国际石油资讯中心开工建设为标志，服务业加快提升。 地方经济总量突破千亿元，油与非油经济比例由 65:35 调整到 52:48，万元 GDP 综合能 耗下降 20%，发展方式不断转变，经济结构持续优化。 大庆综合实力位列全国地级城市第 21 位 大庆地区天然气资源埋藏在 700－ 1200 米或更深的中浅层和深层地层中，呈矿床埋藏状态。 它与石油伴生，每吨原油含天然气 50－ 70 立方米；它以甲烷为主，占 －%，可直接作为生产化肥的原料；凝析油含量较高，每立方米含 70－ 170 克之多，工业价值极高。 甲醇生产主要以大庆油田丰富的天然气资源为原料。 得天独厚的原料优势，现金的生产工艺，现代化的质量监测手段，严格的内部管理。 高于国家标准的内控标准，为产品质量提供了可靠 地保证。 甲醇生产方法的对比、确定 甲醇合成生产技术十分成熟，工艺技术主要分三种：高压甲醇合成（ 30MPa 以上）、中压甲醇合成（ 10～ 15MPa）和低压甲醇合成（ 5～ 10MPa）。 目前，单独以产醇为的高压法工艺因其动力消耗高、催化剂活性低以及产品质量差等原因除老合成氨系统转产外 ,新上装置已逐年减少甚至已被淘汰，而中压法也决大多数出现联醇工艺中，当今世界上最主要的、先进的、能耗低投资省的生产工艺归属于低压合成，由于低压法工艺较之前的高压法工艺在能耗、装置建设和单系 列反应器生产能力大型化等方面具有沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 9 明显的优越性，所以，目前国内外新建装置大多采用低压法，根据单套装置生产能力大小不同，其设计压力主要集中在 5～ 8MPa 范围内。 当代甲醇生产技术以海尔德 托普索（ Haldor Topsoe）公司、 Kvaerner 工艺技术 /Syix 公司（英国 ICI）、克虏伯 乌德公司、鲁齐油气化学（ Lurgi）公司。 ⑴ Haldor Topsoe 公司工艺 采用二步法转化后续低压合成从天然气生产甲醇。 该技术适用于较小规模也适用于很大规模（大于 10000t/d）的装置。 原 料脱硫后进入饱和器。 天然气与蒸汽的混合物预热后进入一次转化器，出来的气体直接进入注氧的二次转化器。 一次转化器相对较小，在 下操作。 烟气热量预热转化器进料。 过程气体热量用于发生高压蒸汽、预热锅炉给水、预热过程冷凝液（送至饱和器）和用于蒸馏塔重沸。 冷却后合成气经一段压缩后进入合成回路，合成回路有三台绝热反应器。 回路反应热用于加热饱和器中水。 粗甲醇分出后直接送去蒸馏（拥有三座蒸馏塔）。 循环气在少量驰放去除惰性化合物后压缩返回。 该工艺总能耗（包括制氧用能）约为 29GJ/t。 大型装置总投资费用（ 包括制氧）约比常规蒸汽转化法装置低约 10%。 伊朗正在建设 3030t/d 大规模装置，定了 2020年投运。 托普索公司正在建设一套新的甲醇装置，部分基于 CO2 转化。 CO2 转化的优点在于可优化用于甲醇生产的合成气组成。 同时， CO2 比天然气易于转化，从而可节约投资和能耗。 然而只有当有大量相对较纯的 CO2 可用和费用较低时， CO2 转化才是经济的。 已有一套 100 万 t/a 甲醇装置将建在伊朗 Bandar Iman 石化联合装置内，可望2020 年开工。 该装置有 825t/d 过剩的 CO2 可资利用。 其能耗预计比常规的蒸汽转化低 5%~10%。 转化部分（占投资 60%）的 CO2 转化器要小得多，而合成反应器（占投资10%~15%）稍大。 生产甲醇的净费用减少约 4 美元 /t。 三菱气体化学公司和三菱重工公司提出一种流程，从转化炉烟气中回收 CO2 和利用转化器中的 CO2。 根据这一概念，同规模的蒸汽转化器，装置能力可提高 20%。 CO2 回收过程可使用三菱重工专有的受阻胺 KS1，作为单乙醇胺（ MEA）吸收剂的替代品。 采用 KS1 所需能耗约为使用 MEA 的 1/5。 ⑵ 克虏伯 伍德公司工艺 伍德公司甲醇技术特点采用 I. C. I 低压合 成工艺及催化剂 , 日产 2020 甲醇沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 10 装置合成压力为 8. 0M Pa。 合成塔 : 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。 CA SAL E 公司 ARC 合成塔 (多层轴径向合成塔 ) , 单系列生产能力最高可达 3000M TPD。 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 3. 5～ 4. 0M Pa, 单塔生产能力最高可达 1200M TPD。 设备投资高。 冷管式合成塔 : 轴向、冷管间接换热 , 单塔生产能力最高可达 2020M TPD。 设备投资低。 可采用 2 塔、 3 塔精馏或 4 塔精馏 , 其比较如下 : 2 塔精馏 , 甲醇回收率为 98. 5% , 1 吨甲醇耗 1. 2 吨低压蒸汽。 3 塔精馏 , 甲醇回收率为 99% , 1 吨甲醇耗 0. 47 吨低压蒸汽。 4 塔精馏 , 设甲醇回收塔 , 甲醇回收率为 99. 5% ,1 吨甲醇耗 0. 45 吨低压蒸汽。 ⑶ 鲁齐公司工艺 L u rgi 甲醇技术 L u rgi 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 L u rgi 合成催化剂 , 管间是锅炉水 , 副产 3. 5～ 4. 0M Pa 的饱和中压蒸汽。 由于大规模装置如 2020M TPD 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再串一个冷管式或热管式合成塔 , 同时还可采用两个系列的合成塔并联。 L u rgi 工艺的精馏采用三塔精馏或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。 ⑷ Syix 公司工艺 原料可为天然气、石脑油、煤和石化排气物流。 采用低压甲醇（ LPM）合成工艺。 LPM 过程主要有三个部分：合成气生产，甲醇合成和甲醇蒸馏。 合成气蒸汽转化采用镍基催化剂。 合成气离开甲烷 蒸汽转化器典型条件为 8800C 和。 合成回路由循环机、甲醇转化器、热回收和冷却器及甲醇分离塔组成。 甲醇合成采用铜基催化剂，操作条件为 ～ 、 200～ 2900C。 总能耗为 32GJ/t。 3000t/d 装置投资费用为 ～ 3 亿美元。 己有 58套装置采用 ICI LPM 工艺，二套在设计中。 任何甲醇装置都有转化器，转化器使用蒸汽藉装填催化剂的管子在高温高 压下使甲烷（占天然气含量 85%）转化成合成气。 合成气生产占甲醇装置总投资的 50%～60%。 许多公司都在致力于包括合成气生产在内的工艺过程的改进。 现已取得一些重沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 11 要进展。 甲醇装置也在向大型化发展。 1989 年，鲁齐公司在南非建设的合成气装置，生产当量甲醇能力 9000t/d，需用三个系列，每一系列都有各自的自热转化器和蒸汽转化器。 现在，同样的装置只需采用单一的蒸汽转化器和单一的自热式转化器，装置规模提高了二倍。 大规模生产甲醇的可行性己在印度尼西亚 2020t/d 装置上得以验证。 现已运转 3年之久。 特立尼达 2500t/d 的装置也于 2020 年开工。 鲁奇公司现计划建设二套5000t/d 的装置：一套为特立尼达 Atlas 甲醇公司的装置，定于 2020 年投产；另一套为伊朗国家石化公司在 Pars 经济能源特区的装置，定于 2020 年投产。 两套装置均采用鲁齐公司新的大型化甲醇工艺。 该工艺中，合成气由改进的鲁齐联合转化技术生产。 约 10%的甲烷进料在装有约 180 根管子的蒸汽转化器中在低温下被转化，其余的进料在用氧操作的自热式转化器中在高压下被转化。 由合成气生产甲醇采用鲁奇低压甲醇（ LPM）合成技术。 联合转化器选用德国南方（ SUD）化学公司高选择性的铜基催化剂。 任何的合成气生成甲醇的转化都要权衡反应动力学与反应热动力学。 在较高温度下反应较快，在较低温度下有利于平衡。 高温对催化剂也有害，并产生酮类等副产物，它们会形成共沸物，使蒸馏更为困难。 鲁奇公司的联合转化器较好地解决了这一问题的权衡。 其水冷式发生蒸汽反应器仅含有催化剂总量的约 1/3，有相对较高（ 2600C）的出口温度，在此发生一半的转化。 催化剂的毒物（如硫）被催化剂所吸收。 其余的转化发生在气冷式反应器，在较低温度（ 220~2250C）下操作有利于平衡。 这样， 2/3的催化剂既不在高热情况下又不会中毒。 这种联合转化器的循环比约为单一的发生蒸汽反应器的一半。 使合成回路费用可节约 40%，甲醇生产费用约为 80 美元 /t，要低55 美元 /t。 KPT 公司采用不同方案设计了第一套大型化甲醇装置，用改进的常规技术为特立尼达设计的 5400t/d 甲醇装置定于 2020 年投运。 该装置采用不到 900 根管子的单系列转化器。 催化富气（ CRG）预转化器使进料转化成理想的混合物（ CH H CO 和CO2）供给主蒸汽转化器。 转化时无需供氧。 离开主转化器的合成气用 Syix LPM工艺在 KPT蒸汽发生反应器中催化转化为甲醇。 在相对较低压力下操作，可降低能耗和投资费用。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 12 ⑸ 日本东洋工程公司（ TEC）基于用于甲醇合成转化器的 MRFZ 反应器设计了5000t/d 甲醇装置。 合成气直接进入管式反应器的管程，并径向透过催化剂进入多孔外管。 这一设计使压降仅为 ，而常规系统为。 催化剂床层中插入的热交换器用于取走反应热。 该反应器可节能 7%~8%。 TEC 现正在设计 10000t/d 的甲醇合成装置，采用二台 TEC 专有的热交换器式转化器（ TAFXS）、一台吹氧二次转化器和二台 MRFZ 反应器。 预计新的工艺流程对于 10000t/d 的装置可使建造费用减少到 6亿美元，而使用 MRFZ反应器的 5000t/d 装置为 4 亿美元，常规的 2500t/d 装置为 3亿美元。 KPT 公司还与 BP 公司联合开发了紧凑式转化器。 另一项创新是甲醇回路的循环。 常规的反应器必须将未反应气体循环至反应器。 而 Kvaerner 公司提出将未反应气体送入膜法分离器，气体被分成富氢成分，用作转化炉燃料，贫氢成分返回进入转化炉转化管。 这一设计使甲醇合成反应器可比常规反应器操作在较低压力下，从而允许反应器和管道使用造价较低的材 质。 福斯特 惠勒国际公司（ FWI）提出的膜法在甲烷生产甲醇过程中的应用也有其特点。 据称，投资费用可比常规方法低 25%~40%，生产费用低 25~50 美元 /t。 天然气价格若为 50美分 /百万 BTU，则 FWI 公司 Starchem 工艺的甲醇生产费用为 美元 /百万 BTU，节约的主要原因是该工艺省去天然气蒸汽转化。 H CO2 和 N2 组成的合成气由天然气部分氧化来制取。 采用 50%的富氧空气来代替纯氧用于部分氧化还可带来节约。 富氧空气由来自装置透平压缩机被抽出的空气通过膜法来产生，避免了昂贵的致冷制氧装置。 甲 醇合成由串联的 4~6 个反应器来完成，无循环。 布局比需要并列设置的常规甲醇装置更为经济。 ⑹ 目前，国内自主开发的塔型主要有林达公司的均温塔，在国内均占有较高的市场份额，已经形成竞争发展的态势。 已投产的最大装置规模已达到或接近 20 万吨 /年。 而 30— 100 万吨 /年更大规模装置也在设计建设中杭州林达公司在甲醇合成塔将原料气加热和反应过程中移热结合，反应器和换热器结合连续移热，同时达到缩小设备体积和减少催化剂层温差的作用，实现达到“均温、高效、易大型化”的目标。 该低压均温型甲醇塔是不同于现有国内外甲醇塔的全新反应 器结构，为国内外首创，经 PCT 国际检索、初步审查和国家实审，授予发明专利权，具多项独特的创新技术。 其关键部分是发明了独特的大小二种弯头的双 U 形管冷管胆结构作为换热元沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 13 件。 小弯头 U 形管套在大弯头 U 形管内构成一对双 U。