摘要：甲醇是一种重要的化工产品与化工原料，广泛用于生产塑料、橡胶、纤维、医药、国防工业等，又在许多潜在领域有着广阔的应用前景，可作为清洁燃料代替汽油使用，制取微生物蛋白、烯烃技术也有所突破，其重要性不言而喻。本文介绍了甲醇装置合成系统增产节能改造取得的良好使用效果。
关键词：甲醇合成；增产节能工艺；工程实践
1甲醇合成工艺流程
水煤浆经过气化产生水煤气，水煤气经过变换、脱硫、脱碳处理后可以得到符合要求的精致气用于甲醇合成。经过净化处理的新鲜气经加压后甲醇分离器分离得到的循环气在循环段混合，经再次加压得到压强4.2—5.15MPa，温度65℃的混合气，混合气在口换热器壳程与出塔气换热，得到200—250℃的合成气在合成塔参与反应。甲醇合成塔是合成甲醇相关反应发生的地方，其管程中充满铜系甲醇合成催化剂。合成气进入管程与铜系甲醇合成催化剂接触发生反应，其中的二氧化碳CO2、CO和氢气H2反应得到甲醇、水，生成极少量的其他物质。反应非常剧烈释放大量的热，管程外围锅炉水包围以便带走热量。甲醇合成塔下部出来的热反应气体先进入进出口换热器的管程与冷合成气交换热量降温至90℃左右，从合成塔出来的气体中的一部分甲醇蒸汽遇冷凝结成为液体；此时气体进入甲醇水冷器和循环水接触降温至40℃以下再到甲醇分离器分离出气体和液体。被分离出粗甲醇之后的气体大约含70%的一氧化碳CO，3%-5%的二氧化碳CO2，含量5%-8%循环气与新鲜气混合加压循环使用。为了避免惰性气体的量越积越多还需要不断地排放以保持稳定的气体成分。被分离出来的粗甲醇和稀甲醇液混合经过减压处理进入甲醇膨胀槽输送至甲醇精馏工段，通过自调阀控制甲醇膨胀槽压力，降压闪蒸出溶解于粗甲醇中的气体将其作为燃料或进入火炬燃烧。
2合成系统存在的问题
当今工业甲醇合成催化剂已由锌铬催化剂发展至铜基催化剂，主要成分为CuO/ZnO/Al2O3。主要优点是操作温度低、活性选择性高、副产物少；主要缺点耐高温性、抗毒性差，中后期活性衰减明显。我装置采用Lurgi水冷列管式甲醇合成反应器，使用过德国南方C79-7GL与英国庄信万丰51-7S型催化剂。由于原料天然气限制氢碳比一直偏低，合成转化率受氢碳比影响较大，特别是催化剂中后期活性开始衰退，弛放气量随活性的降低而增加PSA系统难已回收，送去转化做燃料气。造成了氢气资源的极大浪费和甲醇产量的下降，也造成了大量温室气体的排放。这些问题与国家节能减排环境保护政策相悖，也对企业利润产生一定的影响。
3甲醇合成主要设备
3.1甲醇合成反应器
甲醇合成反应器为管壳外冷—绝热复合式甲醇合成反应器，本文对该反应器进行优化，设计了一种绝热—管壳外冷复合型甲醇合成反应器，其特点如下：（1）列管上部为绝热层，装填适量的甲醇合成催化剂。（2）列管数量较原反应器减少五分之一，降低了设备的复杂度。（3）气体进口处设置分布器使催化剂床层气体分布更均匀。（4）可以用于低温高活性催化剂，有效减少“壁效应”的不利影响。
3.2甲醇冷凝器
甲醇冷凝器利用循环水和出塔气交换热量以达到降低出塔气温度的目的，使得出塔气体中的甲醇蒸汽凝结成液体，降低气体温度。冷凝量和冷凝效果有直接关系。在低压法合成甲醇工艺中冷却后的气体中通常包括0.6%的甲醇。甲醇冷凝器出口气体温度反应冷凝效果，温度越高未冷凝的甲醇含量越高，这部分甲醇蒸汽将再次进入压缩机，从而增加压缩机能耗，还会发生反应生成杂质。温度越低反应甲醇冷凝效果好，但是如果温度低于20℃时，冷凝效果变化不大。可见一味降低合成气温度会增加循环水消耗量，经济效益不高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4甲醇合成工艺优化
4.1甲醇分离器改造
温度直接影响甲醇平衡分压，循环气温度上升将导致甲醇平衡分压上升，使得循环气中的含量显著增加，增加副反应以及能耗。因此，甲醇分离器的性能很大程度上影响着甲醇合成的性能，原有甲醇分离器难以满足增产节能的要求。旋风分离加除沫丝网除沫分离器属于比较粗放的机械式分离，这种分离方式需要在高速、高压情况下才能保证分离效率。在低压情况下效率很低，容易造成甲醇循环气中的甲醇含量大幅提升，增加能耗，加剧合成塔中的副反应，缩短催化剂使用寿命。因此，必须改造甲醇分离器提升分离效率，减少循环气甲醇含量。改造后的甲醇分离器主要包括聚结分离、吸收净化、机械分以及旁路。（1）聚结分离段在分离器上部增设聚结分离段旨在分离甲醇水雾，其主要构件为除水聚分器，循环气出口设置在聚结分离段顶部，实现水雾分离。（2）净化吸收段吸收净化段由复合板构成，其最下端设有稀醇液出口直接和末级塔板液管接通。包含甲醇蒸汽的循环气升至塔板接触吸收液，吸收液吸收雾态甲醇和杂质，吸收液经稀醇出口输送到甲醇膨胀槽中；合成气上升穿过塔板实现剩下的气雾态甲醇吸收，经塔板吸收的合成气进入聚结分离段。当稀醇溶液浓度超过50%时输送至甲醇膨胀槽；反之则输送至稀醇储槽，再增压返回到净化吸收段作为吸收液，直至稀醇浓度合格。（3）机械分离段机械分离段的主要作用是分离液态甲醇、固态杂质。包含液态甲醇及杂质的合成气进入机械分离段，在重力、离心力作用下液态甲醇分离出来降压输送到甲醇膨胀槽中；分离后的气体从机械分离段升气孔进入净化吸收段继续分离。
4.2变压吸附优化操作
变压吸附系统一般需要用到很多程控阀，而程控阀通常需要用液压油通过电磁阀换向站的方式来进行动作。因为系统油压高，油管多常发生漏油、电磁阀故障等问题造成程控阀控制混乱，进而导致气体波动较大，影响甲醇合作装置的运行稳定。为此可以进行以下优化：（1）为减少气体压力波动可以加设氢气缓冲罐。（2）一氧化碳CO提纯段塔顶出口氢气较多，全部做为吹扫气将影响系统稳定性，可以设置副线让一部分氢气进入干燥塔吹扫，另一部分的氢气送出。（3）增设带有自调阀门的管线，设置时间参数控制吹扫过程中的阀门开度。实现吹扫气压力的调节。（4）干燥段循环时间不能太短，要尽量延长循环时间减少塔间切换次数，从而减少气体波动。（5）两塔吸附改造成三塔吸附，同时三塔吸附，只有一塔吹扫吹扫气量减少，影响减小。
4.3弛放气回收利用
煤制甲醇合成工艺中，合成气体中的惰性气含量分别为0.65%左右，它们不参与甲醇合成的相关化学反应，会不断积累，使常与甲醇合成反应的气体分压，使得甲醇合成反应速率、转化率降低，同时使压缩机能耗增加。因此，应该持续排放适量的循环气，以控制惰性气体的含量，确保甲醇合成的速率和转化率。在甲醇合成工艺中可以在惰性气含量最高的循环回路上通过排除适量循环气的方式来减少惰性气体的含量。原工艺设计排放出的弛放气作为燃烧炉升温使用，剩余弛放气送入火炬燃烧，在这个过程中弛放气的能量没有得到利用，同时还排放出二氧化碳等气体造成环境污染。
5结论
综上所述，甲醇合成增产节能工艺的研究是重要课题，我国不但要提高甲醇产能，还要不断创新甲醇合成工艺，建立甲醇合成增产节能工艺流程，实现增产节能。
参考文献：
[1]孙晋东.大型煤制烯烃项目甲醇合成工艺比选[J].煤炭加工与综合利用，2018（04）：1-6+8.
[2]张忠喜，杨凤英，张永军.甲醇合成系统的优化运行总结[J].氮肥技术，2018，37（05）：27-29.
[3]陈少锋.甲醇合成工艺中的驰放气回收[J].山东化工，2018，45（13）：140-142+145.
[4]赵岗.甲醇合成系统增产降耗技术改造[J].小氮肥，2018，44（02）：17-19.
论文作者:李强,朱宸锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/22
标签：甲醇论文; 气体论文; 合成气论文; 催化剂论文; 反应器论文; 温度论文; 聚结论文; 《基层建设》2019年第18期论文;