低壓甲醇合成方法與流程

本發(fā)明涉及一種低壓甲醇合成方法。

背景技術(shù)：

甲醇是一種重要的c1化工基礎(chǔ)產(chǎn)品和有機(jī)化工原料，甲醇合成是一個(gè)體積縮小的可逆的放熱反應(yīng)。自1923年德國(guó)巴斯夫公司成功開發(fā)了高溫高壓氣相甲醇合成工藝以來，甲醇合成工藝經(jīng)歷了合成氣壓力由高壓到低壓，合成溫度由高溫到低溫，反應(yīng)器由絕熱到等溫的技術(shù)發(fā)展歷程。近年來，隨著甲醇合成技術(shù)的進(jìn)步及國(guó)家對(duì)能耗、環(huán)保要求的持續(xù)提高，甲醇合成技術(shù)正在持續(xù)向大型化、節(jié)能型、環(huán)保型方向發(fā)展。

申請(qǐng)?zhí)枮?01510658690.4的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了《一種生產(chǎn)不同等級(jí)蒸汽的節(jié)能型超大規(guī)模甲醇合成方法及裝置》，該工藝存在以下技術(shù)缺陷：

(1)第一甲醇反應(yīng)器和第二甲醇反應(yīng)器移走反應(yīng)熱均采用了自然循環(huán)技術(shù)，該技術(shù)對(duì)與反應(yīng)器相連的汽包布置要求苛刻，存在換熱效率低投資高，不利于反應(yīng)器大型化等問題；

(2)第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器之間缺乏有效的反應(yīng)負(fù)荷調(diào)節(jié)手段，這會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不利后果：其一是當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)器和第二反應(yīng)器催化劑處于不同使用壽命狀態(tài)時(shí)，無法對(duì)串聯(lián)的兩級(jí)反應(yīng)器負(fù)荷實(shí)現(xiàn)有效調(diào)節(jié)；其二是無法對(duì)中壓汽包和低壓汽包產(chǎn)氣量進(jìn)行適度調(diào)節(jié)；

(3)新鮮合成氣與循環(huán)氣的接入位置不夠合理，由于新鮮合成氣經(jīng)壓縮機(jī)的壓比較大，壓縮后的溫度較高，此時(shí)與低溫的循環(huán)氣進(jìn)行混合，造成混合氣溫度升高，隨后再進(jìn)行換熱會(huì)使對(duì)數(shù)平均溫差變小，進(jìn)而增大了換熱面積、換熱器規(guī)格和工程投資；

(4)二級(jí)反應(yīng)器出口的二級(jí)反應(yīng)氣經(jīng)換熱回收熱量后，采用空氣冷卻器來冷卻二級(jí)反應(yīng)氣，空氣冷卻器移走的熱量無法得到有效回收利用，造成能量的浪費(fèi)，增大了裝置能耗，且空氣冷卻器本身也造價(jià)不菲。

因此，對(duì)于目前甲醇的合成方法，有待于做進(jìn)一步的改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種移熱快捷高效，反應(yīng)器負(fù)荷調(diào)節(jié)方便有力、反應(yīng)熱利用高效合理的低壓甲醇合成方法，該方法可大大簡(jiǎn)化裝置布置、有效降低工程投資及能耗。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種低壓甲醇合成方法，其特征在于包括以下步驟：

新鮮合成氣經(jīng)合成氣壓縮機(jī)加壓后，與經(jīng)合成氣調(diào)溫器預(yù)熱后的循環(huán)氣混合，再經(jīng)氣氣換熱器預(yù)熱后進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器，在催化劑的作用下，進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)；一級(jí)反應(yīng)器出口的高溫一級(jí)反應(yīng)氣經(jīng)氣氣換熱器冷卻，進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)，二級(jí)反應(yīng)器出口的高溫二級(jí)反應(yīng)氣首先進(jìn)入合成氣調(diào)溫器被循環(huán)氣冷卻，然后進(jìn)入第一分離器進(jìn)行氣液分離，分離出的液相甲醇送入甲醇閃蒸罐，分離后的二級(jí)反應(yīng)氣作為熱源送預(yù)塔再沸器，從預(yù)塔再沸器送出的二級(jí)反應(yīng)氣再經(jīng)水冷器冷卻，最后進(jìn)入第二分離器進(jìn)行氣液分離；分離出的氣相作為循環(huán)氣進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)加壓后返回合成回路，分離出的部分循環(huán)氣作為馳放氣排放，分離出的液相粗甲醇與第一分離器分離的液相一并送入甲醇閃蒸罐；

來自第一分離器和第二分離器的液相粗甲醇減壓后進(jìn)入甲醇閃蒸罐閃蒸，閃蒸出的氣相送下游處理，閃蒸后的液相粗甲醇送入預(yù)精餾塔，進(jìn)入預(yù)精餾塔的粗甲醇在預(yù)精餾塔再沸器的作用下進(jìn)行甲醇的初步精餾，預(yù)精餾塔塔頂送出的氣相甲醇經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后進(jìn)入回流罐，從回流罐分離出的不凝氣送出界區(qū)處理，從回流罐送出的液相粗甲醇作為回流返回預(yù)塔塔頂；從預(yù)精餾塔塔底送出的預(yù)精餾塔粗甲醇輸出并送往下游工序繼續(xù)處理；

來自界外的低壓鍋爐水送入低壓汽包，低壓汽包內(nèi)的鍋爐給水經(jīng)低壓循環(huán)泵加壓后進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器，移除二級(jí)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)時(shí)放出的反應(yīng)熱，吸收熱量后的低壓鍋爐給水返回低壓汽包進(jìn)行汽液相分離，產(chǎn)出低壓飽和蒸汽；低壓飽和蒸汽進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)透平作為驅(qū)動(dòng)蒸汽使用；

來自界外的中壓鍋爐水進(jìn)入中壓汽包，中壓汽包內(nèi)的鍋爐給水經(jīng)中壓循環(huán)泵加壓后進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器，移除一級(jí)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)時(shí)放出的反應(yīng)熱，吸收熱量后的中壓鍋爐給水返回中壓汽包進(jìn)行汽液相分離，產(chǎn)出中壓飽和蒸汽；中壓飽和蒸汽經(jīng)過熱爐過熱后，部分送合成氣壓縮機(jī)透平作為驅(qū)動(dòng)蒸汽使用，富裕的中壓過熱蒸汽輸出使用。

在上述方案中，所述新鮮合成氣在合成氣壓縮機(jī)中加壓至6.0～10.0mpag。

優(yōu)選地，所述新鮮合成氣與循環(huán)氣混合后在氣氣換熱器中預(yù)熱至210～250℃再進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器。

優(yōu)選地，所述一級(jí)反應(yīng)器出口的高溫一級(jí)反應(yīng)氣溫度為250～280℃，經(jīng)氣氣換熱器后冷卻至200～220℃。

優(yōu)選地，所述二級(jí)反應(yīng)器出口的高溫二級(jí)反應(yīng)氣進(jìn)入合成氣調(diào)溫器被循環(huán)氣冷卻至100～140℃，所述預(yù)塔再沸器送出的二級(jí)反應(yīng)氣溫度為80～100℃，經(jīng)過水冷器冷卻至35～45℃。

優(yōu)選地，所述馳放氣與所述新鮮合成氣摩爾比為3～5:100。

優(yōu)選地，所述低壓汽包中汽液相分離后產(chǎn)出1.0～2.0mpag的低壓飽和蒸汽。

優(yōu)選地，所述中壓汽包中汽液相分離產(chǎn)出2.5～4.0mpag的中壓飽和蒸汽。

優(yōu)選地，所述中壓飽和蒸汽經(jīng)過熱爐過熱至360～400℃。

優(yōu)選地，所述合成氣壓縮機(jī)與二級(jí)反應(yīng)器之間設(shè)置能將新鮮合成氣自合成氣壓縮機(jī)直接輸往二級(jí)反應(yīng)器的跨線。設(shè)置該結(jié)構(gòu)，以便于根據(jù)一級(jí)反應(yīng)器中催化劑的活性程度，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器的新鮮合成氣量調(diào)整兩級(jí)反應(yīng)器的負(fù)荷分配；當(dāng)然，也可根據(jù)全廠蒸汽的平衡情況，調(diào)節(jié)兩級(jí)反應(yīng)器的負(fù)荷從而調(diào)節(jié)兩種等級(jí)蒸汽的產(chǎn)量比例。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明中一級(jí)反應(yīng)器和二級(jí)反應(yīng)器均采用了鍋爐給水強(qiáng)制循環(huán)移熱技術(shù)，不僅移熱快捷高效，還可以有效降低中壓汽包和低壓汽包的安裝高度及技術(shù)要求，大大簡(jiǎn)化了裝置布置，同時(shí)也降低了裝置框架的工程投資，且不會(huì)出現(xiàn)由于汽包的布置高度計(jì)算不準(zhǔn)確，導(dǎo)致循環(huán)倍率下降、取熱效果不理想等問題；通過強(qiáng)制循環(huán)，還可以有效的提高循環(huán)倍率，高效合理的利用反應(yīng)熱，增強(qiáng)傳熱效果，從而可以降低反應(yīng)器規(guī)格尺寸；

本發(fā)明在合成氣壓縮機(jī)出口和二級(jí)反應(yīng)器入口之間設(shè)置了跨線，實(shí)際運(yùn)行中通過調(diào)整兩級(jí)反應(yīng)器的反應(yīng)負(fù)荷分配，從而實(shí)現(xiàn)兩級(jí)反應(yīng)器催化劑在使用壽命的不同階段的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)在正常運(yùn)行時(shí)，也可通過跨線對(duì)反應(yīng)器的負(fù)荷進(jìn)行方便有力的調(diào)整，進(jìn)而可對(duì)中壓蒸汽和低壓蒸汽的產(chǎn)量比例進(jìn)行靈活調(diào)整；

本發(fā)明中新鮮合成氣的接入位置設(shè)于合成氣調(diào)溫器的后面，可減小合成氣調(diào)溫器的換熱面積、規(guī)格，降低工程投資；

二級(jí)反應(yīng)氣經(jīng)合成調(diào)溫器回收熱量后，送至預(yù)精餾塔塔底再沸器作為再沸器的熱源，再次回收熱量，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能量的合理利用，降低了裝置能耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本實(shí)施例的低壓甲醇合成方法包括以下步驟：

來自上游工序的新鮮合成氣(主要組分為h2、co、co2，摩爾比：(h2-co2)/(co+co2)＝2.05～2.15)經(jīng)合成氣壓縮機(jī)2加壓至6.0～10.0mpag，與經(jīng)過合成氣調(diào)溫器8預(yù)熱的循環(huán)氣混合，再經(jīng)氣氣換熱器4預(yù)熱至210～250℃，進(jìn)入兩臺(tái)并聯(lián)的一級(jí)反應(yīng)器5、6，在銅基甲醇合成催化劑作用下，進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)；一級(jí)反應(yīng)器5、6出口的高溫一級(jí)反應(yīng)氣溫度為250～280℃，經(jīng)氣氣換熱器4冷卻至200～220℃，進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器7繼續(xù)進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)；二級(jí)反應(yīng)器7出口的二級(jí)反應(yīng)氣經(jīng)合成調(diào)溫器8與循環(huán)氣換熱，該合成調(diào)溫器8采用折流桿式換熱結(jié)構(gòu)，以提高換熱效率，二級(jí)反應(yīng)氣被冷卻至100～140℃，進(jìn)入第一分離器9進(jìn)行氣液分離，從第一分離器9分離出的液相甲醇送入甲醇閃蒸罐14，從第一分離器9分離出的氣相作為熱源送預(yù)塔再沸器10，從預(yù)塔再沸器10送出的二級(jí)反應(yīng)氣溫度為80～100℃，經(jīng)過水冷器11冷卻至35～45℃，進(jìn)入第二分離器12進(jìn)行氣液分離，分離出的氣相作為循環(huán)氣進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)3加壓后返回合成回路，同時(shí)為了防止惰性氣體累積，分離出的部分循環(huán)氣作為馳放氣排放，分離出的液相粗甲醇與第一分離器9分離的液相一并送入甲醇閃蒸罐14；

從第一分離器9和第二分離器12底部分離的液相粗甲醇匯合后送入甲醇閃蒸罐14減壓閃蒸，閃蒸出的氣相送下游工序處理，閃蒸后的液相粗甲醇送入預(yù)精餾塔15中部，進(jìn)入預(yù)精餾塔15的粗甲醇在預(yù)塔再沸器10的作用下進(jìn)行粗甲醇的初步精餾，塔頂送出的氣相甲醇經(jīng)塔頂冷凝器16冷凝后送入回流罐17，從回流罐17頂部送出的不凝氣送出界區(qū)，從回流罐17底部送出的粗甲醇作為回流甲醇返回預(yù)精餾塔15的頂部；從預(yù)精餾塔15塔底送出的預(yù)精餾塔粗甲醇送下游工序繼續(xù)處理；

來自界區(qū)的低壓鍋爐水進(jìn)入低壓汽包21，在低壓汽包21內(nèi)鍋爐給水經(jīng)低壓循環(huán)泵22加壓后進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器7，移除二級(jí)反應(yīng)器7反應(yīng)中放出的熱量，吸收熱量后的低壓鍋爐給水返回低壓汽包21進(jìn)行汽液相分離，產(chǎn)出1.0～2.0mpag的低壓飽和蒸汽，低壓飽和蒸汽進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)透平1，作為驅(qū)動(dòng)蒸汽使用；

來自界區(qū)的中壓鍋爐給水進(jìn)入中壓汽包18，在中壓汽包18內(nèi)鍋爐給水經(jīng)中壓循環(huán)泵19加壓后進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器5、6，移除一級(jí)反應(yīng)器5、6反應(yīng)中放出的熱量，吸收熱量后的中壓鍋爐給水返回中壓汽包18進(jìn)行汽液相分離，產(chǎn)出2.5～4.0mpag中壓飽和蒸汽，中壓飽和蒸汽經(jīng)過熱爐20過熱至360～400℃，部分送合成氣壓縮機(jī)透平1，作為驅(qū)動(dòng)蒸汽使用，補(bǔ)充低壓蒸汽的不足部分，中壓過熱蒸汽的富裕部分進(jìn)入相應(yīng)蒸汽管網(wǎng)。

在本實(shí)施例中，在合成氣壓縮機(jī)2與二級(jí)反應(yīng)器7之間設(shè)置能將新鮮合成氣自合成氣壓縮機(jī)直接輸往二級(jí)反應(yīng)器的跨線a，以便于根據(jù)一級(jí)反應(yīng)器中催化劑的活性程度，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器的新鮮合成氣量調(diào)整兩級(jí)反應(yīng)器的負(fù)荷分配；當(dāng)然，也可根據(jù)全廠蒸汽的平衡情況，調(diào)節(jié)兩級(jí)反應(yīng)器的負(fù)荷從而調(diào)節(jié)兩種等級(jí)蒸汽的產(chǎn)量比例。

本實(shí)施例的與現(xiàn)有技術(shù)中的甲醇合成工藝相比，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在反應(yīng)器的移熱方式、反應(yīng)負(fù)荷調(diào)節(jié)措施、新鮮合成氣的接入、能量利用四個(gè)方面，本實(shí)施例的工藝采用強(qiáng)制循環(huán)移熱技術(shù)，汽包布置要求低、換熱效率高、反應(yīng)器規(guī)格小，投資低；具有反應(yīng)負(fù)荷調(diào)節(jié)措施，對(duì)兩級(jí)反應(yīng)器負(fù)荷的分配和中壓及低壓蒸汽產(chǎn)出比例均可有效調(diào)節(jié)；新鮮合成氣的接入位置位于合成氣調(diào)溫器之后，合成氣調(diào)溫器傳熱溫差大，換熱面積小、設(shè)備投資低；二級(jí)反應(yīng)氣作為預(yù)塔塔底再沸器熱源，能量利用高效合理，降低了裝置能耗。