煤制甲醇合成裝置改造與優(yōu)化

第41卷第1期化工設計通訊2015年2月Chemical Engineering Design Communications煤制甲醇合成裝置改造與優(yōu)化易洪民(中國神華煤制油化工有限公司新疆分公司,新疆烏魯木齊830019摘要:通過(guò)對比國內同類(lèi)型180萬(wàn)t/h煤制甲醇合成裝置的工藝設計,分析其實(shí)際生產(chǎn)情況中出現的問(wèn)題及產(chǎn)生的原因,提出相應的技術(shù)改造和調整方案,對筆者所在公司甲醇合成裝置進(jìn)行了改造和優(yōu)化,取得了顯著(zhù)的效果關(guān)鍵詞:煤制甲醇合成裝置;合成;改造;優(yōu)化中圖分類(lèi)號文獻標志碼:A文章編號:1003-6490(2015)01-0041-04Improvement and Optimization of Coal to methanol Synthesis PlantYI Hong-minChina shenhua coal oil chemical Co, Ltd. Xinjiang branch urumqi, Xinjiang)Abstract: By comparison of technological design in domestic other 1 800 000 t/a coal tsynthesis pants, it analyzes the reasons of the problems in the production. It also puts forward thetechnological transformation and corresponding adjustment programs.Key words: coal-to-methanol plant; gasification; synthesis; transform; optimization1項目裝置簡(jiǎn)介son Matthey)的甲醇合成催化劑來(lái)生產(chǎn)MTO級甲醇。該技術(shù)具有合成氣轉化率高(99%)、原料國內某新建180萬(wàn)t/a煤制甲醇項目為目前消耗低、系統壓降小、能耗利用合理、流程簡(jiǎn)練、控全球最大規模煤制甲醇裝置之一,該項目計劃于制簡(jiǎn)單、三廢排放少等特點(diǎn),其流程采用雙反應器016年5月底開(kāi)始投料試車(chē),7月初生產(chǎn)出合格串并聯(lián)的方式,如圖2所示甲醇產(chǎn)品。該煤制甲醇裝置主要由空分裝置、氣蒸汽蒸汽化裝置、凈化硫回收裝置、甲醇合成裝置4個(gè)裝置泡包組成。煤制甲醇項目流程示意圖如圖1所示汽包排污原料煤化粗煤氣鍋爐馳放氣凈化氫回收尾氣進(jìn)燃料10氣管網(wǎng)給水3閃蒸氣氧氣氫氣送其他裝置新鮮氣馳放氣粗甲醇至穩定塔爭化氫氣硫硫園收人氣體甲醇合成}甲那罐區圖2甲醇合成流程示意圖1、2一合成塔;3、4一合成汽包;5一鍋爐給水預熱器;6、7一空冷器;8一循環(huán)氣壓縮機;9、10一水冷器;1甲醇分離器圖1煤制甲醇項目流程示意圖13一閃蒸槽;14、15—中間換熱器本文主要討論甲醇合成裝置的改造與優(yōu)化2煤制甲醇裝置運行情況甲醇合成裝置采用英國Davy工藝技術(shù)有限同180萬(wàn)t/a煤制甲醇裝公司( Davy Process Technology,簡(jiǎn)稱(chēng)DPT公司)中國煤化工的甲醇合成工藝技術(shù)及英國莊信萬(wàn)豐公司(JohnCNMHG·現國內已有成功運a裝置,因此煤制甲醇合收稿日期:2014-11-07作者簡(jiǎn)介:易洪民(1986-),男,漢族,重慶市人,助理工程師,主要從事煤制甲醇生產(chǎn)技術(shù)工作化工設計通訊第41卷成裝置在工藝和設計上有很多值得借鑒的地方口1.9MPa,產(chǎn)品氫氣壓力1.7map,由于外送給通過(guò)和其它同類(lèi)裝置的對比,發(fā)現了其工藝下游裝置的H2需要壓力3.2MPa,需要一臺氫流程的設計、設備選型、儀表電器控制方案等存在氣壓縮機提壓,增加操作負擔和投資。的問(wèn)題、缺陷和潛在的不安全因素。為了從根本合成氣上解決以上問(wèn)題,消除設計缺陷,相關(guān)技術(shù)人員從實(shí)踐中摸索經(jīng)驗,提出了相應的技術(shù)改造和優(yōu)化合成氣凈化方案,取得了顯著(zhù)的效果合成氣壓縮預熱器合成氣凈化槽脫氯槽3煤制甲醇合成裝置改造與優(yōu)化圖4新疆某公司甲醇合成凈化系統工藝流程圖3.1甲醇合成裝置合成氣脫硫的改造與優(yōu)化3.1.1存在問(wèn)題(2)PSA單元設計處理尾氣能力最大為7159(1)包頭某公司選擇的脫硫催化劑是銅鋅催m(標)h,在催化劑末期,馳放氣量大,不能滿(mǎn)足化劑,活性溫度為150~190℃,在脫硫前,需要對需求,不僅導致大量的馳放氣放空、能耗增加,還催化劑中的氧化銅進(jìn)行還原,增加了操作難度和不利于環(huán)保。時(shí)間(3)當產(chǎn)品氫氣質(zhì)量不合格、壓力波動(dòng)、PSA(2)由于活性溫度較高,需要較大換熱面積的故障或停車(chē)等非正常生產(chǎn)情況時(shí),需要切斷去下合成凈化預熱器,增加了投資成本。如圖3所示:游裝置的產(chǎn)品氫氣,影響下游裝置的穩定生產(chǎn)。合成氣如圖5所示17MPa產(chǎn)品氫氣去PP、PE裝置合成氣壓縮機一合成氣凈化預熱器原料氣冷卻器氣壓縮機回流線(xiàn)合成氣凈化槽原料氣分液罐↓解析氣去合成塔PSA吸附塔(8個(gè))圖3包頭某公司甲醇合成凈化系統流程圖圖5包頭某公司PSA單元工藝流程圖3.1.2改造內容3.2.2改造內容(1)選擇低溫活性的氧化鋅催化劑,不需要還(1)提高PSA單元的操作壓力,入口3.4原,活性溫度為110~130C。MPa,產(chǎn)品氫氣壓力3.2MPa,滿(mǎn)足外送氫氣壓力(②)根據新疆煤質(zhì)分析,氯離子超標,增加脫要求,少用一臺氫氣壓縮機,減輕操作負擔和減少氯槽。投資。(2)由包頭某公司的8個(gè)吸附塔,增加到103.1.3改造效果個(gè)吸附塔,提高PSA單元處理能力,最大能夠處(1)氧化鋅催化劑不需要還原,減輕了操作負理34500m(標)/h,在催化劑末期,能滿(mǎn)足處理?yè)?節約了開(kāi)車(chē)時(shí)間大量馳放氣的要求。如圖6所示。(2)氧化鋅催化劑活性溫度比銅鋅催化劑低合成凈化預熱器減小,節約了投資。32MPa產(chǎn)品氫氣去下游裝置(3)增加脫氯槽.脫除合成氣中的氯,起到保護合成塔催化劑,延長(cháng)其使用壽命的作用。如圖所示。H中國煤化工CNMHG解析氣3.2甲醇合成裝置PSA變壓吸附單元的改造與PSA吸附塔(10個(gè))優(yōu)化圖6新疆某公司PSA單元工藝流程圖3.2.1存在問(wèn)題(1)包頭某公司PSA單元的操作壓力低,入(3)增加4個(gè)高壓氫氣儲罐(100m3),在PSA第1期易洪民:煤制甲醇合成裝置改造與優(yōu)化系統非正常情況下,不僅能穩定外送產(chǎn)品氫氣壓嚴重影響空冷器和水冷器的換熱能力,還影響甲力,還能保證下游裝置用氫量。醇分離器的分離效果。由于甲醇不能很好的分3.2.3改造效果離,帶入合成塔后使合成反應進(jìn)一步惡化,同時(shí)造減輕操作負擔、節約投資、滿(mǎn)足氫氣回收和下成合成系統循環(huán)量嚴重超過(guò)設計的671.0t/h,最游裝置用氫氣的要求、降低能耗、節能減排。高達到845t/h,壓縮機長(cháng)期滿(mǎn)負荷運行;同時(shí)壓3.3甲醇合成塔改造及操作優(yōu)化縮機一級密封氣存在石蠟等雜質(zhì),會(huì )造成壓縮機3.3.1存在問(wèn)題干氣密封組件磨損,存在安全隱患;其他的副產(chǎn)物(1)包頭某公司180萬(wàn)t/a煤制甲醇自投料的生成,給后續穩定精餾塔單元增加了負擔以來(lái),甲醇合成塔上部催化劑床層局部溫度一直f)粗甲醇過(guò)濾器選型不對,不能很好的過(guò)濾處于超溫狀態(tài)。床層最高時(shí)熱點(diǎn)溫度至309℃,生成的石蠟等雜質(zhì),給后系統造成負擔系統穩定裝填下,1塔上部2熱點(diǎn)溫度均在292g)空冷器和水冷器的冷量設計不足、分離器301℃,在系統負荷調整過(guò)程中容易超309℃,的分離效果差,造成甲醇不能有效分離,增加了合導致系統高負荷運行時(shí)存在隱患成塔的負擔,為了滿(mǎn)足生產(chǎn)負荷的需要,必需提高(2)系統結蠟嚴重、水冷器后分離氣體溫度高床層溫度,也是造成合成塔溫度超溫的原因。(設計45℃,運行中最高到達60C)、合成塔的循環(huán)量過(guò)大(設計量為671t/h,運行中最高達到845t/h)、壓縮機長(cháng)期滿(mǎn)負荷運行,不僅嚴重影響甲醇合成反應,還存在潛在隱患。T自目3.3.2原因分析T(1)合成塔設計方面在合成塔設計方面(如圖7所示),甲醇合成塔為徑向流反應器蒸汽上升式合成塔,催化劑裝填在反應器的殼側,從汽包來(lái)的鍋爐水進(jìn)入反應器的底部然后向上流動(dòng)帶走甲醇合成反應所產(chǎn)生的反應熱,汽包內副產(chǎn)中壓蒸汽。新鮮的合成氣圖7包頭某公司甲醇合成塔示意圖從反應器底部的中心管進(jìn)入,中心管管壁上有分配孔以保證氣體的分布均勻,氣體沿徑向從內到(2)工藝方面有幾個(gè)原因外通過(guò)反應器的催化劑床層a)合成塔進(jìn)出口調溫副線(xiàn)開(kāi)度過(guò)大(現在開(kāi)a)合成塔的上部由于沒(méi)有開(kāi)孔收集器,熱氣度為:45%左右),造成出口氣體不能很好的換熱,體需向下折流經(jīng)過(guò)中下部的催化劑后進(jìn)入收集器熱量后移,給后面空冷和水冷器增加負擔。才能流出塔外,造成合成塔上部熱量累積超溫b)氣體組分對合成塔床層溫度的影響,在系b)超溫處催化劑范圍內不含有換熱的列管,統調整負荷時(shí),新鮮氣中的CO2含量控制不穩屬于絕熱反應,熱量只能靠氣體帶出,所以反應熱定,忽高忽低,在CO2含量過(guò)低的情況下,加劇了帶出較慢,造成合成塔上部熱量累積超溫。CO和H2氣的反應,導致合成塔催化劑床層c)包頭某公司合成塔內換熱管數量為1040超溫;根,換熱能力不足,不能有效的將反應熱帶出,是c)合成系統內惰性氣體控制過(guò)低(小于合成塔床層溫度超溫的重要原因之8%),在催化劑使用初期,其活性好,惰性氣體含d)合成塔從底部進(jìn)氣,相對中下部直接徑向H中國煤化工體的分壓,造成反應劇流出塔外的氣體而言,氣體在塔中上部滯留時(shí)間CNMHG較長(cháng),反應熱不能及時(shí)帶走,造成合成塔頂部3.33改造內容及處理方法超溫(1)改變進(jìn)氣方式,由原來(lái)的從合成塔底部進(jìn)e)高溫操作,造成甲醇合成反應副產(chǎn)物增加氣,改為上下同時(shí)進(jìn)氣。從塔頂進(jìn)氣的合成氣體如生成石蠟、高級醇、醚類(lèi)等),生成的石蠟不僅經(jīng)催化劑反應后直接排出,不會(huì )在上部滯留時(shí)間化工設計通訊第41卷較長(cháng),能夠有效的將反應熱帶岀,減輕上部溫度超3.↓膜分離系統改造溫的現象的發(fā)生。如圖8所示3.4.1存在問(wèn)題(1)包頭某公司膜分離設計最大處理能力為22332m2(標)/h,在催化劑中后期馳放氣量能達到30000m3(標)/h左右,不能滿(mǎn)足處理的要求,導致大量馳放氣放空到火炬,增加能耗,不利于環(huán)保。(2)膜組能承受的溫度最高位67℃,當2號空冷、水冷器冷卻效果不好和系統在線(xiàn)除蠟時(shí),馳放氣溫度偏高·膜分離單元容易發(fā)生高溫聯(lián)鎖跳車(chē)。3.4.2改造內容圖8新疆某公司甲醇合成塔示意圖(1)提高設計量到最大,34500m3(標)/h。(2)選擇耐高溫的膜組,最高能夠承受85℃(2)增加合成塔內部換熱管,由包頭某公司合3.4.3改造效果成塔內部的1040根,增加到筆者所在公司的1(1)在催化劑中后期,能完全處理馳放氣量,424根,能夠有效的將反應熱帶走,不僅減輕合成節能減排,增加經(jīng)濟效益塔床層溫度超溫的現象,還能減輕后系統空冷器(2)高溫膜組的選擇,避免了膜組因高溫引發(fā)和水冷器的負擔。聯(lián)鎖的危險,保證膜分離單元長(cháng)期穩定的運行(3)增加空冷器數量,由包頭某公司的1、2號3.5甲醇合成催化劑還原中遇到的問(wèn)題及解決空冷器的14臺、18臺增加到現在的18臺、22臺;辦法將甲醇分離器的擋液板位置下移,將甲醇有效的3.5.1存在問(wèn)題分離,減輕合成塔的操作負擔、將合成氣循環(huán)量控由于新疆偏遠,不利于氫氣運輸,因此用傳統制在設計值的氫氣槽車(chē)運輸不能保證催化劑高效還原。(4)選擇高效甲醇過(guò)濾器,能夠有效的將生成3.5.2改造內容的石蠟等雜質(zhì)過(guò)濾。增加甲醇裂解制氫氣裝置,產(chǎn)品氫氣由PSA(5)配合凈化裝置控制好CO2體積分數在提純后(壓力1.0MPa,1500m2(標)/h),供催化1.95%~3.0%左右,催化劑初期控制CO2偏高,劑還原時(shí)使用。防止催化劑超溫,同時(shí)合成催化劑處于使用初期,3.5.3改造效果活性較好,這就要求將合成系統內的惰性氣含量節約投資,保證還原用氫量?？刂圃?0%以上,來(lái)抑制甲醇合成反應的劇烈行,保證床層溫度。4結語(yǔ)(6)盡量維持合成塔調溫副線(xiàn)在1%~5%的通過(guò)以上措施,逐漸解決了生產(chǎn)和設計上存小開(kāi)度范圍,進(jìn)出口氣體充分換熱·降低空冷器和在的絕大部分問(wèn)題,取得了顯著(zhù)的效果,在以后建水冷器負擔,同時(shí)可根據催化劑使用情況適當降設的同類(lèi)型大規模煤化工項目中值得借鑒。但也低汽包壓力,控制床層溫度,延長(cháng)催化劑壽命。存在著(zhù)一些尚未能解決的問(wèn)題,如DAVY的合成3.3.4改造效果分布不均勻、容易生成石蠟等還需通過(guò)以上揹施,能有效解決合成塔頂床層溫中國煤化工施技術(shù)改造,從而逐漸度超溫、合成塔循環(huán)量大,壓縮機長(cháng)期滿(mǎn)負荷運CNMH運行的瓶頸。行、甲醇分離效果差、系統結蠟嚴重等問(wèn)題。