合成气生产甲醇工艺流程

第五章甲醇生产-3.2编号：No.20课题：合成气生产甲醇工艺流程授课内容：合成气制甲醇工艺流程知识目标：●了解合成气制甲醇过程对原料的要求●掌握合成气制甲醇原则工艺流程能力目标：●分析和判断合成气组成对反应过程及产品的影响●对比高压法与低压法制甲醇的优缺点思考与练习：●合成气制甲醇工艺流程有哪些部分构成？●对比高压法与低压法制甲醇的优缺点●合成气生产甲醇对原料有哪些要求？如何满足？授课班级：授课时间：年月日第五章甲醇生产-3.2四、生产甲醇的工艺流程（一）生产工序合成气合成甲醇的生产过程，不论采用怎样的原料和技术路线，大致可以分为以下几个工序，见图5-1。气态烃或CO、CO2H2、CO、CO2比例合适5、10、32MPa液态烃、煤H2含硫量小于0.2ppm蒸汽精甲醇成品粗甲醇或氧、空气图5-1甲醇生产流程图1．原料气的制备合成甲醇，首先是制备原料氢和碳的氧化物。一般以含碳氢或含碳的资源如天然气、石油气、石脑油、重质油、煤和乙炔尾气等，用蒸汽转化或部分氧化加以转化，使其生成主要由氢、一氧化碳、二氧化碳组成的混合气体，甲醇合成气要求（H2－CO2）/（CO+CO2）=2.1左右。合成气中还含有未经转化的甲烷和少量氮，显然，甲烷和氮不参加甲醇合成反应，其含量越低越好，但这与制备原料气的方法有关；另外，根据原料不同，原料气中还可能含有少量有机和无机硫的化合物。为了满足氢碳比例，如果原料气中氢碳不平衡，当氢多碳少时（如以甲烷为原料），则在制造原料气时，还要补碳，一般采用二氧化碳，与原料同时进入设备；反之，如果碳多，则在以后工序要脱去多余的碳（以CO2形式）。2．净化净化有两个方面：一是脱除对甲醇合成催化剂有毒害作用的杂质，如含硫的化合物。原料气中硫的含量即使降至1ppm，对铜系催化剂也有明显的毒害作用，因而缩短其使用寿命，对锌系催化剂也有一定的毒害。经过脱硫，要求进入合成塔气体中的硫含量降至小于0.2ppm。脱硫的方法一般有湿法和干法两种。脱硫工序在整个制甲醇工艺流程中的位置，要根据原料气的制备方法而定。如以管式炉蒸汽转化的方法，因硫对转化用镍催化剂也有严重的毒害作用，脱硫工序需设置在原料气设备之前；其它制原料气方法，则脱硫工序设置在后面。二是调节原料气的组成，使氢碳比例达到前述甲醇合成的比例要求，其方法有两种。原料气制备净化压缩合成精馏第五章甲醇生产-3.2（1）变换。如果原料气中一氧化碳含量过高（如水煤气、重质油部分氧化气），则采取蒸汽部分转换的方法，使其形成如下变化反应：CO+H2OH2+CO2。这样增加了有效组分氢气，提高了系统中能的利用效率。若造成CO2多余，也比较容易脱除。（2）脱碳。如果原料气中二氧化碳含量过多，使氢碳比例过小，可以采用脱碳方法除去部分二氧化碳。脱碳方法一般采用溶液吸收，有物理吸收和化学吸收两种方法。3．压缩通过往复式或透平式压缩机，将净化后的气体压缩至合成甲醇所需要的压力，压力的高低主要视催化剂的性能而定。4．合成根据不同的催化剂，在不同的压力下，温度为240～270℃或360～400℃，通过催化剂进行合成反应，生成甲醇。由于受催化剂选择性的限制，生成甲醇的同时，还有许多副反应伴随发生，所以得到的产品是以甲醇为主和水以及多种有机杂质混合的溶液，即粗甲醇。5．蒸馏粗甲醇通过蒸馏方法清除其中有机杂质和水，而制得符合一定质量标准的较纯的甲醇。称精甲醇。同时，可能获得少量副产物。（二）工艺流程工业上合成甲醇工艺流程主要有高压法和中、低压法。1．高压法合成甲醇的工艺流程高压法工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂，在高温高压下合成甲醇的流程，如图5-2所示。由压缩工段送来的具有31.36MPa压力的新鲜原料气，先进入铁油分离器（5），在此与循环压缩机（4）送来的循环气汇合。这两种气体中的油污、水雾及羰基化合物等杂质同时在铁油分离器中除去，然后进入甲醇合成塔（1）。CO与H2在塔内于30MPa左右压力和360～420℃温度下，在锌铬催化剂上反应生成甲醇。转化后的气体经塔内热交换预热刚进入塔内的原料气，温度降至160℃以下，甲醇含量约为3%。经塔内热交换后的转化气体混合物出塔，进入喷淋式冷凝器（2），出冷凝器后混合物气体温度降至30～35℃，再进入高压甲醇第五章甲醇生产-3.2图5-2高压法合成甲醇工艺流程1－合成塔；2－水冷凝器；3－甲醇分离器；4－循环压缩机；5－铁油分离器；6－粗甲醇中间槽分离器（3）。从甲醇分离器出来的液体甲醇减压至0.98～1.568MPa后送入粗甲醇中间槽（6）。由甲醇分离器出来的气体，压力降至30MPa左右，送循环压缩机以补充压力损失，使气体循环使用。为避免惰性气体（N2、Ar及CH4）在反应系统中积累，在甲醇分离器后设有放空管，以维持循环气中惰性气体含量在15%～20%左右。原料气分两路进入合成塔。一路经主线（主阀）由塔顶进入，并沿塔壁与内件之间的环隙流至塔底，再经塔内下部的热交换器预热后，进入分气盒；另一路经过副线（副阀）从塔底进入，不经热交换器而直接进入分气盒。在实际生产中可用副阀来调节催化层的温度，使H2和CO能在催化剂的活性温度范围内合成甲醇。2．低压法合成甲醇工艺流程低压工艺流程是指采用低温、低压和高活性铜基催化剂，在5MPa左右压力下，由合成气合成甲醇的工艺流程，如图5-3所示。第五章甲醇生产-3.2图5-3低压法甲醇合成的工艺流程1－加热炉；2－转化炉；3－废热锅炉；4－加热器5－脱硫器；6，12，17，21，24－水冷器；7－气液分离器；8－合成气压缩机；9－循环气压缩机；10－甲醇合成塔；11，15－热交换器；13－甲醇分离器；14－粗甲醇中间槽；16－脱轻组分塔；18－分离塔；19，22－再沸塔；20－甲醇精馏塔；23－CO2吸收塔天然气经加热炉（1）加热后，进入转化炉（2）发生部分氧化反应生成合成气，合成气经废热锅炉（3）和加热器（4）换热后，进入脱硫器（5），脱硫后的合成气经水冷却和汽液分离器（7），分离除去冷凝水后进入合成气三段离心式压缩机（8），压缩至稍低于5MPa。从压缩机第三段出来的气体不经冷却，与分离器出来的循环气混合后，在循环压缩机（9）中压缩到稍高于5MPa的压力，进入合成塔（10）。循环压缩机为单段离心式压缩机，它与合成气压缩机一样都采用气轮机驱动。合成塔顶尾气经转化后含CO2量稍高，在压缩机的二段后，将气体送入CO2吸收塔（23），用K2CO3溶液吸收部分CO2，使合成气中CO2保持在适宜值。吸收了CO2的K2CO3溶液用蒸汽直接再生，然后循环使用。合成塔中填充CuO-ZnO-Al2O3催化剂，于5MPa压力下操作。由于强烈的放热反应，必须迅速移出热量，流程中采用在催化剂层中直接加入冷原料的冷激法，保持温度在240～270℃之间。经合成反应后，气体中含甲醇3.5%～4%（体积），送入加热器（11）以预热合成气，塔（10）釜部物料在水冷器（12）中冷却后进入分离器（13）。粗甲醇送中间槽（14），未反应的气体返回循环压缩机（9）。为防止惰性气体的积累，把一部分循环气放空。第五章甲醇生产-3.2粗甲醇中甲醇含量约80%，其余大部分是水。此外，还含有二甲醚及可溶性气体，称为轻馏分。水、酯、醛、酮、高级醇称为重馏分。以上混合物送往脱轻组分塔（16），塔顶引出轻馏分，塔底物送甲醇精馏塔（20），塔顶引出产品精甲醇，塔底为水，接近塔釜的某一塔板处引出含异丁醇等组分的杂醇油。产品精甲醇的纯度可达99.85%（质量）。