CN209778703U - 一种低压甲醇合成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种低压甲醇合成系统，包括依次连通的甲醇合成装置、除蜡装置和甲醇分离装置。所述低压甲醇合成系统设置除蜡装置，能够将甲醇合成副反应产生的石蜡及时排出系统，大大减少因石蜡进入合成系统后导致设备和管道堵塞，继而引发各种影响正常生产的问题；采用锅炉给水强制循环移热技术，移热快捷高效，有效简化设备布置，降低装置框架的工程投资，且不会出现由于汽包安装高度计算不准确导致循环倍率下降引起移热不充分的问题。

Description

一种低压甲醇合成系统

技术领域

本实用新型涉及化工技术与装置领域，尤其涉及一种低压甲醇合成系统。

背景技术

甲醇是重要的有机化工原料和洁净液体燃料，广泛应用于有机合成、染料、农药、医药、涂料、交通和国防工业中，是碳一化工的基础产品。甲醇及其衍生物有着广泛的用途，世界各国都把甲醇作为碳一化工的重要研究领域。现在甲醇已成为新一代能源的重要起始原料，可生产一系列深加工产品，并成为碳一化工的突破口。在石油资源紧缺以及清洁能源、环保需求的形势下，以煤为原料生产甲醇，有望成为实现煤的清洁利用、弥补石油能源不足的途径，因此甲醇化工已成为化工和能源工业的主要领域之一。

甲醇合成方法按照合成压力的不同分为高压法(19.6～29.4MPaG)、中压法(9.8～19.6MPaG)、低压法(4.9～9.8MPaG)。由于低压法相对高压法来说，具有设备容易制造、装置投资少、能耗低等优点，因此低压法得到了长足的发展和广泛应用。

国家安全监管总局与住房城乡建设部于2013年6月20日联合发布了《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》(以下简称《通知》)，《通知》中规定设计单位应根据建设项目的特点，重点开展安全联锁、紧急停车系统及安全仪表系统等文件的安全评审工作。根据同年发布的重点监管危险化工工艺目录，加氢工艺的反应物料具有高燃爆危险性，为强烈的放热反应，催化剂再生和活化过程中易引发爆炸，加氢反应尾气中有未完全反应的氢气和其它杂质在排放时易引发着火或爆炸。

一氧化碳加氢生产甲醇属于典型的加氢工艺。根据安全控制基本要求，应在甲醇合成系统中设置温度和压力的报警和联锁、紧急冷却系统、氢气紧急切断系统等。宜采用的控制方式为将加氢反应器内温度与氢气流量形成联锁关系，设立紧急停车，加入急冷氮气。当加氢反应器内温度超标时应自动停止加氢、泄压，并设置安全泄放系统。

目前，国内外以合成气生产甲醇的过程中，在合成粗甲醇时，发现有高碳链的碳氢化合物及石蜡烃的生成，尤其在首次开车时和催化剂使用后期比较严重。粗甲醇产品中一旦有石蜡的存在，在后续工序中将无法处理。根据其特性，虽然对精甲醇产品的质量影响不大，但对甲醇合成、精馏工序的生产有较大的影响。严重时，会引起甲醇水冷器、高压甲醇分离器堵塞，甚至连温度较高的甲醇合成塔出口管也会被石蜡堵塞，被迫停产，清蜡检修。因此在甲醇合成过程中，减少和避免结蜡现象或者避免生成的石蜡烃进入下游设备是非常重要的。

因此，对于目前的低压甲醇合成系统，有待于做进一步的改进。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种低压甲醇合成系统，包括依次连通的甲醇合成装置、除蜡装置和甲醇分离装置。所述低压甲醇合成系统设置除蜡装置，能够及时排蜡，将甲醇合成副反应产生的石蜡直接带出系统，大大减少因石蜡进入合成系统后导致设备和管道堵塞，继而引发各种影响正常生产的问题；采用锅炉给水强制循环移热技术，移热快捷高效，有效简化设备布置，降低装置框架的工程投资，且不会出现由于汽包安装高度计算不准确导致循环倍率下降引起移热不充分的问题。所述低压甲醇合成系统可简化设备布置、有效降低工程投资及能耗，能够大大提高生产稳定性和安全性。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种低压甲醇合成系统，包括依次连通的甲醇合成装置、除蜡装置和甲醇分离装置。

优选地，所述甲醇合成装置包括入塔气预热器、甲醇合成塔，所述入塔气预热器设有热源入口、热源出口、冷源入口和冷源出口，所述甲醇合成塔设有管程入口和管程出口，入塔气预热器的冷源入口与甲醇分离装置连通，入塔气预热器的冷源出口与甲醇合成塔的管程入口连通，甲醇合成塔的管程出口与入塔气预热器的热源入口连通，入塔气预热器的热源出口与所述除蜡装置连通。

更优选地，所述甲醇合成装置还包括第三切断阀、第四切断阀、第五切断阀和甲醇合成塔旁路管线，所述的第三切断阀设于甲醇合成塔旁路管线上，所述第四切断阀设于入塔气预热器的冷源出口与甲醇合成塔的管程入口连通的管线上，所述第五切断阀设于甲醇合成塔的管程出口与入塔气预热器的热源入口连通的管线上，设于所述第四切断阀之前和第五切断阀之后的连通管线为所述甲醇合成塔旁路管线。

更优选地，所述甲醇合成装置还包括保安中压氮气管线、与火炬总管相连的第二事故火炬气管线、第六切断阀和第七切断阀，所述保安中压氮气管线与甲醇合成塔的管程入口连通，所述与火炬总管相连的第二事故火炬气管线与甲醇合成塔的管程出口连通，所述第六切断阀设于所述保安中压氮气管线上，所述第七切断阀设于所述与火炬总管相连的第二事故火炬气管线上。

更优选地，所述甲醇合成装置还包括汽包和汽包循环泵，所述汽包设有锅炉给水入口、汽水混合物入口、锅炉水出口和副产中压蒸汽出口，所述甲醇合成塔设有壳程入口和壳程出口，界区的锅炉给水经汽包的锅炉给水入口通入，汽包的锅炉水出口经所述汽包循环泵与甲醇合成塔的壳程入口连通，甲醇合成塔的壳程出口与汽包的汽水混合物入口连通，副产的中压蒸汽从汽包的副产中压蒸汽出口排出。

优选地，所述甲醇分离装置包括甲醇水冷器、高压甲醇分离器和甲醇膨胀槽，所述除蜡装置、甲醇水冷器、高压甲醇分离器和甲醇膨胀槽依次连通。

更优选地，还包括第一切断阀、第二切断阀、脱硫脱碳气管线和第一事故火炬气管线，所述脱硫脱碳气管线与所述甲醇合成装置连通，所述第一切断阀设于所述脱硫脱碳气管线上，在所述第一切断阀之前的脱硫脱碳气管道上设有另一通路为所述第一事故火炬气管线，所述第二切断阀设于所述第一事故火炬气管线上。

更优选地，所述甲醇膨胀槽设有第一出口和第二出口，甲醇膨胀槽的第一出口输出粗甲醇，甲醇膨胀槽的第二出口输出闪蒸气。

更优选地，所述甲醇分离装置还包括循环气压缩机、氢回收装置和氢气压缩机，所述高压甲醇分离器顶部出口设置两气相通路，第一气相通路经所述循环气压缩机与所述甲醇合成装置连通，所述氢回收装置设有入口、第一出口和第二出口，所述高压甲醇分离器顶部出口设有的第二气相通路与所述氢回收装置的入口连通，所述氢回收装置的第一出口经所述氢气压缩机和循环气压缩机与所述甲醇合成装置连通，氢回收装置的第二出口排出的气体作为弛放气与燃料气管网连通。

进一步更优选地，所述甲醇分离装置还包括用于驱动所述循环气压缩机的汽轮机，所述汽轮机与循环气压缩机连接。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下优点之一：

本实用新型中的甲醇合成塔采用锅炉给水强制循环移热技术，不仅移热快捷高效，还可以有效降低汽包的安全高度和技术要求，简化设备布置，同时也降低工程投资，且不会出现由于汽包的布置高度计算不准确所导致的循环倍率下降、移热效果不理想等问题。采用强制循环，能够高效合理地利用反应热，增强传热效果；

本实用新型在甲醇合成塔出口设置除蜡装置，能够及时有效将石蜡烃排出系统之外，对蜡质脱除效率能够达到98.5％以上。通常情况下，甲醇合成装置结蜡现象难以避免，一旦结蜡，对生产影响较大，若停车处理，损失更大。现有技术一般是采用“在线除蜡”的方法。所谓“在线除蜡”就是在系统运行过程中，降低系统负荷，人为提高甲醇水冷器出口温度，将生成的石蜡熔化并由循环气将其带入高压甲醇分离器中的操作方法。相比于现有技术，增设除蜡装置之后，能够避免因在线除蜡的需要所带来的甲醇减产和较高的能耗等，在操作和运行上都具有较大的优势；

本实用新型设置一系列用于安全联锁系统的紧急切断阀(第一切断阀至第七切断阀)、与甲醇合成塔相连的保安中压氮气管线以及与火炬总管相连的第一事故火炬气管线和第二事故火炬气管线，采用甲醇合成反应温度联锁方案，一旦加氢反应超温，所设置的七台紧急切断阀按顺控动作，保证加氢工艺的安全，最大限度避免着火或爆炸现象的发生，符合国家安全监管总局对于加氢工艺安全控制的基本要求。

附图说明

图1显示为本实用新型的低压甲醇合成系统图。

附图标记：

a 甲醇合成装置

3 入塔气预热器

4 甲醇合成塔

5 汽包

6 汽包循环泵

7 除蜡装置

b 甲醇分离装置

8 甲醇水冷器

9 高压甲醇分离器

10 甲醇膨胀槽

1 汽轮机

2 循环气压缩机

11 氢回收装置

12 氢气压缩机

A 第一切断阀

B 第二切断阀

C 第三切断阀

D 第四切断阀

E 第五切断阀

F 第六切断阀

G 第七切断阀

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，一种低压甲醇合成系统，包括依次连通的甲醇合成装置a、除蜡装置7和甲醇分离装置b。

在一个优选的实施例中，所述甲醇合成装置a包括入塔气预热器3、甲醇合成塔4，所述入塔气预热器3设有热源入口、热源出口、冷源入口和冷源出口，所述甲醇合成塔4设有管程入口和管程出口，入塔气预热器3的冷源入口与甲醇分离装置b连通，入塔气预热器3的冷源出口与甲醇合成塔4的管程入口连通，甲醇合成塔4的管程出口与入塔气预热器3的热源入口连通，入塔气预热器3的热源出口与所述除蜡装置7连通。

甲醇合成塔4可为绝热固定床气固相催化反应器。

在一个优选的实施例中，所述甲醇合成装置a还包括第三切断阀C、第四切断阀D、第五切断阀E和甲醇合成塔旁路管线，所述的第三切断阀C设于甲醇合成塔旁路管线上，所述第四切断阀D设于入塔气预热器3的冷源出口与甲醇合成塔4的管程入口连通的管线上，所述第五切断阀E设于甲醇合成塔4的管程出口与入塔气预热器3的热源入口连通的管线上，设于所述第四切断阀D之前和第五切断阀E之后的连通管线为所述甲醇合成塔旁路管线。

在一个优选的实施例中，所述甲醇合成装置a还包括保安中压氮气管线、与火炬总管相连的第二事故火炬气管线、第六切断阀F和第七切断阀G，所述保安中压氮气管线与甲醇合成塔4的管程入口连通，所述与火炬总管相连的第二事故火炬气管线与甲醇合成塔4的管程出口连通，所述第六切断阀F设于所述保安中压氮气管线上，所述第七切断阀G设于所述与火炬总管相连的第二事故火炬气管线上。

在一个优选的实施例中，所述甲醇合成装置a还包括汽包5和汽包循环泵6，所述汽包5设有锅炉给水入口、汽水混合物入口、锅炉水出口和副产中压蒸汽出口，所述甲醇合成塔4设有壳程入口和壳程出口，界区的锅炉给水经汽包5的锅炉给水入口通入，汽包5的锅炉水出口经所述汽包循环泵6与甲醇合成塔4的壳程入口连通，甲醇合成塔4的壳程出口与汽包5的汽水混合物入口连通，副产的中压蒸汽从汽包5的副产中压蒸汽出口排出。

在一个优选的实施例中，所述甲醇分离装置b包括甲醇水冷器8、高压甲醇分离器9和甲醇膨胀槽10，所述除蜡装置7、甲醇水冷器8、高压甲醇分离器9和甲醇膨胀槽10依次连通。

在一个优选的实施例中，还包括第一切断阀A、第二切断阀B、脱硫脱碳气管线和第一事故火炬气管线，所述脱硫脱碳气管线与所述甲醇合成装置a连通，所述第一切断阀A设于所述脱硫脱碳气管线上，在所述第一切断阀A之前的脱硫脱碳气管道上设有另一通路为所述第一事故火炬气管线，所述第二切断阀B设于所述第一事故火炬气管线上。

在一个优选的实施例中，所述甲醇膨胀槽10设有第一出口和第二出口，甲醇膨胀槽10的第一出口输出粗甲醇，甲醇膨胀槽10的第二出口输出闪蒸气。

高压甲醇分离器9，与所述甲醇水冷器8连通进行气液分离，分离出的液相输入至甲醇膨胀槽10，分离出的少部分循环气作为氢回收装置11的原料气，分离出的大部分循环气送至循环气压缩机。

在一个优选的实施例中，所述甲醇分离装置b还包括循环气压缩机2、氢回收装置11和氢气压缩机12，所述高压甲醇分离器9顶部出口设置两气相通路，第一气相通路经所述循环气压缩机2与所述甲醇合成装置a连通，所述氢回收装置11设有入口、第一出口和第二出口，所述高压甲醇分离器9顶部出口设有的第二气相通路与所述氢回收装置11的入口连通，所述氢回收装置11的第一出口经所述氢气压缩机12和循环气压缩机2与所述甲醇合成装置a连通，氢回收装置11的第二出口排出的气体作为弛放气与燃料气管网连通。

在一个优选的实施例中，所述甲醇分离装置b还包括用于驱动所述循环气压缩机2的汽轮机1，所述汽轮机1与循环气压缩机2连接。所述汽轮机1可为凝汽式蒸汽透平，动力可为中压过热蒸汽，产生的蒸汽冷凝液可送至脱盐水站。

使用本实用新型低压甲醇合成系统，具体包括如下步骤：

1)来自低温甲醇洗单元5.5MPaG、30℃的脱硫脱碳气(主要组分为H₂、CO、CO₂，摩尔比(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)＝2.0～2.1)与循环气压缩机出口合成气混合后送至入塔气预热器；

2)混合后的合成气在入塔气预热器中与出塔合成气换热，温度由50℃升至220℃后送至甲醇合成塔，在铜系催化剂的作用下进行甲醇合成反应。甲醇合成反应为放热反应，合成塔出口合成气温度约为250℃；

3)由汽包循环泵向甲醇合成塔壳程通入饱和锅炉给水，通过锅炉给水汽化带走大部分甲醇合成的反应热，维持甲醇合成塔的温度，同时汽包副产2.5MPaG中压饱和蒸汽；

4)甲醇合成塔出塔合成气进入入塔气预热器中与入塔合成气换热，温度由250℃降至100℃后进入除蜡装置，将甲醇合成反应中生成的长链石蜡烃从合成气中分离下来并暂存在除蜡装置收集槽中。除蜡装置对合成气中蜡的脱除效率≥98.5％，排蜡频率约为1次/月。

5)除蜡装置出口经过除蜡的出塔合成气进入甲醇水冷器，在循环冷却水的作用下，温度进一步降至40℃；

6)甲醇水冷器出口气相两相流进入高压甲醇分离器中进行气液分离。高压甲醇分离器为高效分离器，出口带液量≤0.01kg/1000Nm³，最大程度避免因液体进入对压缩机造成的损坏；

7)高压甲醇分离器出口气相分为两路，一路至氢回收装置回收驰放气中的氢气，氢回收装置出口富氢气压力约为1.5～1.6MPaG，回收的富氢气送至氢气压缩机增压至约4.9MPaG，与高压甲醇分离器出口另一路气相混合后送至循环气压缩机，由循环气压缩机增压至5.5MPaG；

8)高压甲醇分离器中的液相经减压至0.4MPaG后送至甲醇膨胀槽进一步闪蒸出溶解在液相中的不凝气，不凝气作为驰放气送至火炬燃烧，液相粗甲醇可送至甲醇精馏单元进一步提纯。

为了保证加氢系统的安全性，设置了7组紧急切断阀(第一切断阀至第七切断阀)。当设置在甲醇合成塔反应管内的热电偶检测到高高联锁温度时，立即触发超温联锁动作。当接收到来自安全仪表系统(SIS)的动作指令后，甲醇合成塔旁路管线第三切断阀C打开，合成塔入口管线第四切断阀D、出口管线第五切断阀E关闭，将甲醇合成塔从循环系统中隔离出来，使甲醇合成塔出口管线与入口管线通过旁路管线直接相连。5s之后，打开保安中压氮气管线上的第六切断阀F，同时打开甲醇合成塔出口第二事故火炬气管线上设置的第七切断阀G，保安氮气通入甲醇合成塔管程，将反应管内残留的合成气吹扫至火炬总管，在此过程中应注意空速的控制，避免对催化剂床层的破坏。同时，关闭来自界外的脱硫脱碳气总管上的第一切断阀A，打开其与火炬总管相连的第一事故火炬气管线上的第二切断阀B，避免在甲醇合成塔超温时脱硫脱碳气进入甲醇合成系统。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种低压甲醇合成系统，其特征在于，包括依次连通的甲醇合成装置(a)、除蜡装置(7)和甲醇分离装置(b)，所述甲醇合成装置(a)包括入塔气预热器(3)、甲醇合成塔(4)，所述入塔气预热器(3)设有热源入口、热源出口、冷源入口和冷源出口，所述甲醇合成塔(4)设有管程入口和管程出口，入塔气预热器(3)的冷源入口与甲醇分离装置(b)连通，入塔气预热器(3)的冷源出口与甲醇合成塔(4)的管程入口连通，甲醇合成塔(4)的管程出口与入塔气预热器(3)的热源入口连通，入塔气预热器(3)的热源出口与所述除蜡装置(7)连通。

2.如权利要求1所述的低压甲醇合成系统，其特征在于，所述甲醇合成装置(a)还包括第三切断阀(C)、第四切断阀(D)、第五切断阀(E)和甲醇合成塔旁路管线，所述的第三切断阀(C)设于甲醇合成塔旁路管线上，所述第四切断阀(D)设于入塔气预热器(3)的冷源出口与甲醇合成塔(4)的管程入口连通的管线上，所述第五切断阀(E)设于甲醇合成塔(4)的管程出口与入塔气预热器(3)的热源入口连通的管线上，设于所述第四切断阀(D)之前和第五切断阀(E)之后的连通管线为所述甲醇合成塔旁路管线。

3.如权利要求1所述的低压甲醇合成系统，其特征在于，所述甲醇合成装置(a)还包括保安中压氮气管线、与火炬总管相连的第二事故火炬气管线、第六切断阀(F)和第七切断阀(G)，所述保安中压氮气管线与甲醇合成塔(4)的管程入口连通，所述与火炬总管相连的第二事故火炬气管线与甲醇合成塔(4)的管程出口连通，所述第六切断阀(F)设于所述保安中压氮气管线上，所述第七切断阀(G)设于所述与火炬总管相连的第二事故火炬气管线上。

4.如权利要求1所述的低压甲醇合成系统，其特征在于，所述甲醇合成装置(a)还包括汽包(5)和汽包循环泵(6)，所述汽包(5)设有锅炉给水入口、汽水混合物入口、锅炉水出口和副产中压蒸汽出口，所述甲醇合成塔(4)设有壳程入口和壳程出口，界区的锅炉给水经汽包(5)的锅炉给水入口通入，汽包(5)的锅炉水出口经所述汽包循环泵(6)与甲醇合成塔(4)的壳程入口连通，甲醇合成塔(4)的壳程出口与汽包(5)的汽水混合物入口连通，副产的中压蒸汽从汽包(5)的副产中压蒸汽出口排出。

5.如权利要求1所述的低压甲醇合成系统，其特征在于，所述甲醇分离装置(b)包括甲醇水冷器(8)、高压甲醇分离器(9)和甲醇膨胀槽(10)，所述除蜡装置(7)、甲醇水冷器(8)、高压甲醇分离器(9)和甲醇膨胀槽(10)依次连通。

6.如权利要求5所述的低压甲醇合成系统，其特征在于，还包括第一切断阀(A)、第二切断阀(B)、脱硫脱碳气管线和第一事故火炬气管线，所述脱硫脱碳气管线与所述甲醇合成装置(a)连通，所述第一切断阀(A)设于所述脱硫脱碳气管线上，在所述第一切断阀(A)之前的脱硫脱碳气管道上设有另一通路为所述第一事故火炬气管线，所述第二切断阀(B)设于所述第一事故火炬气管线上。

7.如权利要求5所述的低压甲醇合成系统，其特征在于，所述甲醇膨胀槽(10)设有第一出口和第二出口，甲醇膨胀槽(10)的第一出口输出粗甲醇，甲醇膨胀槽(10)的第二出口输出闪蒸气。

8.如权利要求5所述的低压甲醇合成系统，其特征在于，所述甲醇分离装置(b)还包括循环气压缩机(2)、氢回收装置(11)和氢气压缩机(12)，所述高压甲醇分离器(9)顶部出口设置两气相通路，第一气相通路经所述循环气压缩机(2)与所述甲醇合成装置(a)连通，所述氢回收装置(11)设有入口、第一出口和第二出口，所述高压甲醇分离器(9)顶部出口设有的第二气相通路与所述氢回收装置(11)的入口连通，所述氢回收装置(11)的第一出口经所述氢气压缩机(12)和循环气压缩机(2)与所述甲醇合成装置(a)连通，氢回收装置(11)的第二出口排出的气体作为弛放气与燃料气管网连通。

9.如权利要求8所述的低压甲醇合成系统，其特征在于，所述甲醇分离装置(b)还包括用于驱动所述循环气压缩机(2)的汽轮机(1)，所述汽轮机(1)与循环气压缩机(2)连接。