天然气制甲醇装置

天然气制甲醇装置（精选七篇）

天然气制甲醇装置 篇1

一、天然气制甲醇装置设备能效指标分析

1. 蒸汽转化炉

蒸汽转化炉是天然气制甲醇转化工艺中的重要设备之一。传统的顶烧式方箱炉, 转化管往往以多排的形式存在, 并在辐射段的顶端装有燃烧器, 布置在转化管排之间。为了实现此装置的能效指标, 考虑中压蒸汽中的水碳比取2.6:1.0, 这样, 在蒸汽转化炉中对流段预热原料气/蒸汽混合气、过热高压蒸汽、预热原料气、预热锅炉给水、预热燃烧空气回收烟道气的热量而获得最大的热效率, 热效率可以达到92.5%。

2. 甲醇合成塔

甲醇合成塔是合成工艺中最为重要的设备之一。通常所用的蒸汽上升式合成塔中, 催化剂置于塔的壳层中, 管内副产中压蒸汽, 通过控制蒸汽压力对催化剂床层温度进行严格控制。该塔属于径向流反应器, 且通过触媒层的压降低, 约0.05MPa, 而传统管壳式合成塔催化剂床层阻力高达0.2-0.3 MPa。因此, 一般采用的蒸汽上升式合成塔, 合成回路总阻力降约为0.25 MPa, 循环气的压缩功较低。

3. 转化废热锅炉

转化气废热锅炉同样也是甲醇装置的关键设备, 该设备为自循环火管式锅炉, 可以产生10.5MPa的高压蒸汽。通过计算分析该设备热利用率高, 热效率可达99.5%。

4. 甲醇精馏单元

在甲醇精馏工艺中采用三塔流程, 甲醇收率高, 可达98.7%, 精馏工序所需热量约为3.1GJ/吨甲醇, 而二塔流程精循工序所需热量约为4.0-4.2GJ/吨甲醇, 因此, 采用3+1精馏流程, 可以大大降低精馏工序所需的低压蒸汽消耗, 从而降低总能耗。

二、天然气制甲醇装置节能降耗途径探讨

在天然气化工产品的加工生产过程中, 通常都会产生热能源效应较为强烈的物理和化学变化, 且在每一个工艺环节中都存在着能量和物质的变化和损失。天然气制甲醇工艺也是如此, 由于整条工艺路线较长, 物质温度变化幅度较大, 同时在每一道工序中的工艺实施方案可选较多, 每一套装置内物质/能源变化较为复杂, 使得工艺系统内各单元的用能辨识和集成困难。因此, 要实现气制甲醇装置的节能降耗主要从以下几个途径考虑。

1. 提高氢回收系统运行效率

天然气制甲醇工艺中, 氢气回收的效率是衡量能源利用率的重要指标。在氢回收系统中, 为了充分利用氢气, 首先要去除原料气中的杂质, 像CO、CO2、CH4、N2等, 这里主要采用的是膜分离技术。在这个工艺环节中, 主要依据的原理是不同物质在一定的温度和压力下, 其自身的体积不同, 采用膜分离将不同的物质进行分离。由于相同物质在膜分离中的效率会随着压力的降低而减少, 可以考虑将已经分离出的碳物质重新补入原料加强需分离物质的压力, 提高系统的运行效率。

2. 平衡转化炉管排温差、提高转化炉热效率

蒸汽转化炉是甲醇生产的主要设备之一, 其燃料的消耗在装置总能耗指标中占有相当的比例。转化炉的热效率是转化装置能耗的直接体现, 提高转化炉的转化效率就意味着节省燃料, 减少了生产成本, 提高了能源利用效率。转化炉热效率的提高措施研究, 也成为转化工艺中“节能降耗、挖潜增效”的关键。工艺生产中烧嘴风门开度不均, 使得烧嘴风量的分配存在不同的差异, 导致出口温度的不同, 影响转化炉的效率。

具体应对措施如下:

(1) 加强对窥视孔的检查, 对漏风量较大的应及时加做密封处理;对漏风量不大但密封性能不佳的, 予以紧固螺母。

(2) 检查燃气考克阀的开度情况, 通过适度调节高压燃气考克阀, 平衡转化炉内温差, 尽量使燃气分配量均匀。同样, 检查并调节低压燃气考克阀, 使燃气量供应分配均匀。调整燃气考克阀的开度要在保证烧嘴火焰正常的前提, 然后平均分配燃料气量来缩小转化炉两侧的温差。

3. 提高中压蒸汽管网压力, 提高蒸汽做功效率

蒸汽管网的设计压力与实际操作压力之间存在着一些差异:中压蒸汽压力比设计值低, 而低压蒸汽又比设计值稍高。因此, 在甲醇生产中, 为了进一步接近和满足工艺设计要求, 可以适当提高中压蒸汽管网压力, 同时设法减小低压蒸汽压力, 减弱管网所承受的背压, 进而提高蒸汽的做功效率。中压蒸汽管网压力的提高, 使得蒸汽做功效率进一步提升, 从而更大程度地在这一环节降低蒸汽能耗。

通过提高氢回收系统运行效率, 平衡转化炉管排温差、提高转化炉热效率, 优化中压管网蒸汽系统, 降低透平蒸汽消耗等都能在一定程度上提高天然气转化的效率, 从而降低了生产工艺过程中的能耗。然而, 天然气制甲醇的能源消耗重点在转化工艺, 占到了甲醇生产的绝大部分。因此, 在提高甲醇生产装置效率的同时, 不能放松对高效催化剂的研制。要想真正意义上的降低甲醇生产能源消耗, 需要不断加快催化剂效能的研究, 降低转化所需温度和压力要求的同时, 提高催化效率。

三.结束语

天然气制甲醇的能耗分析及节能措施的研究, 对于甲醇生产企业缩减生产成本, 提高能源利用率有着极为重要的意义。对天然气制甲醇工艺装置的能耗分析和节能优化改造, 不仅可以有效降低能耗, 减少资源浪费, 同时也直接提高了企业的生产效益, 增强了企业的竞争力。

摘要：甲醇已成为重要的基础化工原料之一, 天然气制甲醇已成为化工产业发展的重要生产工艺。通过对天然气制甲醇工艺整体用能状况进行分析, 提出了天然气制甲醇系统节能降耗的途径并加以探讨。

关键词：天然气制甲醇,节能降耗,转化炉

参考文献

[1]钱伯章.甲醇生产技术进展[J].精细化工原料及中间体.2012 (02) .

[2]张丽平.甲醇生产技术新进展[J].天然气化工 (C1化学与化工) .2013 (01) .

天然气制甲醇装置 篇2

现阶段, 以天然气为主要原料的甲醇制备工艺可分为三种类型, 分别为蒸汽催化与转化、氧气转化与热交换器转化, 其中蒸汽催化转化还包括预转化和联合转化, 氧气转化包括自热式与催化式。蒸汽催化转化制备工艺得到了非常广泛的应用, 在世界范围内占据着较大的比重, 约占80%。但该制备工艺长期存在能耗大、原料利用率低下等问题。在国内, 大部分甲醇制备装置还过于落后, 与先进的制备装置不可同日而语, 基本丧失竞争的资本, 使得我国的甲醇制备工艺迟迟得不到进步与发展。因此, 我国应对甲醇制备与生产引起高度的重视, 结合实际情况做出必要的整改和优化, 一方面是为了提高甲醇的制备与生产效率, 另一方面是为了有效控制制备甲醇时所需的能源, 使甲醇制备与生产在良好的环境下健康发展。

2 对天然气制甲醇所需能耗的分析

一般而言, 天然气制甲醇所需主要能源有天然气、电、水和蒸汽等。在实际情况中, 甲醇制备能耗实际上就是天然气的能耗。随着科技的不断发展, 我国工业生产中的甲烷转化率已经得到了显著的提高, 所以在降低能耗方面并不存在较大的空间, 因此, 在制备与生产甲醇的过程中想要控制天然气的能耗, 还需从降低燃料的消耗入手。统计显示, 天然气原料的消耗量持续增加, 在能源总量中占据这极大的比重, 已经超过了74983万Nm3, 而天然气燃料的消耗量也再创新高, 达到了30892万Nm3。从水资源消耗的角度讲, 每年用于制备甲醇的水量为12537.6万m3, 另外蒸汽的消耗量达到了480万Nm3。相关研究表明, 在制备的过程中, 天然气基本不可能实现完成转化, 制备所生产的驰放气也不会达到零排放的高度, 粗甲醇的提纯更不会做到100%, 而且粗甲醇中或多或少都会存在一定量的杂醇, 天然气制甲醇过程中不可避免的会出现碳损失的情况。

3 从技术情况分析如何节能

(1) 提升系统运行效率在天然气制甲醇装置中, 变压吸附装置的作用是将天然气原料中存在的不同杂质全部分离出去, 在天然气原料中常见的杂质有二氧化碳、甲烷等, 将杂质进行妥善的分离和脱除可有效提高氢气的回收率。由于天然气原料中并不含有大量的甲烷, 所以合成系统生成气的碳氢比较低。充分利用变压吸附装置, 将制备生产过程中产生的驰放气实施氢气回收, 从而有效降低甲醇的生产成本, 还可获得足量的氢气, 达到提高甲醇综合产量的根本目的。在实际操作中, 根据要求对变压吸附装置的实际运行效率实施适当的调整, 可大幅提高甲醇的生产效率, 有效较低能耗, 起到节能的作用。

(2) 改变转化炉的热效率在天然气制甲醇过程中, 蒸汽转化装置具有十分重要的作用, 是制备与生产的关键设备, 同时也是主要的燃料消耗设备, 大部分燃料都会运用在蒸汽转化上。蒸汽转化装置的热效率标志着装置的先进程度, 对能耗也具有直接的影响, 因此提高蒸汽转化装置的实际热效率是减少能耗的有效举措, 得到业内人士的广泛认同。在实际工作中, 可采取适当的方法平衡蒸汽转化装置管排温差, 从而达到提高热效率的目的, 在操作时, 应时刻留意窥视孔是否处于关闭的状态, 根据实际状况按照规范调节装置的考克阀, 同时确保风门挡板打开了适宜的角度, 最后采用调节烧嘴前风门打开角度的方式降低装置的温差。妥善完成装置管排温差的平衡工作, 可大幅提高装置的实际热效率, 有效减少生产所需燃气量, 提升生产工艺的整体经济水平。

(3) 降低蒸汽消耗在蒸汽管网的正常运行中, 蒸汽供应紧张是十分常见的问题之一。实践证明, 适当提升中压管的压力, 并减小低压管的压力, 可以有效降低背压, 从而减少蒸汽的流失, 提高效率, 确保蒸汽的有效利用。不仅如此, 还可以适当提升中压蒸汽的实际温度达到提高效率的目的。研究表明, 中压蒸汽的实际温度每提升4.5℃即可节省蒸汽用量约0.4T/H, 而且蒸汽温度的升高还能有效减少循环水透平蒸汽所消耗的能源。另外, 在装置正常运行时适当降低装置的给水透平转速可提高装置给水的安全性和可靠性。

4 结语

在社会与经济高速发展的今天, 天然气制甲醇正向高效节能的方向迈进, 在实际工作中, 对天然气原料的消耗进行针对性的分析和研究, 通过提高变压吸附装置实际运转效率、完善管排温差平衡以及提高蒸汽温压等方式达到提高能源利用率的目的。

参考文献

[1]王琼玖.合成氨与碳化学[M].科学技术出版社, 2011, (11) :15-17.

[2]房鼎业.甲醇生产技术及进展[M].华东化工学院出版社, 2012, (12) :33-35.

[3]化学工业出版社.化工生产流程图集[M].化学工业出版社, 2012, (04) :25-26.

天然气制甲醇装置 篇3

关键词：焦炉煤气,制造甲醇,制造天然气,对比

0 引言

我国焦炭产能已经可以达到年产4亿t, 焦炭消耗总量大约为3.8亿t。目前我国钢铁产业逐渐进入疲软状态, 很多钢铁企业出现了大面积的亏损。焦炭企业焦炉煤气综合利用效果良好能够转化为化工产品, 对于焦炉煤气深加工是非常重要的出路。如果每吨焦炭可以产生320 m2的焦炉煤气, 剩余的大部分煤气就可以转化为化工产品, 从而提高企业的利润率。因此对焦炉煤气制甲醇与天然气的对比分析是非常重要的。

1 我国焦炉煤气的概况

焦炉煤气就是指焦炭经过焦炉高温干馏后与焦炭和焦油合成而产生的一种可以燃烧的气体, 在一定程度上说, 焦炉煤气是焦炭提炼的副产品。通常情况下所说的焦炉煤气就是指经过车间脱焦、脱硫、脱氨、脱苯之后的焦炉煤气, 焦炉煤气的主要成分是甲烷和氢气。2012年我国的焦炭产量4亿多t, 其中约1亿t来自于钢铁联合企业, 其他的都来自于独立的焦化产业。这些独立的焦化产业主要分布在山西、河南、山东和云南地区, 其中山西是我国最大的焦炭聚集地, 每年可以为我国提供高达1 700亿方焦炉煤气。

每吨焦炭大约会产生320 m2的焦炉煤气, 这些焦炉煤气中约有一半可以用于焦炉回炉, 其余的焦炉煤气必须经过净化处理。还有很多企业所产生的焦炉煤气不能被直接燃烧排放, 给我国的能源造成了大量的浪费, 并且在一定范围内造成了环境污染。

2 我国焦炉煤气的综合利用分析

2.1 可以用作工业或其他企业的燃料

在工业和民用燃料方面, 工业生产中金属镁的制造中可以使用焦炉煤气, 同时也可以加入城市供气管中作为居民日常的燃料用气。发电方面, 焦炉煤气可以代替很多材料作为燃料进行发电。化工原料方面, 焦炉煤气经过化学处理可以生成尿素和甲醇等, 作为化工原料;同时也可以合成生产很多清洁燃料在炼铁和锻造铁的车间作为还原剂。焦炉煤气的主要成分为氢气和甲烷, 可以用作原材料来制造氢气, 当前制造氢气主要采用的方法是变压吸附法;最后, 可以合成天然气。这项技术是一项新技术, 应用该种技术可以将合成的天然气输送到居民的煤气管道中, 也可以加工成为压缩天然气, 从而解决城市居民的用气问题。

2.2 焦炉煤气制造甲醇

甲醇在工业生产中具有非常广泛的用途, 它是最基本的有机原料和燃料。焦炉煤气生产甲醇的过程中最为重要的步骤就是将焦炉煤气中甲烷首先转化为氢气和一氧化碳。当前国内在这方面已经探索出了一条成熟的路径, 可以将纯氧部分的氧气制造出甲醇。另外, 我国还成功探索出了催化和非催化工艺。

焦炉煤气制甲醇的工艺流程, 主要包括压缩、、精脱硫、转化、甲醇合成、甲醇精馏等。其中甲烷转化技术可以将非催化部分转化为氧化部分。我国目前所采用的纯氧催化部分的工艺比较简单, 但是却具有反应速率快、转化率高、投资小的特点。我国现在具有此类生产线的企业已经多达40多家, 年生产能力在600万t以上。

具体的工艺流程为:焦炉煤气经过焦化厂运送至气柜, 利用压缩机提压至脱硫剂中, 然后在托氧化脱硫剂的作用下, 使焦炉煤气中的有机硫和无机硫下降到一定的压力之下。经过催化部分氧化转化为焦炉煤气中的甲烷气体, 然后运送到一定压力下的醇合成塔内有铜触媒的条件下, 经加氢反应制得粗甲醇。转化反应需要氧气有配套的空分装置提供, 主要包括脱盐水、循环水和仪表空气系统。

2.3 焦炉煤气生产天然气的工艺分析

众所周知, 天然气是最为清洁的能源, 自从全球的环保意识提高以来, 天然气在能源中的应用比例不断上升, 已经成为全球能源增长最迅速的行业之一。近年来天然气的生产和交易日益活跃, 天然气已经成为一大稀缺能源, 正在朝着世界油气工艺新高度的方向发展。利用剩余的焦炉煤气生产清洁能源天然气, 具有十分可观的经济效益和社会效益。焦炉煤气制造天然气的工艺流程主要有煤气净化、甲烷化、分离、加压和液化等部分。

具体工艺流程为:焦炉煤气首先在脱硫剂的选择性吸附作用下, 会有很多无机硫被脱除。其次在预处理吸附剂的作用下会将苯和其他物质脱除。然后在中温度的水中产生催化作用, 预处理后的焦炉煤气中的有机硫会在水解的作用下转化为无机硫。水解后的焦炉煤气需要采用干燥工艺将焦炉煤气中水分干燥。干燥后的焦炉煤气中的水杂质就会吸附在净化剂中。焦炉煤气中的氢气就会有选择性地渗透到纤维中, 然后就会产生富甲烷气体, 富甲烷气经过液化和精馏作用就会液化出天然气。

3 焦炉煤气制甲醇与制天然气的对比分析

3.1 工艺分析

焦炉制造甲醇的的工艺流程比焦炉制造天然气的工艺流程更为复杂。需要经过的步骤比较多、数据的精确度要求比较高。

3.2 能耗分析

甲醇的能耗和焦化企业的焦炭产能有密切关系, 如果焦炭的产能较小, 用焦炉煤气生产甲醇的能耗就会相应增加。焦炉煤气在制造天然气的过程中, 很大一部分的氢气都会在液化之前被脱除, 因而不能参与到甲烷化的过程中, 并且在低温分离的过程中氢气会被吸附在杂物上, 这些工艺流程都会大大降低焦炉煤气制造天然气的能耗。

3.3 装置规模分析

从经济的角度出发, 焦炉煤气制甲醇的经济规模一般必须大于每年10万t, 目前我国设计的指标一般为年产量在2 000~2 200 t每立方米之间。也就是说年产10万t甲醇至少需要100万t焦炭的规模。

焦炉煤气制造天然气的规模适用比较大, 需要配套的焦炭规模为每年10万t到数百万吨的年产量。

3.4 产能规模

我国在2012年的甲醇装置总产能为5 200万t, 国内已经建成的和正在建设的焦炉煤气制造甲醇的产能已经达到年产量1 000万t, 但是甲醇的配套装置平均利用率还不到50%。

我国天然气的市场需求比较旺盛, 天然气接收站和天然气液化项目呈现出逐年递增的现象, 目前我国天然气的液化产能已经达到日产量1 470万t。预计到2020年我国的天然气工厂的总产能将达到年产量750万t。焦炉煤气制造天然气将突破新的历史记录。

3.5 技术成熟度分析

焦炉煤气制造甲醇的技术在我国已经有几十年的历史, 技术运用相对比较成熟。焦炉煤气制造天然气的工艺是由西南化工研究院研发的。甲烷化工工艺具有产业化的优越条件, 并且我国已经引用了国外先进的甲烷化工工艺。长期以来困扰我国的焦化企业的技术难题将在短时间内得到解决, 并且已经在2012年建立多家大型焦炉煤气制造天然气的项目, 正在朝着成熟化的方向发展。

3.6 未来发展趋势分析

进入新世纪, 焦炉煤气制造甲醇会因市场化的路径发展速度, 呈现出成本较低的优势, 因而已经成为我国焦炉煤气综合利用的主要方式。并且该种工艺属于国家鼓励的循环经济和节能减排项目, 所以在我国国内生产过剩和开工不足的情况下, 仍然呈现出蒸蒸日上的趋势。但是, 长期来看我国焦炉煤气如果下游市场得不到开发将制约其发展。

液化天然气已经成为未来发展的必然趋势。焦炉煤气制造天然气除了要依靠市场调节外还需要加入政策引导, 避免出现价格混战和行业亏损的现象。

4 结语

通过以上分析可以发现, 提高焦炭产业的利用率和经济效益是焦炭产业发展的必经之路。因此利用焦炉煤气制造天然气具有工艺简单、投资较小、能耗低和投资回报率高的优点, 符合国家对清洁能源发展的要求, 是未来小型冶炼焦炭企业发展的重点。

参考文献

[1]李国忠, 袁守敬, 刘艳飞.焦炉煤气制甲醇系统补氧的技改实践[J].煤化工, 2014 (1) .

[2]陈世通, 文德国, 苏庆贺.焦炉煤气制甲醇联产合成氨运行总结[J].氮肥技术, 2013 (5) .

焦炉气制甲醇与制天然气对比分析 篇4

关键词：焦炉气,甲醇,天然气,对比分析

1 对焦炉气的理解

焦炉气可燃成分较多, 所以属于高热值煤气, 用多种烟煤配制而成的炼焦用煤, 据统计, 通常情况下一吨干煤可产生300~350m3焦炉气, 其主要成分为氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气等等。除此以外, 它还含有大量的H2S、CS2、苯、萘、硫醚、硫醇等有毒的成分。不过, 我们通常所说的焦炉气都是经过净化处理后的煤气, 其含量主要为氢气和甲烷, 我国目前的焦化公司已经分布到全国各地, 每年可供制甲醇、制天然气等等使用的煤气可以达到近1700亿立方, 而每吨焦炭如果按产出煤气400 m3计算的话, 其数量是惊人的, 但我国的焦炉气转化装置还没有达到完全回收的境界, 所以在转化过程中还会形成很大的资源浪费和空气污染。

2 焦炉气的特点及合理利用

2.1 焦炉气的特点

焦炉气是无色有臭味含有CO和少量的H2S有毒的气体, 90%左右为可燃成分, 着火温度为600~650℃, 其发热值最高可达到18810k J/m3, 因为含氢多, 所以燃烧时火焰短, 速度快, 如果净化不好会因为所含的焦油和萘而导致管道等等的堵塞, 其所含成分十分的复杂。

2.2 焦炉气的合理利用

焦炉气的用途非常的广泛, 可以用于工、农业的方方面面, 其主要用途有:金属锻造, 代替烟煤发电, 生成合成的尿素、氨、甲醇, 因为它本身氢气的含量就比较多, 是制氢气的最好原料。随着我国科技水平的提高, 还可以用焦炉气来生产合成天然气, 或加工成压缩天然气或液化天然气直接给广大用户使用。

3 焦炉气制甲醇及天然气的工艺流程

3.1 焦炉气制甲醇的工艺流程

焦炉所生产出来的煤气需要经过冷凝、脱硫、脱苯等等工艺后进行回收, 然后在气柜内进行缓冲、压缩 (2.5MPa) , 再进入净化装置, 将其有毒的成分等等进行脱除、净化和转化, 使焦炉气转化为生产甲醇所需要的合成气再经过压缩制成精甲醇, 经过精馏, 生产出合格的优质甲醇。 (工艺流程如图)

3.2 焦炉气制天然气的工艺流程

相对于甲醇的制作工艺, 天然气的工艺流程要简单许多, 而且各个方面要求的条件也比较放松, 只要经过膜分离就可以制出合格形态的天然气。 (工艺流程如图)

4 两者的对比分析

(1) 从上面焦炉气制甲醇与天然气的工艺流程中可以看出, 用焦炉气生产天然气的流程比较简单, 而且使用率也高。

(2) 从能源消耗方面看, 因为用焦炉气制甲醇其工艺复杂, 对原料气使用量大, 煤气的损耗也较大, 而且其产率和组成成分会随着烟煤的质量及炼焦条件而发生变化, 而用于生产天然气则不同, 在制天然气的过程中, 其大多数量的氢气已经被去除掉, 也就是说在天然气的制作过程中氢气根本不参加低温分离的过程, 所以其能耗就会大大的降低。

(3) 从生产工艺技术的熟练程度来看, 虽然焦炉气生产甲醇的工艺技术投入较早, 但天然气的制作虽然起步较晚, 但发展较为迅速, 项目增长也非常的快, 利用率也较高。

(4) 从经济效益方面考虑, 国内甲醇市场一直处于低靡的状态, 大多企业处于勉强生产或亏损状态, 而且从国外进口价格也不高, 从天然气市场行情来分析, 其投资回收率比甲醇的收益要高出许多。

(5) 从未来市场的发展看, 甲醇属于我国大力推广的环保型能源, 但是因为下游客户没有得到合理的开发与利用, 使甲醇市场出现呆滞, 而天然气的使用也将成为我国人民生产、生活中的一个必然发展趋势, 随着人们生活水平的提高, 天然气的价格也将会得到很大的提升, 所以加大市场调节力度, 合理利用国家政策, 天然气市场的前景定会是一片光明。

5 结语

总而言之, 要想使甲醇和天然气市场得到稳定、健康的发展, 就必须扭转上游焦化企业的低靡状态, 改变下游客户的思想理念, 提高焦炉气的利用率, 发挥其最大优势, 完善其产业链, 推动我国经济的高速发展。

参考文献

[1]刘百强.炼钢焦炉气提纯氢气与天然气转化制氢经济性对比[J].炼油技术与工程, 2014, 05:61-64.

[2]周剑伟.焦炉气制甲醇的工艺技术分析[J].技术与市场, 2014, 07:179-180.

[3]段敏, 张艳.焦炉气制甲醇项目的有效性分析[J].化工管理, 2014, 23:110.

天然气制甲醇生产系统的优化 篇5

天然气制甲醇的典型工艺有3种:一段转化、纯氧两段转化和绝热部分氧化。目前国内主要采用一段转化, 仅有极少数装置采用纯氧两段转化 (如大庆甲醇厂) [1]。其中纯氧换热转化工艺对于需要烧天然气副产高压蒸气的大型甲醇厂或天然气与电的价格比较低的地方, 并没有什么优越性。同时该技术开工难度比较大, 所以并没有推广普及。而甲烷部分氧化在没有催化剂的条件下, 需要很高反应温度, 对器材要求苛刻, 在有催化剂的条件下, 反应的空速很高, 单位催化剂表面的放热量很大, 容易产生热点和飞温[2]。所以本文重点对一段转化进行研究。

1一段转化缺碳原理

一段甲烷蒸汽转化制甲醇合成气其反应式如下:

(A) 转化反应

CH4+H2O→CO+H2+Q (1)

CH4+2H2O→CO2+3H2+Q (2)

(B) 甲醇合成反应

CO+2H2→CH3OH-Q (3)

CO2+3H2→CH3OH+H2O-Q (4)

由于在甲醇合成过程中CO的转化率要比CO2大很多, 可将反应式写成如下形式:

CH4+H2O→CH3OH+H2 (5)

由此可知采用一段蒸汽转化制1t甲醇就副产1/16t (合700m3) 的氢气。导致H2的利用率低, 未反应的氢气通过放空排出, 同时带出CO使碳利用率下降。可以通过天然气中添加CO2来调节氢碳比, 提高氢气的利用率[3]。本文针对中国平煤神马集团蓝天化工股份有限公司“氢多碳少”的局面进行了分析, 其采用的是天然气一段转化制取合成气。

2甲醇生产工艺优化设计思路

对甲醇生产工艺进行优化设计, 必须解决合成过程中氢气过量的问题。在具体操作时可以分为两个方面进行:一是分离过量氢气, 对氢气产品进行提纯, 然后用于制作相关工业产品或者作为燃料使用;二是补碳, 在生产过程中补碳的方法有: (1) 对化工厂排放的CO2进行有效利用, 将废气补入生产流程。 (2) 回收甲醇烟道中的脱碳尾气, 将烟道气体中的CO2补入天然气, 一同参与转化反应。 (3) 利用两段转化法, 将二段部分产生的CO2全部保留, 从而提高碳元素在转化气中的含量。补碳方式的应用要结合企业生产实际判断[4]。本文以平煤神马集团蓝天化工股份有限公司中原甲醇厂为例进行阐述。

2.1 背景介绍及问题的提出

中国平煤神马集团蓝天化工股份有限公司中原甲醇厂现有30万吨/年天然气制甲醇装置一套, 主要工艺特点是干法脱硫、前补碳、一段转化等, 按照合成甲醇的反应原理, 合成甲醇的合成新鲜气氢碳比n (H2-CO2) /n (CO+CO2) =2.05-2.10, 才能使原料气得到合理有效的利用, 然而由于受部分装置限制的原因, 中原甲醇厂一直面临着“氢多碳少”的困局。遂平化工厂生产线每小时可富余CO2气体10000m3左右, 其中向中原甲醇厂输送约6000m3/h, 仍有约4000m3/h的CO2气体对天排放。

2.2 原因分析

根据该公司的情况, 得出氢碳比不平衡的原因为:CO2输送管线阻力过大、遂平化工厂及中原甲醇厂CO2压缩机打气量偏小;遂平化工厂造气用高硫焦以后, CO2中有机硫含量较高, 中原甲醇厂的CO2精脱硫系统无法将其中的硫脱除;中原甲醇厂部分设备如转化炉、分离器、循环水泵等无法满足装置高负荷要求。

2.3 优化方案

针对以上的分析探讨, 得出了制甲醇系统的优化方案:对CO2长输管线进行改造, 在原输送管道末端3000m处再并联一条DN400的PE管线, 以满足了管道10000m3/h的输送能力;对遂平化工厂CO2压缩机进行改造, 使其打气量增大至10000m3/h;对中原甲醇厂CO2压缩机进行改造, 将流道及叶轮增大, 使其打气量增大至10000m3/h;对中原甲醇厂CO2脱硫系统进行改造及甲醇分离器内件、合成压缩机循环段进口分离器进行改造和更换, 以满足CO2量增大及有机硫成分增大后对硫的脱除要求及负荷增大及产量增加的要求。

3结果与讨论

本文通过对中原甲醇厂制甲醇系统的优化改进, 得出了通过在一段转化过程中, 补加CO2, 减少氢气富余量的措施, 对甲醇的扩产得到了改善:氢碳比平衡改造完成后, 中原甲醇厂每天增加甲醇产量85吨, 每年可增加效益约4080万元。同时, 遂平化工厂每年可多回收CO23200万m3, 相当于减排CO25.44万吨;通过上述技术优化、改造后, 生产装置运行平稳, 节能减排效果明显。合成新鲜气的氢碳比 (H2-CO2/CO+CO2) 基本都保持在2.10左右, 实现了中原甲醇厂建厂以来氢碳比的最优化, 全年可增加甲醇产量将近10%。

4结论

将补碳技术运用到生产过程中, 有效的解决了甲醇制取过程中氢气量大、甲醇浓度不足的问题, 降低了天然气等生产能源的损耗, 提升企业经济效益的同时, 通过对化工厂废气的回收利用, 减少了温室气体的排放, 降低了对大气环境的污染, 在实现低碳经济的基础上改善了社会生态环境, 有利于促进人与自然的和谐发展。

摘要：对甲醇生产企业进行工艺优化, 将补碳技术应用到生产过程中, 有效的解决了甲醇生产过程中“氢多碳少”的问题, 在增加企业效益的前提下, 又减少了温室气体的排放。

关键词：甲醇生产,补碳技术,企业效益

参考文献

[1]曾纪龙.天然气制甲醇补碳的探讨[J].化工设计, 2004, 14 (4) :42-48.

天然气制甲醇工艺流程及其控制探析 篇6

关键词：甲醇合成,天然气基,工艺流程

甲醇是重要的化工产品, 也是重要的化工原料, 广泛应用于有机中间体、医药、农药、染料、塑料、合成纤维、合成橡胶及其它化工生产。随着全球范围内的石油、煤能源危机与日严重, 天然气制甲醇转化工艺的开发正成为各个国家和企业研究的重点。在世界发达国家的甲醇生产中, 天然气基工艺制备比例超过80%, 而我国已建和在建的天然气基制甲醇不足35%。因此, 我国当前应该不断加快天然气制甲醇生产工艺的研究, 扩大天然气制甲醇的生产规模。

一、天然气制甲醇的转化工艺

天然气转化可分为间接转化和直接转化两类, 当前应用较多的是间接转化法。间接转化法, 即首先采用蒸汽裂解制成一定碳氢比的合成气, 然后经合成气生成甲醇等化工原料。该工艺虽然较为成熟, 但反应条件苛刻, 且能耗很高;直接氧化法能够大大降低投资和操作费用, 因此倍受国内外学者的关注, 其关键是新型催化剂和高效反应系统的开发。天然气蒸汽转化法制的合成气中, 氢过量而一氧化碳与二氧化碳量不足, 工业上解决这个问题的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽转化法, 以达到合适的配比, 二氧化碳可以外部供应, 也可以由转化炉烟道气中回收, 另一种方法是以天然气为原料的二段转化法, 即在第一段转化中进行天然气的蒸汽转化, 只有约1/4的甲烷进行反应, 第二段进行天然气的部分氧化, 不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到800℃以上, 残留的甲烷量可以减少, 增加了合成甲醇的有效气体组分。此工序中, 岗位人员应对转化过程的各项温度、压力、流量等进行监控和调节, 并每小时作好监测记录, 对转炉气中CO、CO2、H2、CH4、C2H6、N2等进行取样化验分析, 并作好检验记录。

美国陶氏化学 (DOW) 公司研究出了一种全新的甲醇制备工艺, 与传统工艺所不同的是:该工艺可以在温和条件下进行, 突破了气相工艺与液相工艺的局限。该技术采用金基纳米管作为催化剂, 反应温度优选30~90℃, 反应压力在0.05~7.0MPa之间, 当压力为1.0MPa时, 甲醇含量可达128.0mmol。我国中科院通过一种高效催化剂———OB3b来进行天然气 (甲烷) 制甲醇的催化反应, 转化率可以超过60%。美国亚利桑那大学首次将包括锌在内的金属原子插入到甲烷气体分子中, 并精确地测定了所得到的“金属-甲烷化合物”分子的结构, 使其成为将来天然气活化制甲醇的关键步骤。

二、合成工艺及其控制

天然气制甲醇的工艺流程中, 合格的转化气通过离心压缩机压力达到需要的压力后进入合成工序。转化气首先要经过换热器设备的加热, 再进入合成塔完成合成反应, 经过合成塔的反应过后, 甲醇的出口浓度能够达到55%。甲醇合成中释放出的热量可以产生蒸汽, 用来对入塔换热器的加热。反应后的气体经过水冷, 分离出粗甲醇;未能冷凝的气体驰放一定的惰性气体, 再次循环进入压缩机同新转化的气体混合进入合成塔循环。ICI反应器属等温型列管反应器, 通过反应热靠管将高温水迅速转移出去, 并形成饱和蒸汽。蒸汽在经过一系列的降压后同转化工序中产生的蒸汽混合在一起, 过热到相应的温度后, 可以用作合成压缩机驱动透平的动力。合格的转化气通过离心压缩机压力达到规定压力后进入合成工序, 在此过程中对合成气温度、压力进行监控和调节并每小时作好监测记录。

三、精馏工艺及其控制

粗甲醇在送入预塔之前先将其加热至沸点, 而后进入塔内进行气液分离, 气体主要形成于塔顶, 是甲醇的轻馏分;塔底的液体通过再沸器的加热作用始终保持沸腾状态。实际上, 预塔顶的轻馏分量较小, 也可以将其送入转化炉中作燃料使用。预塔后的甲醇进入蒸馏塔中完成甲醇的精馏。目前采用较多的节能型蒸馏流程, 通过两个串联的蒸馏塔进行甲醇的蒸馏工艺。在一塔的塔顶中能够生成120℃左右的甲醇馏出物, 能够当成二塔的再沸器热源来提高热能的利用。塔顶气冷凝后即成为高质量的甲醇产品, 其产量约占总产量的55%。该流程将工艺中产生的废水通过萃取水循环预塔, 余量则送至转化工段中的汽提塔经汽提处理后, 作除盐水回收, 从而实现了甲醇蒸馏过程中废水的零排放。

甲醇精馏过程的操作, 岗位人员对温度、压力、流量进行监控和调节, 每班对粗甲醇中CH3OH含量进行两次取样检验和每班一次杂醇和甲醇残液取样检验, 同时每天对精甲醇中间槽甲醇进行取样分析, 并作好检验记录。精馏过程严格按《岗位操作规程》进行控制, 常压塔顶温度控制在65℃, 经过冷却后进入常压塔回流槽, 当甲醇浓度达到99.9%以上后送入精甲醇储槽, 对不合格的产品按《不合格控制程序》进行返工精馏操作。精馏后的甲醇样按检验计划由车间化验员每天一次进行取样化验和分析, 并填写《甲醇化验分析记录》, 合格甲醇送入精甲醇储槽后外销。

四、结束语

当前我国多数天然气制甲醇企业规模较小, 能耗高, 生产成本大, 始终无法与进口甲醇形成有力的竞争优势。随着天然气制甲醇的用途日趋广泛, 市场对甲醇的需求越来越高, 甲醇工业的繁荣有着良好的前景。因此, 进一步加强甲醇与其它生产工艺的耦合, 提高集成工艺的设计, 促进能源系统的优化配置, 积极开发新工艺、新技术的研究, 不断提高企业竞争力, 推动甲醇工业技术水平的发展, 是当前我国甲醇生产企业面临的重要课题。

参考文献

[1]陈仕萍, 乙炔尾气制甲醇和天然气制甲醇的比较[J].天然气化工, 2006 (01)

[2]马宁, 诸林, 天然气制甲醇的工艺现状及发展前景[J].化工时刊, 2006 (11)

[3]晏少辉, 天然气制甲醇转换系统工艺[J].石化技术, 2007 (01)

天然气制甲醇装置 篇7

1 煤制甲醇的流程简介

煤经气化、变换、净化后制得甲醇合成气经压缩后, 在铜基催化剂的作用下合成甲醇。煤浆或粉煤与纯氧在气化炉中制得高CO含量的粗煤气, 其中的H/C约为0.76, 不能满足甲醇合成H/C比的要求, 为了实现甲醇合成的最佳氢碳比, 需将部分粗煤气经变换消耗其中的CO制取氢气, 以调节氢碳比。变换气经净化工段除去其中的CO2和硫化物得到甲醇合成气, 再回收甲醇合成驰放气中的氢气, 补充到合成气中调节其氢碳比, 以满足甲醇合成的要求。

1.1 合成甲醇的化学反应方程式

主反应:CO+H2=CH3OH+102.5KJ/mol

副反应:2CO+4H2=CH3OH+H2O+200.2KJ/mol;CO+3H2=CH4+H2O+115.6 KJ/mol;

4CO+8H2=C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol;CO2+H2=CO+H2O-42.9 KJ/mol

1.2 煤基气甲醇合成气氢碳比

甲醇合成气要求的氢碳比 (H2-CO2/ (CO+CO2) ︽2.05-2.10, 但煤经气化后产生的水煤气氢碳比约为0.76, 因此水煤气必须经脱硫、变换、脱碳以调整气体组成, 满足甲醇合成气要求。

2 天然气制甲醇的氢碳比

天然气甲烷含量较高, 因此要对天然气进行蒸汽转化, 生成H2、CO和CO2为主要组分的转化气。由于蒸汽转化反应是强吸热反应, 因此还要对天然气进行纯氧部分氧化以获得热量, 使得蒸汽反应正常连续运行, 最终达到甲醇合成气适宜的氢碳比2.10。

3 煤基气与天然气转化气联合生产甲醇的原理

3.1 烃类蒸汽转化原理

烃类的蒸汽转化是以水蒸汽为氧化剂, 在镍催化剂的作用下将烃类物质化, 得到CO、CO2及H2。这一过程为吸热过程故需外供热量, 一段转化所需的热量由燃料天然气提供, 一段转化气进入二段转化炉后与适量的纯氧混合, 进行部分燃烧反应, 一段转化气中的甲烷进行深度转化所需的热量由燃烧放出的热量 (主要是氢气燃烧) 提供。在镍催化剂存在下其主要反应如下:

一段转化炉:CH4+H2O=CO+3H2–Q;CO+H2O=CO2+H2+Q

二段转化炉:2H2+O2=2H2O+Q;2CH4+O2=2CO+4H2–Q;CH4+H2O=CO+3H2–Q

CO+H2O=CO2+H2+Q

3.2 天然气蒸汽转化的主要工艺

天然气蒸汽转化的工艺主要有:一段蒸汽转化;部分氧化 (非催化和催化部分氧化) ;两段转化, 即一段转化后, 加适量氧气进入二段炉进行甲烷的深度转化, 同时调节氢碳比。

3.3 煤-气联合生产甲醇工艺流程

由烃类反应方程式得1方甲烷生成3方H2气和1方CO气, 一段转化最适合联合制甲醇工艺。煤经气化、变换、净化后与天然气经一段转化压缩气体混合进入合成气压缩机压缩, 然后经甲醇合成、甲醇精馏系统制甲醇。工艺流程如图1所示。

3.4 煤-气联合生产甲醇原理

甲醇合成是从氢气、一氧化碳和二氧化碳在高选择性的铜基触媒下合成甲醇, 甲醇合成反应如下:

天然气经一段蒸汽转化制成的合成气的H/C比为2.9-3.0, 氢多碳少, 而水煤气中的H/C比约为0.76, 碳多氢少。将天然气一段转化制得的合成气与水煤气以适当的比例混合, 就可以获得满足甲醇合成最适宜的H/C比, 即天然气转化是给煤气补充了H2。

4 煤-天然气联合生产甲醇的优点

4.1 降低水煤气变化率

采用煤-气联合工艺路线降到了水煤气变换和脱碳的负荷, 对水煤气中碳进行了充分利用, 减少了CO2的排放量。纯煤制甲醇水煤气变换率47.8%, 而煤气联合仅为9.67%。以延长石油某项目煤-联合制180万吨/年甲醇为列, 其中煤头生产60万吨/年, 气头生产120万吨/年甲醇。联合装置每年少排放CO2约为36.78万吨。

4.2 综合能耗低

煤-天然气联合制180万吨/年甲醇的能耗值为32.88GJ/吨, 与国内传统煤制甲醇装置相比能耗降低8.6%, 年节约标煤为19万吨;与国内一般水平天然气甲醇装置相比能耗降低26.9%, 年节约标煤达74万吨。

4.3 降低设备投资

联合装置采用一段蒸汽转化技术较同规模的甲醇装置, 获得氢含量高的合成气, 不需二段转化炉, 减小了空分规模。同时, 共用合成气压缩机, 降低了设备投资。

5 结论

煤-天然气气联合生产甲醇, 采用天然气一段蒸汽转化与煤气化相结合的工艺, 充分利用煤基合成气中的碳与转化合成气中的氢, 实现氢碳互补, 减少了CO2排放量, 降低了装置能耗, 提高了资源利用率。

参考文献

[1]张子峰, 张凡军.甲醇生产技术[M].化学工业出版社, 2008:4-49

[2]魏顺安.天然气化工工艺学[M].北京:化学工业出版社, 2009:0-70