浅析甲醇装置建设的一些思考

2023-01-04

甲醇作为有机化工领域重要的原料, 具有广泛的用途。并且甲醇是一种优质的燃料, 被国际上广泛的用于商业燃气用途。作为基础有机化工原料, 甲醇主要应用于精细化工和塑料等的制造业。甲醇是制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品的主要原料之一, 也是农药、医药生产环节中的重要原料。甲醇在深加工后可作为新型清洁燃料, 与汽油混合, 减少环境污染。目前甲醇与汽油掺烧已经投入使用, 并具有良好的效应。因此, 近年来国内各地开始兴建甲醇装置。下文将对甲醇装置建设进行讨论, 从而提出一些建议。

一、建设前期工作

甲醇装置在建设前需要做好选址工作, 因为这将直接影响原料运输, 水源地, 产品运输, 电网配备和公用工程配套等问题。并且需要根据装置的规模, 大型设备的制造运输吊装, 工艺路线选择等具体问题来合理的选择。甲醇装置生产的原料气是合成气, 来源主要是煤、焦炭等固体或原油、重油、轻油等液体, 或天然气等气体。原料经粉德氏古水煤浆气化等气化技术、净化技术, 配制成一定比例的合成气。净化技术主要推荐一氧化碳变换NHD技术或低温甲醇洗RECTISOL技术。在设计装置的过程中还要考虑三废, 环保和消防等问题。

二、甲醇装置中的主要设备

1. 压缩机

压缩机是甲醇装置中重要设备之一, 其直接影响甲醇装置生产的稳定性。压缩机是整个甲醇装置生产过程的动力关节所在, 因此压缩机出现问题将直接影响整体装置的连续工作能力, 甚至可能导致停产。即使没有停产这样的直接损失, 也有可能产生原料浪费、增加成本等间接损失。

压缩机主要采用电力和蒸汽作为动力。从当前中国的国情来讲, 电力具有很高的稳定性;而蒸汽相关的设备成本相对较低。当前常用的压缩机主要是离心式压缩机, 其相对于往复式压缩机具有下述优点:

(1) 结构紧凑, 占地小, 重量轻;

(2) 排气量大而连续、均匀, 不需要级间中间缓冲罐等装置;

(3) 振动小, 易损件少, 不需要庞大而笨重的基础;

(4) 除轴承外, 机件内部不需润滑, 省油, 且不污染被压缩的气体;

(5) 转速高;

(6) 维修量小, 调节方便。

大型离心式压缩机在安装进出口管道时, 要注意无应力连接。本文建议甲醇装置可以引进蒸汽透平驱动的离心压缩机, 配套透平空冷装置。

2. 精馏工艺

精馏工艺的目的是脱除粗甲醇中的二甲醚等轻组分, 以及水、乙醇等其它重组分, 从而生产美国AA级和GB338—2004高纯度级的精甲醇。在精馏工艺环节一定要保障废水的达标排放。甲醇的纯度是工艺中的首要评价指标, 其次是节能。推荐使用德国的LURGI三塔精馏工艺, 因为三塔精馏工艺低压蒸汽消耗少, 但缺点是设备投资大。据有关数据表示, 与传统工艺相比可以节能16%。而两塔精馏设备相反, 投资相对较小, 但是低压蒸汽消耗多。精馏塔内件推荐使用浮阀, 可以有效减少设备高度需求。工艺的最后一道工序是副产品的处理, 需要对杂醇进行合理的废物利用。当然, 工艺的选择还要考虑到实际的需求, 一般城市需求量在60万吨甲醇以上及百万吨甲醇以上时, 相应装置推荐选用丹麦tops∮e反应器, 英国ICI冷激式反应器, LURGI双台水冷反应器, 这些反应器在实际的成产反馈中都收到了良好的效果。

3. 合成塔

合成塔的选择也很重要, 本文推荐如下几个建议。首先工艺路线上, 需要根据城市的需求进行取舍, 推荐中规模的甲醇装置采用多塔工艺, 这样可以降低设备的制造费用。而运输方面也要考虑车辆的限位, 对道路、桥梁的路径选择;其次需要考虑管道安装过程中的水压实验问题。催化剂方面, 推荐使用进口的催化剂, 优点是选择性、转化率高, 副产物少。催化剂的还原方法, 推荐使用变压吸附提纯氢气, 其有许多优点, 如可用原料来源广泛, 一次性去除氢气中多种杂质成分, 简化了工艺流程, 处理调节范围大, 能耗小、操作费用低, 自动化程度高, 设备稳定好, 吸附剂寿命长, 对环境污染小等优点。而膜分离技术提取氢气具有能耗低, 操作简便的优点, 可以从成本、操作、稳定性上考虑选择何种工艺。比如常见的60万吨至100万吨级别的生产中, 推荐使用日本MRF合成塔和CASALE轴径向合成塔。在催化剂的选择上, 则推荐英国的ICI和德国的Bas F催化剂, 转化率高, 副产物少, 能有效减少精馏负担。当然国产催化剂价格低廉, 推荐西南院和南化院的催化剂。

4. 甲醇罐区

罐区的操作本文推荐使用DCS自动逻辑控制系统。虽然控制逻辑从原理来讲并没有漏洞, 但是在实际工作中却存在很多不足的地方。因此需要操作人员熟悉工艺系统, 并根据具体情况更新相关的控制逻辑和系统中的组件。这样, 才能达到罐区操作的最优化。并且罐区进出口阀门应当具有火灾自动切断功能, 在发火灾时自动截断, 防止事故扩大。

结论

甲醇装置产能不断的提高, 国际先进水平已经达到170万吨/年以上的产能。为了提高我国在甲醇的国际竞争力, 我国需要对甲醇装置的最优化装配进行相应的规范和研究。针对我国是产煤大国的国情, 而当前煤原料生产甲醇占甲醇装置的78%以上, 可以优先考虑以煤原料相关的技术改革。本文从甲醇制造工艺的各个环节入手, 分析和讨论了甲醇装置各个环节的推荐配置和注意事项。装置的配置并非一成不变, 本文仅针对现有技术进行了分析和建议, 在具体应用过程中, 要不断吸收国内外先进的经验, 引入国外的先进设备。已投产的甲醇装置也可以通过更新部分设施, 或者采用更换催化剂等方式进行产能升级, 从而达到利益的最大化, 为我国的有机基础原料生产做出贡献。

摘要：我国是产煤大国, 但是天然气储量少, 石油储量也少, 因此煤化工在此大背景下发展迅速。甲醇作为煤化工重要的基础化工原料, 在中国受到了很大的重视, 相关的厂区在全国范围内兴建。然而甲醇周边支持产业却相对落后, 较西方发达国家的先进水平仍有差距。为了提高我国甲醇转置设计、建设和生产上, 需要更多的引进国外先进技术, 吸收已有的经验, 从而在能耗, 规模, 技术, 成本, 设备制造, 运输, 设备吊装和建设等方面更具有国际竞争力。

关键词：甲醇,甲醇装置,煤化工