一种甲醇合成工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种甲醇合成工艺，包括水冷反应器，所述水冷反应器中设有多根换热管，各所述换热管的入口通过进水管连接汽包的锅炉水出口，各所述换热管的出口通过蒸汽回收管道连接所述汽包的蒸汽入口；其特征在于：各水冷反应器中的换热管均包括由多根第一换热管组成的第一换热管组和由多根第二换热管组成的第二换热管组；各第二换热管的换热面积占总换热面积的15～40％；混合气依次进入气冷反应器、混合气预热器加热至230℃～240℃后均分为两股，分别进入第一水冷反应器和第二水冷反应器；装置运行前期两组换热管同时工作，装置运行后期，关闭第二换热管组，仅第一换热管组工作。

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇合成工艺
本专利技术涉及一种甲醇合成工艺。
技术介绍
甲醇合成是可逆的放热反应过程。对于铜基甲醇合成催化剂来说，反应温度需要维持在220℃～280℃之间，温度过低催化剂没有活性，温度过高影响催化剂的寿命和产品品质。为了使甲醇合成反应能够在适宜的温度区间进行，通常在催化剂反应床层内埋设换热管，甲醇合成时放出的反应热通过换热管内锅炉水的气化产生蒸汽移出，这种类型的反应器称之为等温甲醇合成反应器，设置有等温甲醇合成反应器的甲醇合成工艺称之为等温甲醇合成工艺。基于延长甲醇合成催化剂寿命考虑，催化剂使用初期反应温度一般控制在240℃～260℃之间，使用后期反应温度一般控制在260℃～280℃之间。在装置稳定运行时，通过换热管内锅炉水产生蒸汽移走的反应热是恒定的，但随着催化剂的老化，反应温度会由240℃缓慢上升到280℃，相对应换热管内锅炉水的温度从225℃缓慢升至270℃，锅炉水产生的蒸汽压力从2.7MPaG逐渐升至5.4MPaG。可以看出等温甲醇合成工艺温度区间跨度较大，所产出的蒸汽压力波动也很大。随着甲醇合成装置的大型化和多系列化，富产的蒸汽量也越来越多，但现有的等温甲醇合成工艺始终无法解决蒸汽压力的波动及相关设备和管道工程投资增加等问题，主要体现如下：从设计压力考虑，由于换热管内所产蒸汽的压力在2.7MPaG～5.4MPaG之间波动，因此与其相关联的设备及管道均需要考虑较高的设计压力，否则无法满足催化剂后期5.4MPaG的蒸汽压力要求，同时设备及管道壁厚的增加推高了工程投资；从富产蒸汽考虑，催化剂后期虽然可以富产5.4MPaG的高品质蒸汽，但全厂蒸汽管网平衡却由催化剂初期的2.7MPaG蒸汽决定，在工程设计时只能将5.4MPaG的高品质蒸汽减压降级使用，不但需要增加与减压相关的管道阀件及自控仪表元件，而且还对全厂蒸汽管网造成一定冲击。简而言之，甲醇合成反应器内的锅炉水系统的管道及设备均需要按照苛刻温度和压力来设计，同时催化剂后期所产出的中压蒸汽却在降级使用，从投资和全厂蒸汽管网平衡角度考虑均不够经济合理。公布号为CN107162872A的中国专利公开了《一种低压甲醇合成工艺》，该甲醇合成反应器在反应床层内埋设换热管，甲醇合成在催化剂床层中进行，放出的反应热通过换热管内锅炉水移走。但存在催化剂后期富产蒸汽压力升高，与其相关联的设备及管道不得不按照后期蒸汽压力及温度进行设计，增加了工程投资；同时工艺系统在进行全厂蒸汽管网平衡设计时，只能按照催化剂初期较低的蒸汽压力及蒸汽品质进行设计，但在催化剂后期又对全厂蒸汽管网造成一定冲击。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种撤热能力快捷可调、床层温度精确可控、不需要增加设备壁厚即能够在催化剂整个活性期内维持恒定产率的甲醇合成工艺。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：该甲醇合成工艺，包括水冷反应器，所述水冷反应器中设有多根换热管，各所述换热管的入口通过进水管连接汽包的锅炉水出口，各所述换热管的出口通过蒸汽回收管道连接所述汽包的蒸汽入口；其特征在于：所述水冷反应器有两个，相互并联设置；各水冷反应器中的换热管均包括由多根第一换热管组成的第一换热管组和由多根第二换热管组成的第二换热管组；各第二换热管的换热面积占总换热面积的15～40％；催化剂床层内各第一换热管换热面积之和为第一换热管的换热面积；催化剂床层内各第二换热管换热面积之和为第二换热管的换热面积；总换热面积为第一换热管的换热面积与第二换热管的换热面积之和；各换热管的换热面积为2πrL，π为圆周率，r为换热管的半径，L为换热管在催化剂床层内的长度。对应地，所述进水管有两根；各所述第一换热管的入口连接第一进水管，各所述第二换热管的入口连接第二进水管；所述第二进水管上设有阀门；来自上游130℃～140℃、5～10MPaG、H2/CO摩尔比为5～6的混合气作为取热介质进入气冷反应器预热至195℃～215℃，进入混合气预热器加热至230℃～240℃后均分为两股，分别进入第一水冷反应器和第二水冷反应器；混合气在第一水冷反应器和第二水冷反应器的催化剂床层中进行一次甲醇合成反应；汽包内温度为225～245℃、压力为3.7MPaG～4.2MPaG的锅炉水同时进入所述第一换热管组和第二换热管组取走催化剂床层的反应热，生成3.7～4.2MPaG、247℃～255℃的中压饱和蒸汽，返回汽包，气液分离后，中压饱和蒸汽排出汽包送去蒸汽管网；在水冷反应器出口得到温度为250℃～260℃、甲醇含量为11～14mol％的一次反应气，并流后进入混合气预热器预热混合气，温度降至210℃～230℃，进入气冷反应器进行二次甲醇合成反应；气冷反应器出口得到温度为210℃～225℃的二次合成气进入下游系统；装置运行过程中，在线监测一次反应气中的甲醇含量，当甲醇含量≤10mol时，以10％体积流量/小时的递减速度逐步关小第二进水管上的控制阀；当催化剂床层温度提高至270～290℃时，关闭第二进水管上的控制阀，第二换热管组不工作，仅第一换热管组工作；此时，进入混合气预热器的混合气被换热至255～275℃进入水冷反应器，一次反应气温度为270～290℃、甲醇含量为11～14mol％；仍旧富产3.7～4.0MPaG的中压饱和蒸汽。较好的，各所述换热管以所述混合气分配管为芯轴螺旋盘绕在催化剂床层内；各所述换热管螺旋盘绕后形成多个换热管层，相邻换热管层之间具有间隙；每层换热管层上都布置有所述的第一换热管和所述第二换热管，并且第一换热管布置在相邻的两个第二换热管之间。该结构取热均匀。进一步地，相邻换热管层上的换热管旋向相反。优选两根所述的第二换热管之间设有2～5根第一换热管；所述第一换热管和所述第二换热管的管径相等。进一步地，各所述换热管层均固定在多根支撑杆上，各所述支撑杆竖向间隔设置。较好的，各所述换热管通过环箍固定在所述支撑板上。优选各所述换热管通过蒸汽收集管连接蒸汽回收管道；所述蒸汽回收管道上设有膨胀节。上述各方案中的水冷反应器其它部分的结构可以根据需要选用现有技术，较好的，所述水冷反应器为径向反应器，优选所述水冷反应器包括炉体和设置在所述炉体内的催化剂框，所述催化剂框的中部设有混合气分配管，所述混合气分配管连接所述炉体上的混合气入口；所述混合气分配管的出口有多个，间隔布置在混合气分配管的侧壁上；所述催化剂框的侧壁上设有供合成气通过的出气孔，所述出气孔连通所述炉体上的合成气出口；所述催化剂框与混合气分配管之间的催化剂床层中设有多根换热管，各所述换热管的进口连接进水管道，换热管的出口连接蒸汽管道。为方便检、维修，所述混合气分配管可以由多段筒体依次可拆卸连接而成，所述筒体的内侧壁上沿高度方向依次间隔设有多个脚梯。进一步地，所述汽包的安装位置高于所述第一水冷反应器和第二水冷反应器。该方案能够使汽包内的锅炉水在自身重力下自然进入两个水冷反应器，利用密度差实现自然循环，不需要额外配置循环设备，节能降耗效果好，且节省了设备投资。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：两台水冷反应器内均设有两组换热管组；装置运行初期，催化剂活性高，两组换热管同时工作，撤走的反应热量多，催化剂床层维持在设定的温度下进行甲醇合成反应，产率恒定在设定值；装置运行后期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲醇合成工艺，包括水冷反应器，所述水冷反应器中设有多根换热管，各所述换热管的入口通过进水管连接汽包的锅炉水出口，各所述换热管的出口通过蒸汽回收管道连接所述汽包的蒸汽入口；其特征在于：所述水冷反应器有两个，相互并联设置；各水冷反应器中的换热管均包括由多根第一换热管组成的第一换热管组和由多根第二换热管组成的第二换热管组；各第二换热管的换热面积占总换热面积的15～40％；对应地，所述进水管有两根；各所述第一换热管的入口连接第一进水管，各所述第二换热管的入口连接第二进水管；所述第二进水管上设有阀门；来自上游130℃～140℃、5～10MPaG、H2/CO摩尔比为5～6的混合气作为取热介质进入气冷反应器预热至195℃～215℃，进入混合气预热器加热至230℃～240℃后均分为两股，分别进入第一水冷反应器和第二水冷反应器；混合气在第一水冷反应器和第二水冷反应器的催化剂床层中进行一次甲醇合成反应；汽包内温度为225～245℃、压力为3.7MPaG～4.2MPaG的锅炉水同时进入所述第一换热管组和第二换热管组取走催化剂床层的反应热，生成3.7～4.2MPaG、247℃～255℃的中压饱和蒸汽，返回汽包，气液分离后，中压饱和蒸汽排出汽包送去蒸汽管网；在水冷反应器出口得到温度为250℃～260℃、甲醇含量为11～14mol％的一次反应气，并流后进入混合气预热器预热混合气，温度降至210℃～230℃，进入气冷反应器进行二次甲醇合成反应；气冷反应器出口得到温度为210℃～225℃的二次合成气进入下游系统；装置运行过程中，在线监测一次反应气中的甲醇含量，当甲醇含量≤10mol时，以8～15％体积流量/小时的递减速度逐步关小第二进水管上的控制阀；当催化剂床层温度提高至270～290℃时，关闭第二进水管上的控制阀，第二换热管组不工作，仅第一换热管组工作；此时，进入混合气预热器的混合气被换热至255～275℃进入水冷反应器，一次反应气温度为270～290℃、甲醇含量11～14mol％；仍旧富产3.7～4.2MPaG的中压饱和蒸汽。...

【技术特征摘要】
1.一种甲醇合成工艺，包括水冷反应器，所述水冷反应器中设有多根换热管，各所述换热管的入口通过进水管连接汽包的锅炉水出口，各所述换热管的出口通过蒸汽回收管道连接所述汽包的蒸汽入口；其特征在于：所述水冷反应器有两个，相互并联设置；各水冷反应器中的换热管均包括由多根第一换热管组成的第一换热管组和由多根第二换热管组成的第二换热管组；各第二换热管的换热面积占总换热面积的15～40％；对应地，所述进水管有两根；各所述第一换热管的入口连接第一进水管，各所述第二换热管的入口连接第二进水管；所述第二进水管上设有阀门；来自上游130℃～140℃、5～10MPaG、H2/CO摩尔比为5～6的混合气作为取热介质进入气冷反应器预热至195℃～215℃，进入混合气预热器加热至230℃～240℃后均分为两股，分别进入第一水冷反应器和第二水冷反应器；混合气在第一水冷反应器和第二水冷反应器的催化剂床层中进行一次甲醇合成反应；汽包内温度为225～245℃、压力为3.7MPaG～4.2MPaG的锅炉水同时进入所述第一换热管组和第二换热管组取走催化剂床层的反应热，生成3.7～4.2MPaG、247℃～255℃的中压饱和蒸汽，返回汽包，气液分离后，中压饱和蒸汽排出汽包送去蒸汽管网；在水冷反应器出口得到温度为250℃～260℃、甲醇含量为11～14mol％的一次反应气，并流后进入混合气预热器预热混合气，温度降至210℃～230℃，进入气冷反应器进行二次甲醇合成反应；气冷反应器出口得到温度为210℃～225℃的二次合成气进入下游系统；装置运行过程中，在线监测一次反应气中的甲醇含量，当甲醇含量≤10mol时，以8～15％体积流量/小时的递减速度逐步关小第二进水管上的控制阀；当催化剂床层温度提高至270～290℃时，关闭第二进水管上的控制阀，第二换热管组不工作，仅第一换热管组工作；此时，进入混合气预热器的混合气被换热至255～275℃进入水冷反应器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洁，许仁春，亢万忠，田贵春，相红霞，
申请(专利权)人：中石化宁波工程有限公司，中石化宁波技术研究院有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33