一种甲醇合成的工艺和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种甲醇合成的工艺，包括：含有新鲜气的甲醇合成气通过第一反应器生成甲醇，包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体与待进入第一反应器的含有新鲜气的合成气换热后通过第二反应器进一步生成甲醇，反应后甲醇浓度较高的合成气降温后进入甲醇分离器分离出甲醇，分离甲醇后的合成气与新鲜气汇合得到含有新鲜气的合成气，再次进入第一反应器；通过A阀直接将部分新鲜气引入第二反应器控制第二反应器催化剂床层的热点温度不超过250℃，将部分含有新鲜气的合成气不进行换热，通过B阀直接通入第一反应器，控制第二反应器的进气口温度在200‑240℃。本发明专利技术提高了催化剂的利用率及甲醇产品的品质，提高了生产装置的运行稳定性。

Process and device for methanol synthesis

The invention discloses a methanol synthesis process, including fresh gas methanol synthesis gas through the first reactor to produce methanol, heat transfer and synthesis gas to be introduced into the first reactor containing fresh gas mixture containing synthetic gas and methanol vapor through the second reactor to generate methanol after the reaction of synthesis gas methanol concentration higher after cooling into methanol separator to separate methanol synthesis gas and gas separation after the confluence of fresh methanol to produce synthetic gas containing fresh gas, once again into the first reactor; through the A valve directly to the part of the fresh gas into the hot second reactor temperature control second reactor the catalyst bed is less than 250 DEG C that will be part of synthetic gas containing fresh gas without heat, pass directly into the first reactor through the B control valve, second reactor inlet temperature of 200 240 C. The invention improves the utilization ratio of the catalyst and the quality of the methanol product, and improves the operation stability of the production device.

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇合成的工艺和装置
本专利技术涉及到一种甲醇合成的工艺和装置。
技术介绍
甲醇是一种非常重要的大宗有机化工产品，主要用途是甲醇制烯烃、甲醛、二甲醚、醋酸等下游产品；由于我国甲醇制烯烃需求不断增长，甲醇产品的需求也不断增加。据行业统计部门统计：2016年我国甲醇产能约为7982万吨/年，产量4313万吨，进口甲醇880万吨，需求量为5193万吨/年；预计2020年我国甲醇产能约为8622万吨/年，需求量为7661万吨/年，缺口760万吨以上；预计2025年我国甲醇产能为11712万吨/年，需求量为11239万吨/年，缺口预计在1800万吨左右。国内目前最大的煤制甲醇单套规模为180万吨/年，60万吨/年以上的29套，小型甲醇装置由于能耗高、效率低，除已建成外，国家已明确规定，不再投建。新建项目的规模要在年产100万吨以上，因此大甲醇装置建设是甲醇行业的方向。国内甲醇产量大，综合能耗高，水资源消耗量大，产业的过快发展加剧了能源、资源的激烈竞争和环境排放的现实负担，不利于社会的可持续发展。目前，我国合成甲醇的主要原料来自于煤炭，年消耗标准煤达到1亿吨以上，其吨醇平均综合能耗为50-60GJ，水耗20-22吨。为了降低合成甲醇的综合能耗、降低环境污染，提高能源的综合利用率，近年来国内甲醇生产企业逐渐采用先进的工艺、技术装备自己以提升竞争力，如采用先进的煤气化技术、高效的净化技术、大甲醇技术、蒸汽透平技术等，使吨醇综合能耗降低到48-50GJ。这些先进的工艺，技术起点高，着重于全系统的优化配置，大大降低了甲醇的综合能耗，但是对于大甲醇装置的合成工艺及配置，仅从核心设备甲醇反应器的配置方面考虑，未充分考虑甲醇反应器铜基催化剂的有效利用率及系统的合理匹配性设计，提高了合成甲醇的生产成本，不利于企业的发展。目前国内大型化煤制甲醇的规模越来越高，投资效能比效应明显，越来越受到市场的青睐，采用反应器串联的大甲醇工艺技术成为甲醇工艺的发展方向，但是该技术在工业化应用过程中存在反应器催化剂活性同步衰减、能量回收、系统及反应器的运行操作配置不协调等方面存在问题。CN1163255A公开了一种制造甲醇的方法，采用第一水冷反应器串联第二气冷反应器的方法合成甲醇，符合甲醇合成化学反应动力学、化学反应热力学的理念，首先将新鲜气和分离甲醇后的合成气汇合进入第一反应器在温度较高的情况下进行甲醇合成反应，然后进入第二反应器在温度较低的情况下进行甲醇合成反应，第二反应器的冷却介质为进入第一反应器的工艺气体，该流程具有醇净值高，系统能耗低的优点。但是该专利采用第一反应器与第二反应器直接串联的工艺，决定了第一反应器甲醇生成量占总产能的60％-80％，受到铜基催化剂在生产过程中活性衰退的特性，第一反应器前期甲醇生成量高，后期甲醇生成量低，从而制约了第二反应器催化剂的有效利用，而且第一反应器催化剂床层温度从一开始就处于250℃以上的水平，催化剂使用寿命短，使得第一反应器的催化剂处于活性后期时，而第二反应器的催化剂还处于活性前、中期，不利于整体系统的优化。CN102171171B采用第一水冷反应器串联第二气冷反应器的方法合成甲醇，设备的基本配置与CN1163255A相似，为了调节第二反应器的温度，冷却气体的温度控制在100-120℃，该温度低于CN1163255A所述的130℃以上的温度，存在较大的冷壁效应，使第二反应器催化剂的综合利用率差，且第二反应器床层局部还可能存在甲醇冷凝的现象，损坏催化剂，另一方面冷却气体的温度较低，系统低位能热量回收效果差，温度相差10℃，吨甲醇副产1.6-4.0MPa饱和蒸汽相差30-45kg。CN101790501B采用第一水冷反应器串联第二气冷反应器的方法合成甲醇，设备配置与CN1163255A相似，为了克服第一反应器与第二反应器直接串联的工艺不足之处，该专利在第一反应器与第二反应器之间近路引入了部分从甲醇分离过来的合成气，该合成气碳氧化合物浓度低，温度也较低，降低了第二反应器的热点温度，从而抗衡第一反应器催化剂的老化影响。但是该专利仅考虑第一反应器催化剂处于活性后期的操作状态或第一反应器催化剂处于温度较高的操作工况，未考虑第一反应器催化剂处于前中期的床层温度较低或系统负荷较低的操作工况，如果直接引入此合成气，使第二反应器床层温度很低，导致系统结蜡严重，系统换热效果较差，甚至需要停车处理系统的石蜡，同时也给甲醇的品质带来不利的影响，提高了合成甲醇的单位气耗。为了克服系统换热效果较差的不利之处，国内采用该工艺技术的部分企业在温度较高的冷却回路上增加了除蜡器。CN205295183U采用第一水冷反应器串联第二水冷反应器的方法生合成甲醇，第二水冷反应器由于受到铜基催化剂最低反应温度的限制不符合甲醇合成化学反应动力学、化学反应热力学的设计理念，系统醇净值较低，能耗高，且第一反应器与第二反应器的蒸汽压力等级不相同，使反应器催化剂的老化速度同步性差，更换催化剂不能有效同步，给企业带来不利的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有甲醇反应器串联的工艺技术存在的问题，提供了一种甲醇合成的工艺和装置。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种甲醇合成的工艺，该方法包括：含有新鲜气的合成气提温至200-250℃，首先通过第一反应器生成甲醇，所得的包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体经过第一气气换热器与待进入第一反应器的含有新鲜气的合成气换热，降温后通过第二反应器进一步生成甲醇，反应后的甲醇浓度较高的合成气降温后进入甲醇分离器分离出甲醇，分离甲醇后的合成气与新鲜气汇合得到含有新鲜气的合成气，再次提温至200-250℃进入第一反应器；其特征在于通过A阀直接将部分新鲜气引入第二反应器控制第二反应器催化剂床层的热点温度不超过250℃，将部分含有新鲜气的合成气不与第一反应器排出的包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体进行换热，通过B阀直接通入第一反应器，控制第二反应器的进气口温度在200-240℃。所述的新鲜气中氢碳比一般控制在1.8-2.5，优选为2.0-2.2。本专利技术中所述的氢碳比为(H2-CO2)/(CO+CO2)的摩尔比。新鲜气的温度一般为40-160℃。第一反应器进气口含有新鲜气的合成气的气体组成(mol％)：CO1～20、CO21～16、惰性气体(N2、Ar、CH4等)≤40、其余为H2。所述的第一反应器和第二反应器中分别装填铜基催化剂；所述的第一反应器中操作温度为200～300℃，优选为210～270℃，操作压力为3.0～15.0MPa，第一反应器中合成气空速为4000～20000h-1，优选为8000～15000h-1；所述的第二反应器中操作温度为200～300℃，优选为200～250℃，操作压力为3.0～15.0MPa，第二反应器中合成气空速为4000h-1～20000h-1，优选为10000～15000h-1。所述的铜基催化剂为合成甲醇的常规统计催化剂，有效成分要求如下：组分CuOZnOAl2O3含量，wt％≥45≥15≥6所述的通过A阀引入第二反应器的新鲜气占新鲜气总量的25-0mol％；所述的通过B阀引入第一反应器的合成气占进入第一反应器的合成气总量的100-0mol％；A阀和B阀的通流量不能同时为0，即A阀和B阀不能同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲醇合成的工艺，包括：含有新鲜气的合成气提温至200‑250℃，首先通过第一反应器生成甲醇，所得的包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体经过第一气气换热器与待进入第一反应器的含有新鲜气的合成气换热，降温后通过第二反应器进一步生成甲醇，反应后的甲醇浓度较高的合成气降温后进入甲醇分离器分离出甲醇，分离甲醇后的合成气与新鲜气汇合得到含有新鲜气的合成气，再次提温至200‑250℃进入第一反应器；其特征在于通过A阀直接将部分新鲜气引入第二反应器控制第二反应器催化剂床层的热点温度不超过250℃，将部分含有新鲜气的合成气不与第一反应器排出的包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体进行换热，通过B阀直接通入第一反应器，控制第二反应器的进气口温度在200‑240℃。

【技术特征摘要】
1.一种甲醇合成的工艺，包括：含有新鲜气的合成气提温至200-250℃，首先通过第一反应器生成甲醇，所得的包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体经过第一气气换热器与待进入第一反应器的含有新鲜气的合成气换热，降温后通过第二反应器进一步生成甲醇，反应后的甲醇浓度较高的合成气降温后进入甲醇分离器分离出甲醇，分离甲醇后的合成气与新鲜气汇合得到含有新鲜气的合成气，再次提温至200-250℃进入第一反应器；其特征在于通过A阀直接将部分新鲜气引入第二反应器控制第二反应器催化剂床层的热点温度不超过250℃，将部分含有新鲜气的合成气不与第一反应器排出的包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体进行换热，通过B阀直接通入第一反应器，控制第二反应器的进气口温度在200-240℃。2.根据权利要求1所述的一种甲醇合成的工艺，其特征在于通过A阀引入第二反应器的新鲜气占新鲜气总量的25-0mol％；通过B阀引入第一反应器的合成气占进入第一反应器的合成气总量的100-0mol％；A阀和B阀的通流量不能同时为0。3.根据权利要求1所述的一种甲醇合成的工艺，其特征在于所述的新鲜气中氢碳比为1.8-2.5，优选为2.0-2.2；新鲜气的温度为40-160℃。4.根据权利要求1所述的一种甲醇合成的工艺，其特征在于所述的第一反应器为水冷反应器；第二反应器为气冷反应器或水冷反应器。5.根据权利要求4所述的一种甲醇合成的工艺，其特征在于所述的第二反应器为气冷反应器。6.根据权利要求1、2、3所述的一种甲醇合成的工艺，包括：分离甲醇后的合成气依次经合成气循环机提压、第二气气换热器预热至125-180℃后，与新鲜气导管输入的新鲜气汇合得到含有新鲜气的合成气，含有新鲜气的合成气首先进入第二反应器与第二反应器中的反应气换热，提温至200-230℃，再进入第一气气换热器与第一反应器出气口输出的包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体换热，将提温至200-250℃，通入第一反应器，在铜基催化剂的作用下反应得到甲醇；从第一反应器出气口输出的包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体进入第一气气换热器，与待通入第一反应器的含有新鲜气的合成气换热，降温至200-240℃，通入第二反应器，在铜基催化剂的作用下进一步反应得到甲醇，得到的甲醇浓度较高的合成气降温至10-60℃，通入甲醇分离器分离出甲醇，分离甲醇后的合成气再次经合成气循环机提压、第二气气换热器预热后与新鲜气导管输入的新鲜气汇合得到含有新鲜气的合成气，再依次经第二反应器和第一气气换热器预热后进入第一反应器；其特征在于：在新鲜气导管上设有新鲜气支路，通过新鲜气支路上的A阀将占新鲜气总量25-0mol％的新鲜气自第二反应器的进气口引入第二反应器，与包含合成气和甲醇蒸汽的混合气体在第二反应器进行甲醇反应；在第一反应器的进气端设有与第一气气换热器并联的调节支路，通过调节支路的B阀将占进入第一反应器总气量100-0mol％的合成气直接引入第一反应器；A阀和B阀的通流量不能同时为0。7.根据权利要求1、2、3所述的一种甲醇合成的工艺，包括：包括：分离甲醇后的合成气...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕仲明，张结喜，张超伟，刘起军，刘小平，董维佳，
申请(专利权)人：南京国昌化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32