一种甲醇合成装置和使用该装置合成甲醇的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种甲醇合成装置和使用该装置合成甲醇的方法。本发明专利技术的甲醇合成装置不需要大规模更换原有设备，可在少量调整管路连接后以原有的甲醇合成装置生产，在各甲醇企业推广。该方法简单易行，仅增加小合成循环机的电耗和少量的冷却水消耗，利用原有公辅设施和少量新增管线即可满足生产要求。改造投运后，甲醇装置的整体运行效率显著提高，且合成系统压力处在较低水平，既降低了动力消耗，也显著提高了装置安全性还提高了总碳(C)转化率，实现了节能减排。

A methanol synthesis device and a method for methanol synthesis using the device

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇合成装置和使用该装置合成甲醇的方法
本专利技术涉及一种甲醇合成装置和使用该装置合成甲醇的方法，具体而言，本专利技术涉及一种具有特定多塔结构的甲醇合成装置以及使用该装置合成甲醇的方法。
技术介绍
甲醇是一种常用的化工原料，其在许多领域中都具有广泛的应用。例如，其可用作溶剂、防冻剂、燃料或变性剂，亦可用于经过酯交换反应生产生物柴油等。在现有技术中，甲醇的常规制备方法是，在催化剂的作用下，由甲醇合成气(主要成分是H2、CO和CO2)反应生成甲醇，其反应式如下：CO+2H2→CH3OH+90.73kJ/molCO2+3H2→CH3OH+H2O+48.02kJ/mol对反应工艺而言，传统焦炉气制甲醇是单塔循环合成，工艺流程为：来自焦炉的转化气(新鲜H2、CO和CO2)与循环气在合成气压缩机内混合并增压后(作为入塔气)，先经入塔气预热器壳程，与合成塔出口反应后气体(出塔气)换热升温至200～230℃，然后进入合成塔管程内的催化剂床层进行反应。这种单塔循环合成系统主要有两个弊端,一是因为单塔合成催化剂装填量小，空速偏高，单程转化率偏低，从而为维持较高的单程转化率需要在运行压力上限运行，不仅动力消耗增加更有很大安全隐患；二是驰放气中有效碳偏高，驰放气中的CO的平均含量为3％(v)，CO2的平均含量为4％(v)。因此，若驰放气量为18000Nm3/h(标准立方米/小时)、年损失碳约(以每年开工8000小时计算)18000*(3％+4％)*8000＝1008万Nm3。因此，仍需要提高碳转化率，减少碳排放，并能减少能源/动力消耗的甲醇合成工艺。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人经过长期实验发现，并联反应器可以降低反应压力和空速，提高单程转化率；且再串联反应器可以进一步减少驰放气中的碳含量，减少碳排放。专利技术人在此基础上完成了本专利技术。本专利技术的一个目的在于提供一种甲醇合成装置。本专利技术的另一个目的在于提供一种使用该装置合成甲醇的方法。根据本专利技术的一个实施方式，其提供了一种甲醇合成装置，该装置包括：第一气气换热器，其包括第一气气换热器第一通路和第一气气换热器第二通路；第一蒸发冷却器，第一甲醇分离器，并联合成塔组，其包括2个并联的合成塔，记为第一合成塔、第二合成塔，其中，每个合成塔各自包含合成塔管程通路，合成塔壳程通路，以及汽包，且每个合成塔的合成塔壳程通路连接至每个合成塔的汽包；第二气气换热器，其包括第二气气换热器第一通路和第二气气换热器第二通路；第二蒸发冷却器，第二甲醇分离器，串联合成塔组，其包括1个串联的合成塔，记为第三合成塔，其中，所述第三合成塔包含合成塔管程通路，合成塔壳程通路，以及汽包，且所述第三合成塔的合成塔壳程通路连接至所述第三合成塔的汽包；其中，通过管路依次连接第一气气换热器第一通路，并联合成塔组的每个合成塔的管程通路，第一气气换热器第二通路，第一蒸发冷却器，第一甲醇分离器以制得甲醇，第一甲醇分离器一方面通过管路排出甲醇产品，另一方面通过管路连接第一气气换热器第一通路以循环进气，再一方面依次连接第二气气换热器第一通路，串联合成塔组的合成塔的管程通路，第二气气换热器第二通路，第二蒸发冷却器，第二甲醇分离器以制得甲醇，第二甲醇分离器一方面通过管路排出甲醇产品，另一方面通过管路连接第二气气换热器第一通路以循环进气，再一方面排出驰放气。优选地，所述第一合成塔、第二合成塔、第三合成塔中的第一汽包、第二汽包、第三汽包彼此相连。在该合成装置中还包括本领域中已知的管线、阀、泵、流量计等装置，其结构和功能与本领域中已知的相同，在此不再赘述。根据本专利技术的另一个实施方式，其包括一种使用上述装置合成甲醇的方法，该方法包括：(1)将原料气与循环气组成的合成气通入第一气气换热器第一通路与位于第一气气换热器第二通路中的来自并联合成塔组的反应混合气换热，以得到预热后的合成气；(2)所述预热后的合成气进入并联合成塔组的每个合成塔的管程通路，在所述管程通路中的合成催化剂的作用下反应得到包含甲醇、未反应的合成气的反应混合气；(3)所述反应混合气通入第一气气换热器第二通路，与位于第一气气换热器第一通路中的合成气换热；(4)流出第一气气换热器的反应混合气进一步流经第一蒸发冷却器，进一步降温；(5)流出第一蒸发冷却器的反应混合气进入第一甲醇分离器进一步降温，分离出目标产品甲醇，分离出的未反应的合成气一部分流回第一气气换热器第一通路作为循环气，另一部分流入第二气气换热器作为二级合成气；(6)所述二级合成气通入第二气气换热器第一通路与位于第二气气换热器第二通路中的来自串联合成塔组的反应混合气换热，以得到预热后的二级合成气；(7)所述预热后的二级合成气进入串联合成塔组的合成塔的管程通路，在所述管程通路中的合成催化剂的作用下反应得到包含二级甲醇、未反应的二级合成气的二级反应混合气；(8)所述二级反应混合气通入第二气气换热器第二通路，与位于第二气气换热器第一通路中的二级合成气换热；(9)流出第二气气换热器的二级反应混合气进一步流经第二蒸发冷却器，进一步降温；(10)流出第二蒸发冷却器的二级反应混合气进入第二甲醇分离器进一步降温，分离出目标产品甲醇，分离出的未反应的二级合成气一部分流回第二气气换热器第一通路作为循环气，另一部分作为驰放气排出。优选地，所述第一合成塔、第二合成塔、第三合成塔中的反应温度是210℃-250℃、反应压力是4.5Mpa-6.5Mpa。优选地，以CO和CO2计，所述甲醇合成装置的C转化率是95％。优选地，以CO和CO2的体积分数计，所述驰放气的碳含量是2％以下。本专利技术的甲醇合成装置中，与大流量的单一合成塔相比，同样流速的并联合成塔组可以降低反应压力，提高C转化率。本专利技术的甲醇合成装置中，串联合成塔组可以减少驰放气中的碳含量。对单塔合成系统进行技术改造，并联一台与原塔相当(或催化剂装填量不小于原塔1/2)的合成塔，以降低空速，提高总碳单程转化率，同时在驰放气的出口串联一套小的合成循环系统，将驰放气中的有效碳合理利用。形成双塔并联串联小合成系统的独特工艺。对于本专利技术的甲醇合成装置，其运行压力可降低8％，总碳转化率可提高3个百分点以上，驰放气中(CO+CO2)可降低到2％(v/v)左右。装置运行安全性和经济性有显著提升。以生成1吨甲醇需要700Nm3碳，按照本专利技术的方法，若总碳转化率从92％提高到95％计算，生产1吨甲醇可减少24.02Nm3碳排放。此外，本专利技术的甲醇合成装置不需要大规模更换原有设备，可在少量调整管路连接后以原有的甲醇合成装置生产，在各甲醇企业推广。该方法简单易行，仅增加小合成循环机的电耗和少量的冷却水消耗，利用原有公辅设施和少量新增管线即可满足生产要求。改造投运后，甲醇装置的整体运行效率显著提高，且合成系统压力处在较低水平，既降低了动力消耗，也显著提高了装置安全性还提高了C转化率，实现了节能减排。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方式的甲醇合成装置的示意图。图2是根据现有技术的甲醇合成装置的示意图。附图标记1第一气气换热器2第一蒸发冷却器3第一甲醇分离器4并联合成塔组41第一合成塔42第一汽包43第二合成塔44第二汽包5第二气气换热器6第二蒸发冷却器7第二甲醇分离器8串联合成塔组81第三合成塔82第三汽包9小循环机10联合压缩机具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲醇合成装置，该装置包括：第一气气换热器，其包括第一气气换热器第一通路和第一气气换热器第二通路；第一蒸发冷却器，第一甲醇分离器，并联合成塔组，其包括2个并联的合成塔，记为第一合成塔、第二合成塔，其中，每个合成塔各自包含合成塔管程通路，合成塔壳程通路，以及汽包，且每个合成塔的合成塔壳程通路连接至每个合成塔的汽包；第二气气换热器，其包括第二气气换热器第一通路和第二气气换热器第二通路；第二蒸发冷却器，第二甲醇分离器，串联合成塔组，其包括1个串联的合成塔，记为第三合成塔，其中，所述第三合成塔包含合成塔管程通路，合成塔壳程通路，以及汽包，且所述第三合成塔的合成塔壳程通路连接至所述第三合成塔的汽包；其中，通过管路依次连接第一气气换热器第一通路，并联合成塔组的每个合成塔的管程通路，第一气气换热器第二通路，第一蒸发冷却器，第一甲醇分离器以制得甲醇，第一甲醇分离器一方面通过管路排出甲醇产品，另一方面通过管路连接第一气气换热器第一通路以循环进气，再一方面依次连接第二气气换热器第一通路，串联合成塔组的合成塔的管程通路，第二气气换热器第二通路，第二蒸发冷却器，第二甲醇分离器以制得甲醇，第二甲醇分离器一方面通过管路排出甲醇产品，另一方面通过管路连接第二气气换热器第一通路以循环进气，再一方面排出驰放气。...

【技术特征摘要】
1.一种甲醇合成装置，该装置包括：第一气气换热器，其包括第一气气换热器第一通路和第一气气换热器第二通路；第一蒸发冷却器，第一甲醇分离器，并联合成塔组，其包括2个并联的合成塔，记为第一合成塔、第二合成塔，其中，每个合成塔各自包含合成塔管程通路，合成塔壳程通路，以及汽包，且每个合成塔的合成塔壳程通路连接至每个合成塔的汽包；第二气气换热器，其包括第二气气换热器第一通路和第二气气换热器第二通路；第二蒸发冷却器，第二甲醇分离器，串联合成塔组，其包括1个串联的合成塔，记为第三合成塔，其中，所述第三合成塔包含合成塔管程通路，合成塔壳程通路，以及汽包，且所述第三合成塔的合成塔壳程通路连接至所述第三合成塔的汽包；其中，通过管路依次连接第一气气换热器第一通路，并联合成塔组的每个合成塔的管程通路，第一气气换热器第二通路，第一蒸发冷却器，第一甲醇分离器以制得甲醇，第一甲醇分离器一方面通过管路排出甲醇产品，另一方面通过管路连接第一气气换热器第一通路以循环进气，再一方面依次连接第二气气换热器第一通路，串联合成塔组的合成塔的管程通路，第二气气换热器第二通路，第二蒸发冷却器，第二甲醇分离器以制得甲醇，第二甲醇分离器一方面通过管路排出甲醇产品，另一方面通过管路连接第二气气换热器第一通路以循环进气，再一方面排出驰放气。2.根据权利要求1所述的甲醇合成装置，其中所述第一合成塔、第二合成塔、第三合成塔中的第一汽包、第二汽包、第三汽包彼此相连。3.一种使用根据权利要求1所述的装置合成甲醇的方法，该方法包括：(1)将原料气与循环气组成的合成气通入第一气气换热器第一通路与位于第一气气换热器第二通路中的来自并联合成塔组的反应混合气换热，以得到预热后的合成气；(2)所述预热后的合成气进入并联...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恰，王灵清，李庆华，郎莹，赵德旭，石志哲，孔力军，王海平，张燕，
申请(专利权)人：河北金牛旭阳化工有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13