天然气制甲醇工艺总结.docx

1、天然气制甲醇工艺总结天然 气 制甲醇 工 艺 技 术总结中化二建集团有限公司 王瑞军工程名称:内蒙古天野化工油改气联产20万吨/年甲醇项目工程地点:内蒙古呼与浩特市开工日期:年5月竣工日期:2005年11月投资金额:约亿元人民币 甲醇装置简介1、1 内蒙古天野化工集团为调整产品结构,开拓碳一化工领域产品,增强企业参与市场的竞争能力,解决企业生存发展问题,以天然气取代重油为原料,采用非催化部分氧化技术对现有的30万吨/年合成氨生产装置进行技术改造,同时增建一套以天然气为原料年产2万吨的甲醇装置。1、2 本项目由中国五环科技有限公司设计,中化二建集团有限公司承建。所采用的技术均为国产。所选用的设备

2、除三台天然气压缩机组为进口外,其余均为国产。设计日产甲醇667吨,日耗天然气8500立方米。装置采用:变频电机驱动离心式天然气压缩、5Ma补碳一段蒸汽转化炉、蒸汽透平驱动离心式合成气压缩机、8.0MPa林达均温合成塔、三塔精馏、普里森膜分离氢回收、M二氧化碳回收工艺。另外还为合成氨配套一台蒸汽透平驱动离心式天然气压缩机。2 甲醇装置工艺特点、1 天然气压缩工序天然气压缩工序就是将、25MPa()天然气压缩至蒸汽转化要求的压力.5M(A)。天然气压缩机组采用德国阿特拉斯生产的电机驱动的离心式压缩机组、离心压缩机的显著特点就是单机打气量大。运转平稳无脉冲、维修少、无需备用,与蒸汽透平驱动相比投资少

3、,占地面积较小。2.2 天然气转化工序2.1 天然气转化工序就是通过天然气与蒸汽转化反应生产甲醇合成需要的合成气。天然气转化工序只设一段转化炉,转化炉采用顶烧方箱炉,对流段为水平布置,水碳比为3、2,转化炉出口转化气温度855,压力2、1a,甲烷含量约2、5(干基)。2.2 原料天然气脱硫采用钴钼加氢串氧化锌脱硫工艺,氧化锌脱硫槽采用双塔,可并联可串联保证天然气中总硫小于0、1PPm,同时脱硫剂更换不影响生产。2.23 采用天然气饱与塔流程,回收工艺冷凝液,可节省配入、MPa蒸汽量,同时降低了工艺冷凝液的处理成本。2. 本项目采用二氧化碳加在转化管前的方法来调节甲醇合成气的氢碳比,较二氧化碳加

4、在转化管后相比,因抑制了变换反应的进行合成气的组成更接近甲醇合成理想气体组成。甲醇弛放气较少,合成气的利用率较高,能耗较低。2.5 转化气废热锅炉采用先进的卧式列管反应器,技术成熟、安全、稳定、可靠。采用副产10、0MPa蒸汽及过热蒸汽的技术回收本工序大量的高温余热,极大地提高了余热的利用品位,同时低位余热直接用于甲醇再沸器的热源,热回收效率高。2.6 本工序的烧嘴的燃料气由天然气与氢回收的尾气量两股气体组成,两者组成相差较大,氢回收尾气中CO与H2含量较高,而且在氢回收不同负荷时尾气流量与组成波动较大,氢回收尾气的变化会影响烧嘴的火焰分布。为减少对转化炉的影响,本工序选择新型燃烧器,将天然气

5、与尾气分开调节。2.2.7 新型燃烧器的特点就是天然气与尾气均匀分配进入每一个燃烧器,天然气进中心烧嘴,尾气进侧面烧嘴。在尾气发生波动时通过燃料天然气流量的调节稳定转化炉的温度,同时更容易实现低氮氧化物的要求。2.8 对流段空气预热器采用热管技术。因烟气中含有O2腐蚀性气体,冷空气直接与烟道气换热,在换热器局部激冷降温造成露点腐蚀。采用热管技术特殊材质可避免换热管腐蚀的发生。2、3 甲醇合成气压缩工序2. 合成气压缩工序就是先将天然气转化的合成气与氢回收的富氢气压缩至7、3Mpa(),压缩后的气体与甲醇合成的循环气汇合进入循环段进一步压缩至8、0MPa(A),送入甲醇合成系统。2.3.2 本工

6、序采用德国阿特拉斯厂生产的蒸汽透平驱动的离心式压缩机组,采用合成气与循环气联合压缩的方式可提高压缩效率,节省投资,减少占地面积。2、4甲醇合成工序甲醇合成工序就是将合成气在铜基催化剂的作用下,制取甲醇。合成塔选用林达均温型合成反应器,林达均温型合成反应器的特点就是:2.4.1 甲醇合成在等温下进行(管内冷气换热)反应器转化率高。.2 催化剂床层轴向温差在10左右,同平面温差在23。2.43 甲醇合成塔催化剂装填系数大。2.4 甲醇合成废锅副产低压蒸汽能量利用合理。2.5 甲醇合成塔入口温度控制在20-230,副反应生成量相对低(杂醇、高碳链烃等)。、5 氢回收工序氢回收工序就是将甲醇合成弛放气

7、中的氢气回收,经压缩后返回甲醇合成,以降低能耗。本项目氢回收采用普里森膜分离技术,利用气体在聚酰亚胺膜滲透速率不同进行气体分离,该操作简单、占地少、运行稳定、维护方便、膜的正常使用寿命长。2.6 甲醇精馏工序26.1 甲醇精馏工序就是通过精馏工艺将合成的粗甲醇提纯,生产高纯度的精甲醇产品。本项目采用三塔精馏工艺,利用天然气转化的低位能作预塔与加压塔的再沸器热源,同时利用加压塔顶的甲醇蒸汽作常压塔底再沸器的热源,从而减少了蒸汽消耗与冷却水消耗。使总的能耗比两塔流程低-0。26.2 本工序设计上为了提高甲醇回收率与产品甲醇质量,在常压塔后设回收塔。虽然增加一个塔,但由于降低了常压塔负荷,因而投资与

8、蒸汽消耗基本不增加。不仅甲醇回收率增加,而且可以从回收塔提出杂醇,避免杂醇在系统积累而影响甲醇质量。随着用户对甲醇中杂质低含量要求越来越高,这一点显得更为重要。2.6.3 甲醇精馏工序各塔均采用规整填料,既可保证产品质量,又使系统的操作弹性增大本系统可在60-110范围内操作。、 C2回收工序CO2回收工序就是从天然气转化的烟道气中回收CO2,满足甲醇合成与尿素装置对CO2的要求。MEA烟道气回收CO2的特点:271 MEA溶液吸收法在常温常压下吸收烟道气中的C2组分,低压蒸汽加热后解析释放出2。.7. 采用特殊的复合缓蚀技术,确保吸收液中活性组份MEA浓度(一乙醇胺)在12左右。烟道气中氧含

9、量高达时也不会发生明显的降解反应,装置能长期、安全、稳定、经济运行。273 合理的热量平衡措施,充分利用系统低温热能,以减轻外移热量负荷,有效降低冷却水耗量。2.4 吸收塔顶部设置洗涤段,降低排烟温度,减少EA溶液的损耗,减少系统的脱盐水补充量。2.7.5 再生塔顶部设置回流洗涤段,降低MEA溶液的损失。2.7.6 采用南京化工研究院的低压C2回收技术。2、8 CO压缩工序CO2压缩工序主要就是将回收的CO2气体压缩至、0MP(A),送入天然气转化工序。CO2压缩工序的另一个任务就是将CO2中的硫脱除。O压缩机就是采用电机驱动往复式压缩机。往复式压缩机适用于打气量较小的场合,机械效率高,运行稳

10、定可靠。、9 甲醇中间罐区工序.9 甲醇精馏工序短时间停车时,临时储存甲醇合成生产的粗甲醇,待甲醇精馏工序正常后由粗甲醇泵送至精馏工序。2.9.2 接受、储存、计量甲醇精馏工序生产的精甲醇,经检验合格后用泵送往成品罐区中储存。23 根据中间罐区生产的特点及甲醇的物理特性,粗甲醇储罐及甲醇计量罐均选用固定顶钢储罐,甲醇输送泵选用离心泵。3 甲醇装置流程概述甲醇装置的流程共包括以下几部分:3、1 原料天然气压缩 来自天然气配气站流量91N3h,温度25、压力1.25MPa的天然气经过原料气分离器后,进入天然气压缩机进行压缩,压缩后的天然气温度103、压力2、85a送往天然气转化工序。、 天然气转化

11、工序压缩后的天然气经过原料气预热器加热后,进入加氢反应器与脱硫槽进行加氢脱硫,硫含量合格后进入饱与塔进行配水处理,温度182、压力2、58Pa的天然气由来自管网的工艺蒸汽配比合适的水碳比后,经混合器预热器加热到50、压力2、5MPa后进入一段蒸汽转化炉进行转化反应。反应后的气体855、19M、116 m/h,经多次换热与分离后,最终以流量759M3/、温度、压力2、00MPa进入合成气压缩。3.3 合成气压缩 由转化来的气体经过合成气分离器后,进入联合压缩机压缩后的气体温度53、压力7、9MPa、流量487798 Nm3/h被送往甲醇合成工序3、 甲醇合成工序来自压缩工序的合成气,经过入塔预热

12、器预热到158后,进入甲醇合成塔进行合成反应。出塔气体温度259,压力7、5MP经过一系列的换热与最终分离,生产出的粗甲醇5、35T/H被送往甲醇精馏工序。在甲醇分离器后分离出的循环气去压缩工序进行压缩,再参加合成反应。3、5 弛放气氢回收 来自甲醇合成的弛放气经过水洗,分离与加热后,进入膜分离器进行分离,回收的氢气去合成气压缩机压缩参加合成反应。尾气去转化作燃料。 3.6 甲醇精馏工序来自合成的粗甲醇,经过预精馏塔脱除轻组分、加压精馏塔与常压精馏塔脱除重组分后,在加压精馏塔取出3、22 t精甲醇并在常压精馏塔取出1、29t/精甲醇,两股精甲醇汇合后,送到甲醇中间罐区,准备外送。.7 O2回收

13、工序 为了进一步提高合成甲醇气质,利用来自转化的烟道气,回收再利用其中的CO2。采用MEA溶液在吸收塔内对CO2气体进行吸收,然后在再生塔内进行CO解吸,45Nm3/h的O气体送往压缩工序,2242 Nm3/h的CO2气体送往尿素装置。3、 甲醇中间罐区甲醇中间罐区共设有四个贮槽,作为粗甲醇与精甲醇的临时储存。3、9 CO2压缩部分 来自O2回收工序的气体,经过CO2压缩机压缩后,温度114,压力2、9被送往转化工段参加转化反应。4 甲醇装置采取的节能措施: 4、1 蒸汽转化制气工序采用补碳工艺,改善了合成气成分,提高了转化气的利用率,降低了能耗。.2 转化工序利用烟气余热将燃烧空气预热到20

14、,降低了燃料天然气的消耗。4.3 采用饱与塔流程,降低了工艺冷凝液的消耗,也减少了处理工艺冷凝液的能耗。4、4 转化气低位热能直接用作精馏工序再沸器热源,提高了热利用率。4.5 甲醇合成采用8、0MP()等温合成工艺,纯净值高及循环量小,降低了循环气压缩功耗,合理地回收反应热。.甲醇精馏采用三塔流程,降低了蒸汽消耗及能耗,甲醇回收率高。、7 设置弛放气氢回收工艺,减少蒸汽转化制气能力,降低能耗。5 甲醇装置产品规格:5、1 O-3美国联邦标准“A”级指标名称指标纯度9、85%乙醇10ppm丙酮与乙炔30pm丙酮10pm游离酸(HAC计)30p碱度(氨计)30ppm外观无色透明可碳化物(加浓硫酸

15、)不褪色颜色不暗于ATM的铂钴标度5馏程(60mHg)1(6、60.1在内)水溶性不混或不呈乳白色比重0、928g/不挥发10ppm气味醇类特征,无其她气味水份0、1高锰酸钾试验3分钟不褪色5、2 B338-1992中华人民共与国国家标准工业甲醇产品质量标准项 目指 标优等品一等品色度(钴-钼) 密度(200C) g/m3、7910、920、790、73温度范围(0.MPa) 0C64、065、5沸程(包括65、6、10C) 0C、高锰酸钾试验 min53水溶性试验澄清酸度(以HCOOH计) 0、0015、000碱度(以N3计) % 、02、0008羰基化合物含量(以HCH计)% 0、0020

16、、005蒸发残渣含量 0.001、00 主要设备选型及说明6、 合成氨装置主要设备6.1 天然气压缩机(0101)型 式:离心式,蒸汽透平驱动 进气 温度:5进气压力:1.2a(A) 排气 压 力:6、6Ma(A)排气量:360Nm3h 压缩机转速:353 rp汽轮机功率:3550 kW 汽轮机转速:183rm主蒸汽压力:3、8Ma() 主蒸汽温度:370蒸汽流量:1909 kg/h 数 量:1套6.1. C2真空压缩机(K201)型式:回转式,电机驱动 进气温度:-71 进气压力:ka(A) 排气压力:40Pa(A) 排气量:5500m/ 电机功率:60kW 数量:套,一开一备6、2 甲醇装

17、置主要设备6.2.1 天然气压缩机(K0111)型式:离心式,电机驱动 进气温度:2 出气温度103 进气压力:1.5Ma(A) 额定排气压力:2.9MPa(A) 额定排气量:215Nm3h 压缩机转速36772 r 电机转速2960rp电机功率:98W 数量:1套.2.2 转化炉(0203)型 式:顶烧方箱炉 外型尺寸:355310401000操作温度:转化管出口850 操作压力:转化管出口2.Ma(A)对流段:水平布置,设组换热器 催化剂:0m3进对流段烟气温度:101 出对流段烟气温度:10转化管:135220,21根,材质为HP-Nb 数量: 1座6.3 转化气废热锅炉(E0121)型

18、式:列管式,水平布置 规 格:内1709500换热管:35,L00,60根,材质为12rMo管侧操作温度: 8500 管侧操作压力:2、292、26MP()壳侧操作温度: 壳侧操作压力: 1、7Ma(A)换热面积:308 重 量:47、61T 数 量: 台6.24 合成气压缩机(0130)型式:离心式,蒸汽透平驱动 进气温度:0 进气压力:2.MPa(A) 进气量:59 /h 补气量:421 m3/h 总排气量:47798N3/h补气温度:40 排气压力:、0Pa(A) 压缩机轴功率:80kW 主蒸汽温度:95主蒸汽压力0、0MPa() 蒸汽流量1500kg/汽轮机转速:1341pm 汽轮机功

19、率: 9600 k压缩机转速:299p 数量:1套62.5 甲醇合成塔(R0140) 型式:管式等温反应器 规格:3.8米,总高约14米 催化剂装量(C3):48m 重量:32 数量: 台626 预精馏塔(C0160) 型式:填料塔 规 格:1.9米,总高约21米 操作温度: 塔顶79,塔底.5 操作压力: 塔顶 0、13MPa(A),塔底0、16MPa() 重量:16、52T 数 量: 台 62.7 加压精馏塔(0602) 型式:填料塔 规 格:2米,总高约8.8米 操作温度: 塔顶12,塔底132. 操作压力:塔顶 0、68Ma(A) 塔底 、70MP(A) 重 量:3、9T 数 量: 1

20、台6.8 常压精馏塔(C10) 型式:填料塔 规 格:.6米,总高约33.6米 操作温度: 塔顶 6.7,塔底 3 操作压力: 塔顶 、11Ma(), 塔底 0、13Pa() 重 量:37、83T 数量:1台6.2.9 回收塔(C01604) 型式:填料塔 规 格:12米,总高约2.5米 操作温度: 塔顶 6,塔底10 操作压力: 塔顶 0、10MPa(),塔底 .1MPa() 重 量:15、 数 量:1台6. CO2吸收塔(C70) 型式:填料塔,分上下两段,上段为水洗涤段,下段为胺液吸收段 规格:48米,总高约42.4米 上段:两段不锈钢填料,每段高6 下段:一段不锈钢填料,高m 烟道气入

21、塔温度:43 烟道气出塔温度:40 贫液入塔温度:40 富液出塔温度:55 吸收塔顶操作压力:0、10MPa(A) 重 量:13T 数 量: 台62.1 CO2再生塔(01702) 分上下两段,上段为回流液洗涤段,下段为气提段 规格:3.米,总高约321米 上段:两段不锈钢填料,每段高5m 下段:3块浮阀塔板 富液入塔温度:104 贫液出塔温度:113 再生气出塔温度:97 再生塔顶操作压力:0.1MPa(A) 重 量:81、78T 数 量:1台.2 烟气冷却塔(C070) 型式:填料塔,一段不锈钢填料,高3m 规格:4.8米,总高约19.米 烟道气入塔温度:10 烟道气出塔温度:35 洗涤冷

22、水入塔温度:32 洗涤热水出塔温度:43 烟气冷却塔顶压力:、089Ma(A) 重 量:66、T 数 量:1台.213 2压缩机(K0901) 型式:四级往复式,电机驱动 进气温度:40 进气压力:1kPa(A) 排气压力:3、MPa(A) 排气量:6600Nm/h 电机功率:250W 数量:2套,一开一备6.14 火炬 结构形式:渡锌钢管三角架,排气筒直径900毫米,高75米。重 量:10T关键施工部位及主要施工方法7. 大型塔、换热器及火炬吊装本装置的大型塔、换热器及火炬吊装采用10T、170及5T吊车就可以完成。较高、较重的塔安装,采用在地面分段预制,在空中分段组焊的办法完成。火炬也采用

23、分段预制,再用大吊车空中组对连接。在上述设备吊装前,尽可能把设备附属的内件支撑件与梯子、平台安装好一起吊装。以避免今后高空安装这些部件的不安全因素。7、2 压缩机组安装7.2.1 本装置选用的天然气压缩机为德国阿特拉斯厂生产的离心式压缩机,结构形式为压缩机与增速机结合为一体,压缩机涡壳用螺栓固定在增速机壳体上,压缩机叶轮安装在增速机的伸出轴上,机组油箱则作为增速机的底座。其中原料天然气压缩机为电机驱动,合成氨原料天然气与甲醇合成气压缩机均为汽轮机驱动,汽轮机分别为美国与西门子生产。整个机组结构紧凑,占地面积小,管道少,施工简便。该形式压缩机为我公司首次安装。7.2.2 二氧化碳压缩机为上海大隆

24、压缩机厂生产的对置式四级压缩机,现场组装。二氧化碳真空压缩机为纳西姆公司生产的回转式压缩机,整体安装。该形式压缩机我公司有较成熟的施工经验。7.3 压缩机组的吊装均利用室内桥式起重机完成,最大部件小于桥式起重机的允许起重量。7.2. 压缩机组安装应严格按照随机技术文件与在厂家技术人员的指导下进行,同时执行现行施工与验收规范的有关规定。7.2.5 压缩机所选的快凝无收缩高强度灌浆料,应按照技术文件与出厂试验报告的要求进行试验,并应经机组厂家技术人员确认。灌浆时要注意排尽空气。72.6 压缩机找平须采用斜垫铁或螺丝千斤。压缩机组找正与对中须采用“三块百分表找正法”或“激光对中仪找正法”。电机驱动的

25、压缩机组应该先找正、找平压缩机,再以压缩机为基准找正电机;以汽轮机驱动的压缩机组应该先找正、找平汽轮机,再以汽轮机为基准找正压缩机。7.2.7 压缩机组找正、找平分为粗找正、找平与精找正、找平。对中也分粗对中与精对中。联轴器精对中时必须考虑机组运行时热膨胀的影响,还要在机组装满油或在油箱上加与油相同质量的配重时进行。72.8 机组配管不得使机组承受较大的力量,要重视管道支架的安装,还要考虑管道热膨胀问题。管道施工应高度关注清洁问题,特别就是润滑油管道。管道焊接应采用氩弧焊或氩弧打底电焊盖面。如果发现有设计不合理的情况,应该及时提出,经设计同意修改,不得将错就错。7.2. 整体到货的压缩机,应该

26、在联轴器对中前与润滑油管道油洗结束后拆检清洗轴承等摩擦部位,并测量记录轴承间隙等数据。.2.1 润滑油管道油洗应在机组安装完毕,电气具备使用条件下进行。在管道进入机组前加过滤网,正常启动油系统进行油循环,定期清理过滤器与过滤网,直到油系统内杂质含量符合要求为止。7.2.11 机组试运转应按照随机技术文件要求进行,同时参照现行有关施工规范。电机驱动的机组,先试电机;汽轮机驱动的机组,先试汽轮机;电机与汽轮机试运转合格后,在带动压缩机一起试运转。压缩机试运转采用空气介质时,如与工作介质密度不同,要计算试运转负荷。7.3 转化炉安装及炉管(ZG45Ni35Cr5Nb钢)焊接7.1 在以石油天然气为原

27、料进行化工生产的装置中,转化炉作为生产的龙头担负着将甲烷气高温分解反应的关键设备,广泛应用与生产中,其安装工作历来作为施工重点受到高度重视。转化炉就是由钢结构外壳、炉管、集气管、烧嘴、换热器组成,炉内衬耐火材料,炉外采用保温。7.3.2转化炉形式多样,按照机构形式可分为:方箱形、梯台形、直立形等;按照燃烧方式可分为:顶烧式、底烧式、侧烧式及混合燃烧式等;按照工艺类型分为一段炉与二段炉,一段转化炉炉膛出口温度一般达到850左右,二段炉出口温度可达40左右。733 转化炉的组成一般有辐射段、对流段、送风系统、引风系统、废热回收系统。转化炉具有体积大、结构复杂、设备重量重安装位置高、各工序专业高度交叉作业多、施工一般工期较长、受季节影响大等特点,使得施工具有一定的难度。7、 施工内容一般包括:基础、炉体钢结构、热管系统、燃烧系统、热能回收系统、自动控制系统等的安装及内衬施工。. 施工中根据施工图,钢结构先期安排工厂化预制,绘制钢结构预制图,尽可能加大预制深度,保证制造质量,有效缩短现场安装工期、减少现场占地,加快工程进度,降低工程成本。7.6 结构预制件运到现场后,按照结构布置特点进行分片组装、分片校正、分片吊装、整体调整、对称焊接的安装方法,减少高空作业量