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1、1998年第3期 化 工 设 计 13综 述 以天然气为原料制甲醇装置工艺方案评 论蒋德军 郑明峰 唐宏青 中国石化兰州设计院 兰州 730060摘要 以天然气为原料的10万t/a甲醇装置,对其合成气制备工序的七种工艺流程、甲醇合成工序的两种工艺流程、甲醇精馏工序的两种工艺流程作详细的流程模拟计算与分析;并在此基础上确定七种基本工艺方案,进行全系统的流程模拟计算,得出主要消耗定额、能量消耗、装置投资和产品成本;同时分析了工艺技术和主要设备的国产化前景,认为“加热型两段转化工艺+管束式合成塔流程+两塔精馏”的基本工艺方案,是目前国
2、产化最好的选择。关键词 天然气制甲醇 流程模拟 工艺方案 国产化 某化工厂拟在近期内筹建以天然气为原料的接提供一段蒸汽转化所需的热量,一段炉基本上10万t/a甲醇装置。为了配合装置的工程设计和不需外界加热,被称为无焰一段转化炉。根据原工程建设,受石化总公司技术开发中心委托,中国料进入转化炉的方式,又分串联型和并联型两种石化兰州设计院应用流程模拟技术,对以天然气工艺。为原料制甲醇装置的工艺流程进行计算分析,为112 甲醇合成有关方面决策提供参考。(1)多段冷激式合成工艺 采用固定床4段本工作在关键技术国产化的前提下,选择和冷激式绝热轴向流动合成塔;确定技术先进可靠、能量利用合理、经济上
3、有竞争(2)管束式合成工艺 采用管束式副产蒸汽力的工艺技术方案。等温反应器。113 甲醇精馏1 甲醇工艺技术(1)两塔流程 第一塔为预精馏塔,第二塔为以天然气为原料制甲醇工艺装置主要由合成主精馏塔,两塔再沸器均用低压蒸汽作热源;气制备(包括天然气压缩、加氢脱硫、烃类转化、蒸(2)三塔流程 采用两个主精馏塔,第一主精汽动力和废热回收)、甲醇合成(包括合成气压缩、馏塔加压操作,第二主精馏塔常压操作。加压塔甲醇合成、甲醇分离)和甲醇精馏三部分组成。各塔顶气体的冷凝热用作常压塔塔底再沸器的热部分涉及的主要工艺技术如下。源,有效地利用了能量。111 合成气制备2 基本工艺流程以天然气为原料制合成
4、气,有烃类蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法。根据国内外已成熟并实现工业化的工艺技(1)一段蒸汽转化(传统方法) 是传统的合术,提出如下基本工艺流程。成气制备方法。根据补加CO2的不同位置,又分211 合成气制备工序(包括蒸汽动力系统和废热炉前补加CO2和炉后补加CO2两种工艺;回收方案)(2)加热型两段转化(可实现国产化的方法)共有三类七种工艺流程: 即在一段炉中进行蒸汽转化反应,在自热式二(1)第一类 基于一段蒸汽转化的工艺流程段炉中加入纯氧进行部分催化氧化反应,以达到(共三种):合适的氢碳比。根据原料进入转化炉的形式,又①合成气制备工艺流程A:传统的一段蒸汽分为两种工艺
5、流程;转化工艺;(3)换热型两段转化(需进一步开发或引进的②合成气制备工艺流程B:转化炉前补加先进方法) 即由二段转化炉出口的高温气体直CO2一段蒸汽转化工艺;©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 化 工 设 计 141998年第3期③合成气制备工艺流程C:转化炉后补加别进行详细的物料平衡和热量平衡的模拟计算和CO2一段蒸汽转化工艺;分析对比,并在此基础上,选择和确定技术先进可(2)第二类 基于加热型两段转化的工艺流靠、能量利用合理的工艺方案
6、。程(共两种):311 物热计算的基础条件及内容①合成气制备工艺流程D:加热、串联型两段物热计算的基础条件包括:转化工艺;(1)主要原料及燃料规格 所用的原料、燃料②合成气制备工艺流程E:加热、并联型两段天然气组成见表1。转化工艺;表1 原料、燃料天然气组成(3)第三类 基于换热型两段转化的工艺流组成CH4C2H6C3H8CO2N2H2S程(共两种):V%96.200.450.0781.601.607ppm①合成气制备工艺流程F:换热、串联型两段转化工艺;(2)主要产品规格及装置生产规模 甲醇产②合成气制备工艺流程G:换热、并联型两段品规格为一级品精甲醇。装置生产规模为一级品转化工艺。
7、甲醇10万t/a;小时产量为14.00t。年操作300212 甲醇合成工序天(7200小时)。(1)合成工艺流程A(多段冷激式合成塔工物热计算主要内容包括:合成气制备工序七艺);种流程、甲醇合成工序两种流程和甲醇精馏工序(2)合成工艺流程B(管束式副产蒸汽合成塔两种流程的物料平衡和热量平衡的模拟计算和分工艺)。析对比。213 甲醇精馏工序312 物热计算结果及分析(1)精馏工艺流程A(两塔精馏工艺);31211 合成气制备工序 应用模拟软件,对
