托普索低压甲醇合成装置优化设计

托普索低压甲醇合成装置优化设计
王玉玲
【摘要】Demark Topsøe low pressure methanol synthesis process was used in the methanol synthesis plant with a capacity of 600 000 t/a, in the Hebi Coal Mine Company, Henan Energy Source ChemicalEngineering Group;author has introduced the methanol synthesis process flow, has analyzed the existing problems of the plant, has presented the improvement scheme for high pressure gas sealing in synthesis loop and the optimal scheme for reduction of synthetic catalyst. Result indicates that executing optimal design of methanol synthesis plant can save production cost 9. 45 million Yuan RMB annually.%河南能源化工集团鹤煤公司60万t/a甲醇项目甲醇合成装置采用丹麦托普索低压甲醇合成工艺；介绍了甲醇合成工艺流程，分析了装置存在的问题，提出了合成回路高压气密改进方案以及合成催化剂还原优化方案。

结果表明，实施甲醇合成装置的优化设计全年可节约生产成本945万元。

【期刊名称】《化肥设计》
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】3页(P19-21)
【关键词】低压甲醇合成;工艺流程;优化设计
【作者】王玉玲
【作者单位】河南能源化工集团鹤煤公司，河南鹤壁 458000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.8
河南能源化工集团鹤煤公司甲醇项目是经河南省发展和改革委员会备案，国家环保部审批通过的省重点工程、省经济结构调整项目和鹤壁市1号重点工程。

项目设计能力为60万t/a甲醇，副产6 000 t/a硫酸，2013年5月正式生产出精甲醇。

甲醇装置采用低水气比宽温耐硫变换、德国鲁奇低温甲醇洗两步法脱硫、丹麦托普索低压甲醇合成、PRISEN膜氢回收、天大五塔甲醇精馏、托普索WSA硫回收和溴化锂暖通空调机组等技术，具有主要工艺技术先进，关键设备采用进口，设备自动化程度高，能耗低，环保效果好等特点［1］。

1 合成单元概况
1.1 工艺流程
由于化学平衡的制约，氢、碳的单程转化率较低，在产品甲醇充分分离出来之后未反应的气体要返回甲醇合成反应器，因而甲醇合成流程由甲醇合成、甲醇的分离和未反应气的循环等3部分组成。

1.2 新鲜气处理
新鲜气从界区外进入合成回路。

进入回路的新鲜气先与氢回收来的氢气混合再经过压缩，压力应略高于合成回路，并预热到甲醇合成塔(08R001)/硫保护器(08R002)入口温度。

最后经过硫保护器(08R002)，移除H2S和COS。

压缩后的新鲜气在进入新鲜气换热器(08E001)之前，加入一少部分高压锅炉给水通过急冷喷嘴(FZ-08028)与新鲜气进行混合。

水流量通过流量控制回路(FIC-08028)来调节。

新鲜气不断地流入新鲜气换热器(08E001)，在这里被一部分从合成塔出来的循环
气加热。

新鲜气预热温度通过合成塔出口的蝶阀(TV08051)控制，以确保循环气在1#换热器(08E001)和2#换热器(08E002)之间能合理地分配。

预热后的新鲜气进入硫保护器(08R002)，并随后进入合成回路与循环气混合。

在
气体汇合处设有特殊的管件，使气体混合的更加均匀［2，3］。

1.3 甲醇醇合成回路
从界区外来的合成气在两段合成气体压缩机(07K001)中被压缩。

在进入第1进气/出气换热器(08E001)前，压缩的合成气与一小部分高压锅炉给水混合。

加入水是为了确保在下游硫保护器(08R002)中的COS的水解。

通过与甲醇反应器(08R001)中出口气体换热，合成气在第1进气/出气换热器(08E001)中被预热。

预热后的合成气被送至硫保护器(08R002)中，在此，COS和H2S按下列反
应被去除:
硫保护器是一种简单的固定床反应器，里面装有托普索HTZ-51型ZnO硫吸收剂。

来自循环压缩机(07K002)的循环气与来自硫保护器(08R002)的合成气混合之前，
在第2进气/换气换热器(08E002)中被预热。

混合后的合成气被送至甲醇反应器(08R001)，在此，氢、一氧化碳、二氧化碳按
下列反应式转化为甲醇:
另外，一些副反应发生很有限，诸如微量的沸点高于或低于甲醇的氧化物生成。

甲醇合成塔为沸水反应器，即甲醇合成催化剂MK-121分装填在各管段中，管壳
侧被沸水包围，沸水有效地移走由甲醇合成产生的反应热量。

通过调节锅炉水/蒸
汽混合物的压力很容易地控制壳侧的冷却温度。

合成塔产生的蒸汽被送出界区。

反应器出来的合成气体被分为2股物流，分别在第1和第2进/出气换热器
(08E001和08E002)中被冷却，在脱盐水预热器(08E003)及最终冷凝器(08E004)
中进一步地冷却和冷凝。

粗甲醇在高压分离器(08D001)中被分离，并送往低压分
离器(08D002)。

新鲜合成气含有少量的惰性气体，即:N2和Ar。

为了防止这些气体在合成回路中
积累，应从回路中弛放一定量的气体。

弛放气在高压分离器(08D001)下游被排出，此处的惰性气体浓度最高。

弛放气在弛放气洗涤塔(08T001)中经脱盐水洗涤后进
入氢回收单元，洗涤液返回到低压分离器(08D002)中回收甲醇。

弛放气排放后，
来自高压分离器(08D001)的合成气通过循环气压缩机(07K002)循环至第2进/出
气换热器(08E002)。

粗甲醇在低压分离器(08D002)中被部分闪蒸，然后送往界区。

来自弛放气洗涤塔(08T001)的弛放气和来自低压分离器(08D002)的闪蒸气体被送出界区。

2 优化改进
该甲醇合成装置目前处于试生产期间，根据前段时间试运行经验，结合实际并吸收其他企业经验，实施了几点改进和优化。

2.1 合成回路高压气密技术改造
2.1.1 技改方案
合成单元高压气密原设计为购买氮气瓶接临时管线与新鲜气管线(GSY-08029-355.6)上充氮管线连接。

在原设计中甲醇装置在主管廊与合成装置之间有1个液
氨储罐，从主管廊有1根中压氮气管线(GAN-37008-150)下主管廊引入合成单元内管廊(GAN-37007-50)，通过1根(GAN -09003-25)的管线直接进入液氨储罐
用于储罐的氮气置换，在合成内管廊上没有接入合成单元内，用盲法兰将其盲死。

使用氮气瓶充压具有间断性，并且容易泄漏，既费时费力，又容易造成氮气泄漏事故。

现对充氮管线进行技改，将管线(GAN-37007-50)沿合成内管廊延长，引入合成装置区内，与原新鲜气管线(GSY-08029-355.6)上充氮管线临时接口对接，并将
充氮管线上导淋更改为双阀，止逆阀更改为高压止逆阀，充氮管线上阀门均更改为双阀(高压切断阀);在高压气密时利用自产的中压氮气或者外购氮气通过空分装置的高压氮泵经管道输送至甲醇装置，通过实际使用，证明了技改方案安全、高效、节能、省时、省力。

合成回路高压气密技改方案见图1。

图1 合成回路高压气密技改方案
2.1.2 技改效果与效益
(1)节省工作量，定岗可以减少2名员工，按照工资20 00元/月人计算:每年节省2 000×12×2= 48 000(元)。

(2)采用空分工序的自产氮气比购买氮气瓶至少能节约20万元。

(3)高压气密至少需要15天，因节省气密时间，提前运行1天可产生的经济效益
按日产2 000 t、1天3 000元/t计，为2 000×1×3 000=600(万元)。

(4)若因高压氮气泄漏造成人身伤害事故，其损失则不可估量。

综上所述，此项技改措施每年至少可以节省625万元。

2.2 合成催化剂还原方案的优化
2.2.1 方案优化
合成单元合成催化剂还原原设计有2种方案。

(1)方案1。

该方案为购买氢气，采用汇流排形式接临时管线对合成单元催化剂还原，现场不但要求工艺人员配合氢气厂家，并至少要有2名巡检员进行操作和监护。

合成岗位巡检路线较长(合成、精馏、氢回收、罐区、装车)，这不仅耗费人力，也变相地增加现场操作人员的劳动强度，容易使岗位之间的劳动强度失衡。

该方案还可能发生氢气泄漏等不可预知的事故，引起系统被迫停产，对催化剂造成损坏。

(2)方案2。

该方案为甲醇合成催化剂还原采用低温甲醇洗入压缩机之前的净化气，此方案要求变换催化剂已经升温硫化完成，并且气化装置、变换、低温甲醇洗、辅助分厂等装置均需正常稳定运行以供应甲醇催化剂还原时所需的气体，还原时启动
前工序装置来供应催化剂还原所需的气体。

此方案中装置已安装完毕，不必增加新的管道设备，安全系数高，但存在如下问题:①需要煤气化装置，变换装置和低温
甲醇洗装置运行，其他如空分、公用工程等辅助分厂等装置也同时运行，原始开车费用极大;②根据低温甲醇洗装置［4］的运行设计，其最小负荷为设计工况的60%左右，其他化工类似装置也有过40%的最小负荷运行经历。

若最小负荷按40%来考虑，则供入低温甲醇洗装置的煤气量至少应为104 000 m3/h，才能满足甲醇洗单元产出合格净化气并保证该装置的正常运行，如此则有绝大部分的气体需要放空，造成开车成本极高;③在过低负荷下低温甲醇洗装置所产生的净化气中硫含量易超标，且生产不稳定，从而不利于甲醇催化剂还原对净化气量稳定的要求。

(3)优化方案。

该方案是从本集团公司的精细化工公司1，4丁二醇装置变换单元的解析气管线，或者低温甲醇洗单元去1，4丁二醇的净化气管线上开孔引支管线到合成单元，这样既可以减少合成岗位现场操作人员的劳动强度，又可以对催化剂起到很好的保护作用，实现“安、稳、长、满、优”的生产。

2.2.2 优化方案效果与效益
(1)节省工作量，定岗可以减少2名员工，按照工资2 000元/月计算，每年可节省
2 000×12×2= 480 00(元)。

(2)变换合成催化剂每年可少更换1次，节约20万元。

(3)用1，4丁二醇装置产氢气比购买氢气汇流排［5，6］至少可节约300万元。

综上所述，此项优化方案每年至少可以节省320万元。

3 结语
通过甲醇合成装置的技改和优化，装置不仅在试开车运行期间，同时在大修后也可以节省约945万元，笔者期望上述改进和优化能在同类装置的工程设计中得到推广，为节能降耗做出贡献。

参考文献:
［1］王玉玲，李清峰，尹红伟，等.甲醇精馏装置优化设计［J］.小氮肥.2012，40(8):18-19.
［2］曹会敏，尹红伟，王玉玲，等.托普索低压甲醇合成工艺低压分离器的设计优化［J］.化肥设计.2013，51(1):26-27.
［3］李雪冰.180万t/a甲醇装置运行总结［J］.化肥设计.2013，51 (4):28-31. ［4］李锦.鲁奇甲醇装置合成催化剂还原总结［J］.中氮肥.2010 (2):5-8.
［5］胡毅.外购氢气进行甲醇催化剂还原技术的研究及应用［J］.中氮
肥.2013(2):9-12.
［6］吕会广，黄锋卫.外购氢气在大型甲醇合成催化剂还原中的应用分析［J］.煤化工.2011(5):12-14.。