一種焦爐氣制甲醇系統的製作方法
2023-09-20 20:43:45 6
一種焦爐氣制甲醇系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種焦爐氣制甲醇系統，包括甲醇合成單元和甲醇馳放氣利用單元，所述甲醇馳放氣利用單元用於以來自所述甲醇合成單元的甲醇馳放氣為原料合成甲醇；本發明還公開了一種甲醇馳放氣的利用方法。本發明在甲醇馳放氣的利用上突破了傳統的簡單燃燒利用的束縛，將甲醇馳放氣進一步進行深度合成，以生產甲醇，更為充分地消化了甲醇馳放氣中的碳，所得尾氣中極低的碳含量是常規合成塔所難以達到的，提高了碳利用率，減少了溫室氣體排放，同時也進一步帶來了可觀的經濟效益。
【專利說明】一種焦爐氣制甲醇系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及甲醇合成領域，尤其涉及一種焦爐氣制甲醇系統以及甲醇馳放氣的利用方法。
【背景技術】
[0002]現有技術焦爐氣制甲醇，其主要過程是將脫硫後的焦爐氣進行轉化，得到CO、CO2和H2送入甲醇合成塔，並在催化劑的作用下進行合成。從合成塔出來的氣體經冷卻分離甲醇後，大部分作為循環氣與合成塔的新鮮氣進料一起送入合成塔，剩餘部分氣體便為甲醇馳放氣，為維持系統平衡，焦爐氣制甲醇企業通常會將甲醇馳放氣統直接排放或送煤化燃
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[0003]在焦爐氣制甲醇企業中，為適應經濟發展的需要，要求提高生產能力。一種解決方式是重新建造一套生產裝置投資規模大，一旦甲醇需要減弱，企業虧損風險高；另一種解決方式是提高現有裝置的生產負荷，然而以某煤化企業為例，其焦爐氣平均負荷在20000Nm3/h，在合成塔壓力為4.2-5.2MPa、出口溫度為236°C的反應條件下，甲醇馳放氣為7000Nm3/h，其中CO含量為2.10%，CO2含量為4.33%，總碳含量大約6.43%。然而當負荷達到34000Nm3/h,甲醇馳放氣量大約為14000Nm3/h，這時弛放氣中的CO含量為7.43%, CO2含量為8.56%。馳放氣中的碳含量很高，也就意味著我們經過馳放氣的碳損失很多，如果將含碳量這麼高的氣體直接燃燒排放掉，必然造成對環境的極大破壞和對能源很大的浪費。
[0004]為了降低碳的流失，可以考慮提高合成塔出口溫度或增大催化劑裝填量。然而，實踐發現提供合成塔出口溫度時催化劑使用壽命難以保證。另外，由於原合成設備已經定型，增加催化劑的裝填量同樣難以實施。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種焦爐氣制甲醇系統以及甲醇馳放氣的利用方法，以解決甲醇馳放氣中所含碳資源被排放、浪費的問題。
[0006]本發明提供的一種焦爐氣制甲醇系統採用以下技術方案:
[0007]一種焦爐氣制甲醇系統，包括甲醇合成單元和甲醇馳放氣利用單元，所述甲醇合成單元包括:
[0008]壓縮機，用於使原料氣及來自第一分離器的部分頂部出口氣體增壓並將增壓後的氣體送往第一預熱器；
[0009]第一預熱器，用於使增壓後的氣體在進入甲醇合成塔之前與離開所述甲醇合成塔的產品氣換熱升溫，並將升溫後的氣體送往所述甲醇合成塔；
[0010]甲醇合成塔，用於以來自所述第一預熱器的升溫氣體為原料合成甲醇；
[0011]第一水冷器，用於進一步冷卻來自所述第一預熱器的產品氣；
[0012]第一分離器，用於分 離來自所述第一水冷器的產品氣以得到粗甲醇和頂部出口氣，並將部分頂部出口氣送往所述壓縮機，其餘部分送出；[0013]所述甲醇馳放氣利用單元用於以甲醇馳放氣為原料合成甲醇，所述甲醇馳放氣為所述第一分離器的頂部出口氣中送出的部分。
[0014]在本發明中，所述焦爐氣為煤炭煉焦的副產氣體，本發明中的甲醇合成單元中所用的原料氣為所述焦爐氣經本領域常規的脫硫和甲烷轉化得到。
[0015]來自甲醇合成塔的產品氣經所述第一分離器分離得到頂部出口氣中CO、CO2含量較低，例如均不超過IOmol %，而H2含量較高，例如不少於70mol %，上述頂部出口氣中的一部分會被循環至壓縮機，與原料氣混合進入所述甲醇合成塔，處於系統平衡的考慮，上述頂部出口氣難以全部循環，剩餘的部分頂部出口氣(即甲醇馳放氣)通常會被送去燃燒，而本發明的甲醇馳放氣利用單元則以甲醇馳放氣為原料合成甲醇。
[0016]根據本發明的優選實施方式，所述甲醇馳放氣利用單元包括:
[0017]甲醇馳放氣合成塔，用於以所述甲醇馳放氣為原料合成甲醇；
[0018]第二預熱器，用於使甲醇馳放氣在進入所述甲醇馳放氣合成塔之前與離開所述甲醇馳放氣合成塔的產品氣換熱升溫；
[0019]第二水冷器，用於進一步冷卻來自所述第二預熱器的產品氣；
[0020]第二分離器，用於分離來自所述第二水冷器的產品氣以得到粗甲醇和從所述第二分離器的頂部出口引出的尾氣。
[0021]在本發明的系統中，所述甲醇馳放氣合成塔可以選用本領域常規的甲醇合成塔，其尺寸應該根據實際情況適當減小。優選地，本發明的甲醇馳放氣合成塔選擇南京國昌公司生產的GC型水冷板合成反應器。該型反應器包括外筒體、氣體分布筒、集氣管、水冷板、分水聯箱和集水聯箱；所述氣體分布筒沿縱向設置在所述外筒體內，所述氣體分布筒的側壁設有開口，以使所述外筒體與氣體分布筒之間的氣體沿徑向均勻進入所述氣體分布筒內；所述集氣管沿縱向設置在所述氣體分布筒內，所述集氣管的側壁設有開口，用於收集所述氣體分布筒內的氣體以便排出；所述水冷板繞所述集氣管設置在所述氣體分布器內，用於使進入所述氣體分布筒內的氣體換熱降溫；所述集水聯箱與所述水冷板的上端連通，所述分水聯箱與所述水冷板的下端連通；所述水冷板上設有凹形槽，來自所述分水聯箱的水流經所述水冷板內部，並匯入所述集水聯箱。該型反應器氣體分布均勻、水冷板移熱能力強，內部催化劑溫度分布均勻，因此合成塔的阻力較低，轉化率也較高，尤其適合於本發明。優選地，所述甲醇馳放氣分為兩股，其中一股甲醇馳放氣自外筒體下部進入所述外筒體與氣體分布筒之間的環隙，另一股甲醇馳放氣自外筒體上部進入所述外筒體與氣體分布筒之間的環隙，以更好地實現氣體均勻分布。
[0022]所述水冷板之間填裝有催化所述馳放氣合成甲醇反應的催化劑，為簡化生產管理，所述催化劑可以採用與所述甲醇合成塔中填裝的催化劑相同，根據本發明優選的實施方式，所述催化劑選用南化研究院C-307型催化劑。
[0023]離開所述第二分離器的尾氣可以經所述甲醇合成單元原有的甲醇馳放氣管線送去燃燒。根據本發明的優選實施方式，所述第二分離器的頂部出口通過管線連接至合成氨系統，以利用所述尾氣中的氫氣、氮氣合成氨。
[0024]根據本發明的優選實施方式，所述焦爐氣制甲醇系統還包括閃蒸槽，所述閃蒸槽用於對來自所述第一分離器和第二分離器的粗甲醇進行閃蒸以提純甲醇。
[0025]本發明提供的一種甲醇馳放氣的利用方法採用以下技術方案:[0026]—種甲醇馳放氣的利用方法，所述方法為將所述甲醇馳放氣引入上述的甲醇馳放氣利用單元以合成甲醇；所述甲醇馳放氣為所述第一分離器的頂部出口氣中送出的部分。
[0027]在本發明的方法中，當所述甲醇馳放氣中的碳含量過低時，例如CO和/或CO2的含量小於2.5m0l%，說明甲醇合成塔合成效率較高，可以考慮關停所述甲醇馳放氣合成系統；當所述甲醇馳放氣中的碳含量過高時，例如CO和/或CO2的含量大於10mol%，說明甲醇合成塔合成運行工況不佳，可以考慮適當提高甲醇合成塔的出口溫度和/或適當增大甲醇合成塔中催化劑的裝填量，降低甲醇馳放氣中的CO和CO2的含量。根據本發明優選的實施方式，所述甲醇馳放氣包括:4mol %~9mol %的C0、6mol %~Ilmol %的C02、70mol %~8011101%的H2和611101%~911101%的氮氣；進一步優選地,所述甲醇馳放氣包括以物質量計:5mol % ~8mol % 的 C0、7mol % ~IOmol % 的 C02、74mol % ~78mol % 的 H2 和 6.5mol % ~8m0l%的氮氣。從而，在本發明的方法中，利用甲醇馳放氣合成系統合成甲醇時，甲醇馳放氣氣體一次性通過甲醇馳放氣合成塔，無需進行循環。
[0028]根據本發明的方法，優選地，所述甲醇馳放氣合成塔為南京國昌公司生產的GC型水冷板合成反應器，反應壓力為:4.6MPa~5.2MPa ;反應溫度為200°C~240°C ;進一步優選地，反應壓力為:4.7MPa~5.1MPa ;反應溫度為210°C~240°C。
[0029]根據本發明的優選實施方式，來自所述馳放氣合成塔的產物氣體經分離甲醇後的尾氣全部送入合成氨系統，以利用馳放氣中的氫氣、氮氣來合成氨。
[0030]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0031]1、本發明在甲醇馳放氣的利用上突破了傳統的簡單燃燒利用的束縛，將甲醇馳放氣進一步進行深度合成，以生產甲醇，更為充分地消化了甲醇馳放氣中的碳，所得尾氣中極低的碳含量是常規合成塔所難以達到的，提高了碳利用率，減少了溫室氣體排放；
[0032]2、本發明的甲醇馳放氣利用方法特別適合於面臨提高甲醇產能問題的生產廠家，與重新新建一套甲醇合成系統、或對已經定型的原合成塔進行改造相比，投資少，對整套生產系統改動小；並且在不需要時可以停用，避免了在市場等情況變動而面臨減產時所必需面對的尷尬局面；
[0033]3、由於進入甲醇合成塔的原料氣是經過脫硫、變換後的淨化氣體，因此，當甲醇馳放氣用於合成甲醇時可直接利用而無需再處理，合成的甲醇也可以帶來更多的經濟效益；
[0034]4、來自所述馳放氣合成塔的產物氣體經分離甲醇後的尾氣中碳含量極低，氫氣、氮氣含量高，可以全部送入煤化工企業中幾乎必備的合成氨系統，以利用馳放氣中的氫氣、氮氣來合成製冷所需的氨，實現了甲醇馳放氣的完全消化利用，同時也進一步帶來了可觀的經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1為本發明的焦爐氣制甲醇系統的一種實施方式的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖對本發明進行詳細說明，但本發明並不僅限於此。
[0037]如圖1所示，本發明的焦爐氣制甲醇系統包括甲醇合成單元、甲醇馳放氣利用單元和閃蒸槽6。其中，所述甲醇合成單元包括壓縮機3、第一預熱器2、甲醇合成塔1、第一水冷器4和第一分離器5 ;所述壓縮機3的增壓氣體出口通過管線連接至所述第一預熱器2的管程入口 ；所述第一預熱器2的管程出口通過管線連接至所述甲醇合成塔I的合成氣進口 ；所述甲醇合成塔I的產品氣出口通過管線連接至所述第一預熱器2的殼程入口 ；所述第一預熱器2的殼程出口通過管線連接至所述第一水冷器4的產品氣入口 ；所述第一水冷器4的產品氣出口通過管線連接至所述第一分離器5的產品氣入口 ；所述第一分離器5的頂部氣體出口通過管線分別連接至所述壓縮機3的進氣口和甲醇馳放氣利用單元。
[0038]所述甲醇馳放氣利用單元包括:第二預熱器8、甲醇馳放氣合成塔7、第二水冷器9和第二分離器10。其中，所述第二預熱器8的管程入口與所述第一分離器5的頂部出口連接；所述第二預熱器8的管程出口通過管線連接至所述甲醇馳放氣合成塔7的甲醇馳放氣進口 ；所述甲醇馳放氣合成塔7的產品氣出口通過管線連接至所述第二預熱器8的殼程入口 ；所述第二預熱器8的殼程出口通過管線連接至所述第二水冷器9的產品氣入口 ；所述第二水冷器9的產品氣出口通過管線連接至所述第二分離器10的產品氣入口 ；所述第二分離器10的頂部氣體通過管線引出。
[0039]所述第一分離器5和第二分離器10的底部液體出口通過管線連接至所述閃蒸槽6，以提純來自所述第一分離器5和第二分離器10的粗甲醇。
[0040]在本發明的系統中，原料氣和來自所述第一分離器5的部分頂部出口氣體經壓縮機3增壓後與來自甲醇合成塔I的產品氣經第一預熱器2換熱升溫，進入所述甲醇合成塔I進行甲醇合成反應；反應後的產品氣離開所述甲醇合成塔I並經所述第一預熱器2換熱降溫，降溫後的產品氣進入第一水冷器4進一步降溫使甲醇冷凝，然後送往第一分離器5分離甲醇，分離出的粗甲醇送入閃蒸槽6提純；分離甲醇後的氣體從第一分離器5的頂部氣體出口引出並分為兩部分，其中一部分經所述壓縮機3增壓後循環回到甲醇合成塔I，另一部分作為甲醇馳放氣送入所述甲醇馳放氣合成系統以合成甲醇。
[0041]在所述甲醇馳放氣合成單元中，甲醇馳放氣與來自甲醇馳放氣合成塔7的產品氣經第二預熱器8換熱升溫，進入所述甲醇馳放氣合成塔7進行甲醇合成反應；反應後的產品氣離開所述甲醇馳放氣合成塔7並經所述第二預熱器8換熱降溫，降溫後的產品氣進入第二水冷器9進一步降溫使甲醇冷凝，然後送往第二分離器10分離甲醇，分離出的粗甲醇與來自第一分離器的粗甲醇匯合一同進入閃蒸槽6提純；分離甲醇後剩餘的尾氣從第二分離器10的頂部氣體出口引出，可以經所述甲醇合成單元原有的甲醇馳放氣管線送去燃燒，或者優選地，將所述尾氣全部送入合成氨系統，以利用馳放氣中的氫氣、氮氣來合成氨。
[0042]下面通過實施例和對比例進一步闡述本發明，但本發明並不僅限於此。
[0043]實施例
[0044]將甲醇馳放氣送入圖1中所示的甲醇馳放氣合成單元中。所述甲醇馳放氣合成塔7選用南京國昌公司生產的GC型水冷板合成反應器，其中填裝催化劑為南化研究院C-307型催化劑。在所述第二預熱器8中，所述甲醇馳放氣進管程，來自甲醇馳放氣合成塔的產品氣進殼程。系統中各位置物流參數見表1。 [0045]表1
[0046]
【權利要求】
1.一種焦爐氣制甲醇系統，包括甲醇合成單元和甲醇馳放氣利用單元，所述甲醇合成單元包括: 壓縮機，用於使原料氣及來自第一分離器的部分頂部出口氣體增壓並將增壓後的氣體送往第一預熱器； 第一預熱器，用於使增壓後的氣體在進入甲醇合成塔之前與離開所述甲醇合成塔的產品氣換熱升溫，並將升溫後的氣體送往所述甲醇合成塔； 甲醇合成塔，用於以來自所述第一預熱器的升溫氣體為原料合成甲醇； 第一水冷器，用於進一步冷卻來自所述第一預熱器的產品氣； 第一分離器，用於分離來自所述第一水冷器的產品氣以得到粗甲醇和頂部出口氣，並將部分頂部出口氣送往所述壓縮機，其餘部分送出； 所述甲醇馳放氣利用單元用於以甲醇馳放氣為原料合成甲醇，所述甲醇馳放氣為所述第一分離器的頂部出口氣中送出的部分。
2.如權利要求1所述的焦爐氣制甲醇系統，其特徵在於，所述甲醇馳放氣利用單元包括: 甲醇馳放氣合成塔，用於以所述甲醇馳放氣為原料合成甲醇； 第二預熱器，用於使甲醇馳放氣在進入所述甲醇馳放氣合成塔之前與離開所述甲醇馳放氣合成塔的產品氣換熱升溫； 第二水冷器，用於進一步冷卻來自所述第二預熱器的產品氣； 第二分離器，用於分離來自所述第二水冷器的產品氣以得到粗甲醇和從所述第二分離器的頂部出口引出的尾氣。
3.如權利要求2所述的焦爐氣制甲醇系統，其特徵在於，所述焦爐氣制甲醇系統還包括閃蒸槽，所述閃蒸槽用於對來自所述第一分離器和第二分離器的粗甲醇進行閃蒸以提純甲醇。
4.如權利要求2或3所述的焦爐氣制甲醇系統，其特徵在於，所述甲醇馳放氣合成塔為南京國昌公司生產的GC型水冷板合成反應器。
5.如權利要求4所述的焦爐氣制甲醇系統，其特徵在於，所述第二分離器的頂部出口通過管線連接至合成氨系統，以利用所述尾氣中的氫氣和氮氣合成氨。
6.一種甲醇馳放氣的利用方法，其特徵在於，將所述甲醇馳放氣引入如權利要求1到5中任一項所述的甲醇馳放氣利用單元以合成甲醇；所述甲醇馳放氣為所述第一分離器的頂部出口氣中送出的部分。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述甲醇馳放氣包括:4m0l%~9m0l%的C0、6mol %~Ilmol % 的 C02、70mol %~8OmoI % 的 H2 和 6moI %~ 9mol % 的氣氣。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述甲醇馳放氣包括:5m0l%~8m0l%的C0、7mol % ~IOmol % 的 CO2>74moI %~78mol % 的 H2 和 6.5moI % ~ 8mol % 的氣氣。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述甲醇馳放氣合成塔為南京國昌公司生產的GC型水冷板合成反應器，反應壓力為:4.6MPa~5.2MPa ;反應溫度為200°C~240°C。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，將來自所述第二分離器的頂部出口的尾氣送入合成氨系統，以利用所述尾氣中的氫氣和氮氣來合成氨。
【文檔編號】C07C31/04GK103980091SQ201410211068
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】周曉埜, 楊子江 申請人:中國慶華能源集團有限公司, 寧夏慶華煤化集團有限公司