万吨甲醇装置工艺简介.ppt

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1、中海石油天野化工股份有限公司20万吨甲醇装置工艺简介,2,装置简介装备工艺篇,目录,3,装置简介,装置建设的背景及历程为了适应市场变化，改变原材料受限制的不利局面，增强企业抗风险能力，实施多元化的经营策略，天野化工做出了油改气联产甲醇的项目决策。2003年5月22日油改气联产甲醇项目正式立项；2004年3月28日在甲醇装置进行了开工奠基仪式；2005年9月30日天然气从西部公司引入，天然气配气站投运；,4,2005年10月22日甲醇天然气压缩机K01101试车成功；2005年10月31日转化炉一次点火成功并开始转化炉烘炉；2005年11月9日甲醇装置CO2回收装置产出合格的CO2气体；2005

2、年11月28日转化炉投料一次成功；2005年12月1日K01301联动试车成功；2005年12月7日合成导气产出粗甲醇；2005年12月11日甲醇装置一次投料成功产出了合格的精甲醇，标志着甲醇装置正式投产。从项目奠基开工到试车投产仅用了一年半的时间。,装置简介,5,装置简介,甲醇装置简介 中海油天野化工甲醇200kt/a装置于2005年12月11日正式建成投产。该项目于2004年3月24日伴随着“油改气联产甲醇”的实施而开工建设，其建成投产是天野化工产品多元化发展的标志，具有里程碑意义。其主装置包括转化、压缩、精馏合成三个工段。其在工艺上的转化工序采用一段炉蒸汽转化、压缩工序选用德国阿特拉斯制

3、造的多轴离心式压缩机、CO2回收是南化院的MEA溶液回收工艺包、精馏工序选取天津大学的三塔工艺流程、氢回收采用普里森膜渗透技术、甲醇合成反应器选定的是具有自主知识产权杭州林达制造的低压均温型合成塔。,6,装置简介,改进与提高试车投产以来，甲醇装置通过不断创新改造，逐步解决装置设计不合理导致的无法连续运行及产量不能达产的制约因素。特别是经过08年的大修，通过检修和技术改造，消除了影响和制约生产运行主要问题。加上历年来工艺和设备管理经验的积累和管理水平的提升，甲醇装置的整体运行能力有了质的提升。,7,2005年12月31日“天野”牌甲醇首次装车销售；2007年产精甲醇18.7341万吨；2007年

4、8月7日至11月3日创造了甲醇装置A级运行88天的好成绩；2008年12月14日化工一班（白班）产精甲醇245吨，创造了最高班产纪录，并于当天生产出精甲醇709.4吨，创造了日产精甲醇的最高纪录；2009年3月份，甲醇装置月产量首次突破2万吨大关，全月生产精甲醇2.0863万吨；,装置简介,8,2009年2月2日7月11日，创下甲醇装置连续运行144.58天的最长记录；2009年12月4日2时45分，甲醇车间提前27天完成20万吨精甲醇的生产任务，胜利实现装置达产以及公司年初确定的努力目标，并在当年创下年产20.33 万吨的历史记录。油改气联产甲醇项目立项开工后，截止目前为止，车间历经三届领导

5、班子的艰苦努力、艰辛探索和开拓进取，从装备、工艺、现场等管理逐步走上全员、全面、全方位的管理建设期，从局部攻关、突破过渡到实现全面精细化管理、夯实基础管理阶段。管理工作日渐完善和成熟、团队实力日渐增强、生产方面佳绩频传、屡创新高。,装置简介,9,10,11,12,非计划停车事故大幅度下降，2009年内部因素只有一次，全年无工艺操作事故。,13,装置简介装备工艺篇,目录,14,装备工艺篇,甲醇装置的原料及产品简介,甲醇装置是以天然气为原料，天然气与蒸汽进行转化反应，生成以氢气、一氧化碳、二氧化碳为主要成份的转化气，转化气再合成甲醇。本装置设计日产精甲醇667吨（年产20万吨），天然气用量包括两种

6、：原料天然气19122Nm3H，燃料天然气6232 Nm3H，共计25354Nm3H（1.824亿方天然气年）。甲醇装置的主要原料为天然气，产品是精甲醇。,15,装备工艺篇,天 然 气,16,GB3381992中华人民共和国国家标准工业甲醇产品质量标准,装备工艺篇,投产以来，所有出厂产品全部为优级品，其中乙醇含也控制在30PPm以内，达到美国联邦标准“A”级。,17,装备工艺篇,工艺流程中的主要消耗指标,天然气单耗：生产每吨精甲醇所消耗的天然气量，单位为标准立方米吨。设计值为976Nm3天然气吨甲醇，2009年实际值为1062 Nm3天然气吨甲醇，其中包括我公司与西气公司计量存在偏差而分摊部分

7、，按装置性能考核值(不包括分摊部分)应该是993天然气吨甲醇。单位精甲醇综合能耗：设计指标为35.61GJT精甲醇，实际高于设计值40.19GJT精甲醇。,18,装备工艺篇,甲醇的第一步是通过天然气蒸汽转化反应制造出合成甲醇的原料气即：氢气、一氧化碳、二氧化碳的混合气体。反应条件：温度855左右，压力2.53MPa，镍催化剂的催化作用下进行转化反应。反应方程如下：CH4+H2OCO+3H2-205.66KJ/mol CH4+2H2OCO2+4H2-164.69kJ/mol 同时发生CO的变换反应 CO+H2OCO2+H2+40.7KJ/mol 转化反应是吸热反应，其反应热由在转化管外燃烧的天然

8、气提供。,甲醇生产原理 天然气蒸汽转化,19,甲醇生产原理 甲醇合成反应,装备工艺篇,生产甲醇的第二步是甲醇合成，主反应是氢气与一氧化碳或二氧化碳反应生成甲醇，合成反应是一个可逆的放热反应。反应条件：温度220255；压力7.2MPa；铜催化剂。反应方程如下：CO+2H2 CH3OH+89.35KJ/mol CO2+3H2CH3OH+H2O+46.65KJ/mol,20,装备工艺篇,甲醇生产原理 转化工序脱硫原理,由于天然气中含有微量的硫（有机硫、无机硫），硫的存在会造成转化触媒和合成触媒中毒，所以天然气在进转化管前必须先进行脱硫，使总硫量降到0.1PPm以下。本装置采用镍钼加氢（有机硫转化为

9、无机硫），氧化锌脱硫，它属于干法脱硫中的化学吸附法。含硫天然气中的有机硫先经过催化加氢，转化成硫化氢，然后进行脱除，其反应如下：COS+H2CO+H2S+Q 氧化锌脱硫是通过化学吸附来脱硫的，可以脱除无机硫，其化学反应方程如下：H2S+ZnOZnS+H2O氧化锌和硫化氢即使在常温下也可以反应生成性质稳定的硫化锌。反应生成的硫化锌不能再生，因此氧化锌脱硫剂在使用一段时间后，随着氧化锌含量的降低，硫化锌含量的升高，脱硫效果下降，氧化锌脱硫剂需要定期更换。,21,甲醇精馏基本原理是利用粗甲醇中各组分在一定压力下，沸点的不同，在精馏塔填料中进行多次的传热传质过程，除去粗甲醇中的杂质，获得产品甲醇。我厂

10、甲醇精馏采用三塔加压流程，它的特点是更合理地利用了热量，除预精馏塔外，它还采用了两个主精馏塔，第一主精馏塔为加压精馏，操作压力为0.57 MPa，第二主精馏塔为常压操作，三塔流程较两塔流程节约了热能，节省了冷却用水，有效地利用了能量。在三塔加压流程中，二甲醚及轻质馏分是在预精馏塔内脱除的，加压精馏塔和常压精馏内主要脱除乙醇、水等重组分，最终获得产品甲醇。常压精馏塔底部残留的4.72%的甲醇，在回收塔中得到进一步回收利用，避免了浪费，最终从回收塔底部排出的废水中甲醇含量小于36PPm，排入生化池继续处理。,装备工艺篇,甲醇生产原理 甲醇精馏工序,22,氢回收,CO2回收,CO2压缩,天然气压缩,

11、天然气转化,甲醇精馏,甲醇合成,K01301,中间罐区,原料天然气,3.9MPa工艺蒸汽,燃料天然气,烟道气,CO2,酸性气来自合成氨,燃料膜分离尾气,氢回收,H2,驰放气,循环气,粗醇,粗醇,粗醇,精醇,精甲醇去成品罐区,装备工艺篇,工艺流程图简图,23,装备工艺篇,工艺流程图说明,来自西部公司的天然气经过减压后压力1.4MP进入配气站，流量为19122 Nm3/h的原料天然气进入天然气压缩机K01101进行压缩，压缩后的天然气温度103、压力2.85MPa送往天然气转化工序。在天然气压缩前分离掉天然气中的轻质油等杂质。甲醇原料天然气压缩机K01101是由电机驱动的两级多轴式离心压缩。是德国

12、阿特拉斯制造的进口设备。,24,氢回收,CO2回收,CO2压缩,天然气压缩,天然气转化,甲醇精馏,甲醇合成,K01301,中间罐区,原料天然气,3.9MPa工艺蒸汽,燃料天然气,烟道气,CO2,酸性气来自合成氨,燃料膜分离尾气,氢回收,H2,驰放气,循环气,粗醇,粗醇,粗醇,精醇,精甲醇去成品罐区,装备工艺篇,工艺流程图简图,25,装备工艺篇,工艺流程图说明,压缩后的原料天然气经过预热、脱硫后，配入3.9MPa的工艺蒸汽，工艺蒸汽按水碳比3.2配比，经混合器预热器加热到520、压力2.53MPa后进入一段蒸汽转化炉进行转化反应。反应的气体855、2.19MPa、117680 Nm3/h，经过一

13、系列的降温、分离水分，最终以流量75900NM3/H、温度40、压力2.00MPa进入合成气压缩机。,26,氢回收,CO2回收,CO2压缩,天然气压缩,天然气转化,甲醇精馏,甲醇合成,K01301,中间罐区,原料天然气,3.9MPa工艺蒸汽,燃料天然气,烟道气,CO2,酸性气来自合成氨,燃料膜分离尾气,氢回收,H2,驰放气,循环气,粗醇,粗醇,粗醇,精醇,精甲醇去成品罐区,装备工艺篇,工艺流程图简图,27,装备工艺篇,工艺流程图说明,合成气压缩机K01301的作用有两个，一是将来自转化工序的转化气和氢回收工序的氢气加压后送到合成工序生产甲醇；二是为合成塔气体循环提供动力。经过合成气压缩机前5级

14、压缩后，进入6级循环段压缩的气体温度53、压力7.9MPa、流量487798 Nm3/h。合成气压缩机是由蒸汽透平驱动的6级多轴式离心式压缩机，也是阿特拉斯制造。,28,氢回收,CO2回收,CO2压缩,天然气压缩,天然气转化,甲醇精馏,甲醇合成,K01301,中间罐区,原料天然气,3.9MPa工艺蒸汽,燃料天然气,烟道气,CO2,酸性气来自合成氨,燃料膜分离尾气,氢回收,H2,驰放气,循环气,粗醇,粗醇,粗醇,精醇,精甲醇去成品罐区,装备工艺篇,工艺流程图简图,29,来自压缩工序的合成气，进入甲醇合成塔R01401进行合成反应。出塔气体温度259，压力7.58MPa经过一系列的换热和最终分离，

15、生产出的粗甲醇35.35T/H被送往甲醇精馏工序，非正常状态还可以送往中间罐临时贮存。合成反应的单程转化率只有3540，因此合成塔出口的合成气大部分气体，经分离出粗甲醇后循环回合成塔再次生产甲醇。,工艺流程图说明,装备工艺篇,30,氢回收,CO2回收,CO2压缩,天然气压缩,天然气转化,甲醇精馏,甲醇合成,K01301,中间罐区,原料天然气,3.9MPa工艺蒸汽,燃料天然气,烟道气,CO2,酸性气来自合成氨,燃料膜分离尾气,氢回收,H2,驰放气,循环气,粗醇,粗醇,粗醇,精醇,精甲醇去成品罐区,装备工艺篇,工艺流程图简图,31,甲醇分离器后分离出的循环气一部分去压缩工序循环段进行压缩再 参加合

16、成反应；另一部分弛放气去氢回收，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。甲烷、氮气等气体在合成反应中属于惰性组份，需要将其分离出去，因此设置了氢回收装置。,工艺流程图说明,装备工艺篇,32,氢回收,CO2回收,CO2压缩,天然气压缩,天然气转化,甲醇精馏,甲醇合成,K01301,中间罐区,原料天然气,3.9MPa工艺蒸汽,燃料天然气,烟道气,CO2,酸性气来自合成氨,燃料膜分离尾气,氢回收,H2,驰放气,循环气,粗醇,粗醇,粗醇,精醇,精甲醇去成品罐区,装备工艺篇,工艺流程图简图,33,来自合成的粗甲醇，经过预精馏塔脱除轻组分、加压精馏塔和常压 精馏塔脱除重组分后，在加压

17、精馏塔取出13.22 t/h精甲醇并在常压 精馏塔取出14.29 t/h精甲醇，两股精甲醇汇合后，送到甲醇中间罐 区，准备外送。甲醇中间罐区共设有四个贮槽，作为粗甲醇和精甲醇的临时储存。,工艺流程图说明,装备工艺篇,34,氢回收,CO2回收,CO2压缩,天然气压缩,天然气转化,甲醇精馏,甲醇合成,K01301,中间罐区,原料天然气,3.9MPa工艺蒸汽,燃料天然气,烟道气,CO2,酸性气来自合成氨,燃料膜分离尾气,氢回收,H2,驰放气,循环气,粗醇,粗醇,粗醇,精醇,精甲醇去成品罐区,装备工艺篇,工艺流程图简图,35,从甲烷转化反应和甲醇合成反应的反应方程式可以看出，甲醇生产中氢 气是富余的，

18、生产中采用补碳的方法来解决这一问题。本装置中设计了二氧化碳回收工序。本装置为提高合成甲醇气质，利用来自转化的烟道气，以及合成氨 DA402的气提气，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CO2解吸：一部分：2242 Nm3/h的CO2气体送往尿素装置。一部分：4535Nm3/h的CO2气体混同合成氨DA203的酸性气6162Nm3/h，送往CO2压缩机K01901进行压缩，温度114，压力2.9MPa被送往转化 工段参加转化反应。,工艺流程图说明,装备工艺篇,36,氢回收,CO2回收,CO2压缩,天然气压缩,天然气转化,甲醇精馏,甲醇合成,

19、K01301,中间罐区,原料天然气,3.9MPa工艺蒸汽,燃料天然气,烟道气,CO2,酸性气来自合成氨,燃料膜分离尾气,氢回收,H2,驰放气,循环气,粗醇,粗醇,粗醇,精醇,精甲醇去成品罐区,装备工艺篇,工艺流程图简图,37,转化炉的燃料气共有两部分，一部分是来自配气站的燃料天然气（小 烧）6232Nm3H，另一部分是来自氢回收工序的膜分离尾气（大烧）7183 Nm3H。,工艺流程图说明,装备工艺篇,38,装备工艺篇,重要设备转化炉,39,装备工艺篇,重要设备转化炉,转化炉的总体结构为方箱型、顶烧管式炉，由辐射室、过渡室、对流段组成。转化炉炉顶设有强制通风型燃烧器，转化管垂直安放，炉管内工艺气

20、和管外烟气并流，方向垂直向下。转化管在横向布置为八排,每排三十六根，共288根。烟道布置与燃烧方式相适应，采用下烟道结构，使转化管获得理想的轴向温度分布，对流段采用水平线性布置，在对流段内依次置放混合预热器等设备以回收烟气余热。燃料天然气、弛放气燃烧所需的氧量由鼓风机送入炉顶环形风道，分配后进入每一个顶烧风箱，由风门控制风量进入炉膛助燃，燃烧后的烟气通过炉膛辐射室、过渡室，经对流室各换热器换热后用引风机和高烟囱抽走，在炉内形成一定的负压，一部分烟气送入CO2回收工序。,40,转化管设计压力为2.9MPa,炉管铸造体的设计温度为975，转化管的铸造工艺采用离心铸造，要求内表面有一定光洁度要求，内

21、部组织致密以及无裂纹，无气孔等铸造缺陷。铸造完成后炉管表面需进行喷沙清理，在保证炉管使用壁厚的条件下，需对炉管的内壁进行镗孔，以去掉在离心铸造时内壁的疏松层，最大限度的保证炉管的使用安全和寿命。炉管的规格为126x12x12619,材质为ZG45Ni35Cr25NbM。,装备工艺篇,重要设备转化炉,41,甲醇合成塔采用杭州林达化工技术工程有限公司研发的JW型低压立式合成塔，塔径3000mm，触媒装填高度7860mm，塔内触媒装填总重量为74.05t，合成塔总高约14000m。冷气通过塔顶部小封头的18根进气管均匀地将气引入6个环型上集气管内，冷气再经过上集气管内侧两根管进入下集气管后从下集气管

22、外侧两根管返回触媒上层，预热后的合成气进入触媒层进行反应。,装备工艺篇,重要设备合成塔,42,本装置采用2台德国阿特拉斯生产的多轴式离心压缩机组.离心式压缩机的显著特点是单机打气量大，节省投资，减少占地面积。还有两往复式二氧化碳压缩机。天然气压缩采用电机驱动的离心压缩机组；合成气压缩 机采用的是蒸汽透平驱动的离心压缩机组，另有一台为 合成氨装置提供原料天然气的压缩机K02101，也是透驱 动。,装备工艺篇,重要设备压缩机,43,装备工艺篇,重要设备甲醇储罐,中间罐区属公司一级重大危险源，共有四个贮罐，包括两个精醇罐和两个粗醇罐，单个精醇罐容积为402立方米，单个粗醇罐容积为866立方米。其作用有两个：一是临时储存甲醇合成生产的粗甲醇；二是接受、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。,44,甲醇生产中的主要催化剂,装备工艺篇,