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：内蒙古呼和浩特市开工日期：2004年5月竣工日期：2005年11月投资金额：约6亿元人民币1 甲醇装置简介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20万吨的甲醇装置。
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608500立方米。
装置采用：变频电机驱动离心式天然气压缩、补碳一段蒸汽转化炉、蒸汽透平驱动离心式合成气压缩机、林达均温合成塔、三塔精馏、普里森膜分离氢回收、MEA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 甲醇装置工艺特点天然气压缩工序天然气压缩工序是将（A）天然气压缩至蒸汽转化要求的压力(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，占地面积较小。
天然气转化工序2.2.1天然气转化工序是通过天然气和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,转化炉出口转化气温度855℃，压力，甲烷含量约%（干基）。
2.2.2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，同时脱硫剂更换不影响生产。
2.2.3采用天然气饱和塔流程，回收工艺冷凝液，可节省配入蒸汽量，同时降低了工艺冷凝液的处理成本。
2.2.4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。
2.2.5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。
2.2.6本工序的烧嘴的燃料气由天然气和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和H2含量较高，而且在氢回收不同负荷时尾气流量和组成波动较大，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，将天然气和尾气分开调节。
2.2.7新型燃烧器的特点是天然气和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。
2.2.8对流段空气预热器采用热管技术。
因烟气中含有SO2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。
甲醇合成气压缩工序2.3.1 合成气压缩工序是先将天然气转化的合成气和氢回收的富氢气压缩至(A)，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。
甲醇合成工序甲醇合成工序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。
2.4.2 催化剂床层轴向温差在10℃左右，同平面温差在2－3℃。
2.4.3 甲醇合成塔催化剂装填系数大。
2.4.4 甲醇合成废锅副产低压蒸汽能量利用合理。
2.4.5甲醇合成塔入口温度控制在220－230℃，副反应生成量相对低（杂醇、高碳链烃等）。
氢回收工序氢回收工序是将甲醇合成弛放气中的氢气回收，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。
甲醇精馏工序2.6.1 甲醇精馏工序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和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和冷却水消耗。
使总的能耗比两塔流程低10﹪－20﹪。
2.6.2 本工序设计上为了提高甲醇回收率和产品甲醇质量，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，因而投资和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。
CO2回收工序CO2回收工序是从天然气转化的烟道气中回收CO2，满足甲醇合成和尿素装置对CO2的要求。
MEA烟道气回收CO2的特点：2.7.1 MEA溶液吸收法在常温常压下吸收烟道气中的CO2组分，低压蒸汽加热后解析释放出CO2。
2.7.2 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15﹪－20﹪左右。
烟道气中氧含量高达5﹪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。
2.7.3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。
2.7.4吸收塔顶部设置洗涤段，降低排烟温度，减少MEA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CO回收技术。
2CO2压缩工序CO2压缩工序主要是将回收的CO2气体压缩至（A），送入天然气转化工序。
CO2压缩工序的另一个任务是将CO2中的硫脱除。
CO2压缩机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，运行稳定可靠。
甲醇中间罐区工序2.9.1 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。
2.9.3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：原料天然气压缩来自天然气配气站流量19122Nm3/h，温度25℃、压力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℃、压力送往天然气转化工序。
天然气转化工序压缩后的天然气经过原料气预热器加热后，进入加氢反应器和脱硫槽进行加氢脱硫，硫含量合格后进入饱和塔进行配水处理，温度182℃、压力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520℃、压力后进入一段蒸汽转化炉进行转化反应。
反应后的气体855℃、、117680 Nm3/h，经多次换热和分离后，最终以流量75900NM3/H、温度40℃、压力进入合成气压缩。
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、流量487798 Nm3/h被送往甲醇合成工序甲醇合成工序来自压缩工序的合成气，经过入塔预热器预热到158℃后，进入甲醇合成塔进行合成反应。
出塔气体温度259℃，压力经过一系列的换热和最终分离，生产出的粗甲醇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。
弛放气氢回收来自甲醇合成的弛放气经过水洗，分离和加热后，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。
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、加压精馏塔和常压精馏塔脱除重组分后，在加压精馏塔取出 t/h精甲醇并在常压精馏塔取出 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。
CO2回收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CO2解吸，4535Nm3/h的CO2气体送往CO2压缩工序,2242 Nm3/h的CO2气体送往尿素装置。
甲醇中间罐区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。
CO2压缩部分来自CO2回收工序的气体，经过CO2压缩机压缩后，温度114℃，压力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：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。
转化工序利用烟气余热将燃烧空气预热到220℃，降低了燃料天然气的消耗。
采用饱和塔流程，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。
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。
甲醇合成采用（A）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。
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：O－M－232G美国联邦标准“A”级GB338－1992中华人民共和国国家标准工业甲醇产品质量标准合成氨装置主要设备6.1.1天然气压缩机（K02101）型式：离心式，蒸汽透平驱动进气温度：25℃进气压力：(A) 排气压力：(A)排气量：36960Nm3/h 压缩机转速：35893 rpm汽轮机功率： 3550 kW 汽轮机转速：11835 rpm主蒸汽压力： MPa(A) 主蒸汽温度：370℃蒸汽流量：19099 kg/h 数量：1套真空压缩机（K02401）6.1.2 CO2型式：回转式，电机驱动进气温度：-71℃进气压力：23kPa(A) 排气压力：140kPa(A) 排气量：5500Nm3/h 电机功率：630 kW 数量：2套，一开一备甲醇装置主要设备6.2.1天然气压缩机（K01101）型式：离心式，电机驱动进气温度：25℃出气温度103℃进气压力：(A)额定排气压力：(A) 额定排气量：21056Nm3/h 压缩机转速36772 rpm 电机转速2960 rpm电机功率：980 kW 数量：1套6.2.2转化炉（R01203）型式：顶烧方箱炉外型尺寸：35530⨯11040⨯21000操作温度：转化管出口850℃操作压力：转化管出口（A）对流段：水平布置，设8组换热器催化剂：20m3进对流段烟气温度：1015℃出对流段烟气温度：150℃转化管：∅135×12200，216根，材质为HP-Nb 数量： 1座6.2.3 转化气废热锅炉（E01210）型式：列管式，水平布置规格：∅1700×9500内换热管：∅32×5，L=6000，604根，材质为12CrMo管侧操作温度： 850~350℃管侧操作压力： ~（A）壳侧操作温度： 313℃壳侧操作压力：（A）换热面积：308m2 重量：数量： 1台6.2.4合成气压缩机（K01301）型式：离心式，蒸汽透平驱动进气温度：40℃进气压力：(A) 进气量：75900 Nm3/h 补气量：402143 Nm3/h 总排气量：487798Nm3/h补气温度：40℃排气压力：(A)压缩机轴功率：8078kW 主蒸汽温度：495℃主蒸汽压力 MPa(A) 蒸汽流量31500kg/h汽轮机转速：10341rpm 汽轮机功率： 9600 kW压缩机转速：26199rpm 数量：1套6.2.5甲醇合成塔（R01401）型式：管式等温反应器规格：Φ3.8米，总高约14米催化剂装量(C302)：48m3 重量：132 T数量： 1台6.2.6预精馏塔（C01601）型式：填料塔规格：φ1.9米，总高约21米操作温度：塔顶79℃，塔底 82.5℃操作压力：塔顶 (A)，塔底(A)重量：数量： 1台6.2.7加压精馏塔（C01602）型式：填料塔规格：φ2米，总高约28.8米操作温度：塔顶 122℃，塔底 132.8℃操作压力：塔顶 (A) 塔底 (A)重量：数量： 1台6.2.8常压精馏塔（C01603）型式：填料塔规格：φ2.6米，总高约33.6米操作温度：塔顶 66.7℃，塔底 93℃操作压力：塔顶 (A)，塔底 (A)重量：数量： 1台6.2.9 回收塔（C01604）型式：填料塔规格：φ1.2米，总高约22.85米操作温度：塔顶 64℃，塔底 101.7℃操作压力：塔顶 (A)，塔底 (A)重量：数量： 1台吸收塔（C01701）6.2.10 CO2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：φ4.8米，总高约42.4米上段：两段不锈钢填料，每段高6m下段：一段不锈钢填料，高5m 烟道气入塔温度：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：（A）重量：133T 数量： 1台再生塔(C01702)6.2.11 CO2分上下两段，上段为回流液洗涤段，下段为气提段规格：φ3.8米，总高约32.1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：（A）重量：数量： 1台6.2.12烟气冷却塔(C01703)型式：填料塔，一段不锈钢填料，高3m规格：φ4.8米，总高约19.5米烟道气入塔温度：150℃烟道气出塔温度：35℃洗涤冷水入塔温度：32℃洗涤热水出塔温度：43℃烟气冷却塔顶压力：（A）重量：数量： 1台6.2.13 CO2压缩机（K01901）型式：四级往复式，电机驱动进气温度：40℃进气压力：110kPa(A) 排气压力：(A)排气量：6600Nm3/h 电机功率：1250 kW数量：2套，一开一备6.2.14火炬结构形式：渡锌钢管三角架，排气筒直径φ900毫米，高75米。