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由于我國一次能源結構具有“富煤貧油少氣”特征，缺少廉價(jià)的天然氣資源，同時(shí)隨著(zhù)石油資源緊缺、油價(jià)持續上漲，在大力發(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)的背景下，當前并且今后較長(cháng)一段時(shí)間內煤炭仍是我國甲醇生產(chǎn)最重要的原料。

此外，我國還有部分企業(yè)采用焦爐氣為原料生產(chǎn)甲醇，這也是我國獨有的甲醇制取技術(shù)。據歷史資料顯示，2010年我國以煤為原料的甲醇裝置產(chǎn)能占國內總產(chǎn)能的63%，以天然氣為原料的占21.2%，以焦爐氣為原料的占15.8%。

煤制甲醇生產(chǎn)工序主要分為原料氣制備、變換和脫碳、氣體凈化、氣體壓縮、甲醇合成、粗甲醇精餾以及涉及安全環(huán)境保護（如廢催化劑回收、水處理）等工序。

煤制甲醇的典型工藝流程圖

工藝流程說(shuō)明

（1）轉化工段

由管網(wǎng)來(lái)的天然氣壓力為1.15MPa，溫度為常溫，其硫含量為0.1ppm。經(jīng)原料氣壓縮機升壓至2.5MPa，進(jìn)入蒸汽轉化爐預熱到250℃，然后天然氣與汽提塔頂出口汽提蒸汽相混合，混合后的水碳比由汽提塔的蒸汽加入量調節，使混合原料氣的水碳比為3左右。然后再經(jīng)對流段的原料蒸汽混合氣加熱盤(pán)管加熱至510℃，進(jìn)入一段轉化爐管內，發(fā)生轉化反應。

在此，天然氣與蒸汽反應生成H2、CO、CO2，反應后出爐管的氣體溫度為800℃左右，出口CH4約為3.0％。工藝氣首先經(jīng)過(guò)廢熱鍋爐，產(chǎn)生3.9MPa的蒸汽。然后經(jīng)過(guò)鍋爐給水加熱器，將脫鹽水加熱至225℃，這時(shí)，轉化氣去預精餾塔塔底再沸器，回收工藝氣中的大部分低位能，工藝氣出預精餾塔塔底再沸器后經(jīng)水冷分水后，即得到新鮮合成氣。

工藝流程圖如下：

合成氣經(jīng)合成氣壓縮機壓縮，與循環(huán)氣混合升壓至5.5MPa后，首先經(jīng)過(guò)合成塔進(jìn)出氣換熱器加熱，進(jìn)入合成塔，合成氣進(jìn)塔溫度為225℃左右。在此，合成氣進(jìn)行甲醇合成反應，放出的熱量用于產(chǎn)生蒸汽。反應后的氣體出塔溫度為255℃，甲醇出口濃度為55％左右。

出合成塔的高溫氣體熱量用于加熱入塔合成氣，然后經(jīng)水冷至40℃左右，冷凝分離出粗甲醇。不凝的氣體經(jīng)馳放少量惰性氣體后，大部分循環(huán)回合成氣壓縮機循環(huán)段，與新鮮氣混合再進(jìn)合成塔。

弛放氣大部分返回至一段爐作燃料使用。ICI反應器屬等溫型列管反應器，反應熱靠管外沸騰的水很快移走，產(chǎn)生3.9MPa的飽和蒸汽。該蒸汽降壓后和轉化工段產(chǎn)生的3.9MPa的飽和蒸汽一起過(guò)熱到360℃，作為合成壓縮機驅動(dòng)透平的動(dòng)力，以及汽提塔的汽提蒸汽。

（3）精餾工段

預塔操作壓力0.103MPa，粗甲醇送入預塔前須加熱到沸點(diǎn)70℃，然后在塔內分離成塔頂氣和塔底液，塔頂氣主要是含甲醇的輕餾分，塔底再沸器用合成氣加熱保持塔底液在沸騰狀態(tài)。由于預塔頂引出的輕餾分量甚少，可考慮將其直接送一段轉化爐作燃料。

預塔后甲醇的蒸餾采用節能型蒸餾流程，即用兩個(gè)串聯(lián)的蒸餾塔實(shí)現甲醇的精餾，一塔在0.61MPa運行，塔頂可獲得120℃的甲醇餾出物，且作為二塔再沸器熱源。塔頂氣冷凝后即成為高質(zhì)量的甲醇產(chǎn)品，其產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的55%。

塔底液在142℃左右通過(guò)上述料釜液換熱器降溫到約91℃入二塔，二塔操作壓力為0.103MPa。 常壓精餾塔塔底污水含甲醇≤0.1%。本流程將上述廢水大部分作萃取水循環(huán)用于預塔，余量則送往轉化工段中的汽提塔經(jīng)汽提處理后，作除鹽水回收，從而實(shí)現了甲醇蒸餾過(guò)程中廢水的零排放。

（4）蒸汽平衡

整個(gè)甲醇裝置共有二處可副產(chǎn)蒸汽，一是一段轉化后工藝氣，溫度為800℃的轉化廢熱鍋爐；二是甲醇合成塔廢鍋。兩廢鍋副產(chǎn)蒸汽，它們的壓力為3.9MPa，這些蒸汽再在一段爐對流段中的蒸汽過(guò)熱器過(guò)熱至360℃左右，然后供中壓蒸汽用戶(hù)——合成壓縮機驅動(dòng)透平以及汽提塔。

合成壓縮機驅動(dòng)透平為抽汽凝汽式，抽出的0.6MPa低壓蒸汽供精餾、脫氧槽等低壓蒸汽用戶(hù)用，中低壓蒸汽管網(wǎng)與老廠(chǎng)聯(lián)網(wǎng)，便于互相調劑，穩定生產(chǎn)，節省投資。整個(gè)裝置的冷凝液全部回收，送往除鹽水站凈化處理。

空分工段

空分裝置采用高效的全低壓分子篩吸附前端處理技術(shù) 和目前國際上先進(jìn)可靠的液氧泵內壓縮流程，空氣壓縮機 和空氣增壓機組成單系列空氣壓縮增壓機組，裝置的操作 負荷調節范圍可在70%~110%內變化。流程先進(jìn)、技術(shù)成熟、運行安全可靠、操作方便、能耗低。

空氣壓縮機和增壓機采用汽輪機驅動(dòng)，根據全廠(chǎng)蒸汽 平衡，采用全凝式汽輪機。

工藝流程簡(jiǎn)述

壓縮、預冷和純化系統

從入口空氣過(guò)濾器出來(lái)的空氣被去除了塵埃和其他機械雜質(zhì)后，經(jīng)過(guò)空氣壓縮機壓縮至約0.65MPa(A) 進(jìn)入空氣預冷系統中的空冷塔，在其中被水冷卻和洗滌。

出空氣預冷系統的工藝空氣進(jìn)入用來(lái)吸附除去水份、二氧化碳、碳氫化合物的空氣純化系統，純化系 統中的吸附器由兩臺臥式容器組成。

分餾塔系統

出空氣純化系統的潔凈工藝空氣，部分進(jìn)入冷箱內的主換熱器，被返流出來(lái)的氣體冷卻后進(jìn)入下塔底部，另一部分進(jìn)入增壓機增壓后，一部分進(jìn)入增壓透平膨脹機增壓端增壓冷卻后，進(jìn)入主換熱器，冷卻到一定溫度進(jìn)入膨脹機，膨脹制冷后進(jìn)入下塔底部，參與精餾；其余空氣經(jīng)增壓壓縮機壓縮冷卻后進(jìn)入主換熱器，回收液氧冷量液化，經(jīng)節流進(jìn)入下塔下部參與精餾。

在精餾塔中，上升氣體與下流液體充分接觸，傳熱傳質(zhì)后，上升氣體中氮的濃度逐漸增加。純氮進(jìn)入下塔頂部的主冷凝蒸發(fā)器被冷凝，在氣氮冷凝的同時(shí)，主冷凝蒸發(fā)器中的液氧得到氣化。一部分液氮作為下塔的回流液下流，其余液氮經(jīng)過(guò)冷后，送入上塔。

在下塔中產(chǎn)生的液空及污液氮也經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷，節流后進(jìn)入上塔參與精餾，在上塔內，經(jīng)過(guò)再次精餾，得到產(chǎn)品常壓氮氣、污氮、產(chǎn)品液氧。液氧從冷凝蒸發(fā)器底部抽出，大部分進(jìn)入液氧泵，升壓后進(jìn)入主換熱器，經(jīng)復熱進(jìn)入用戶(hù)管網(wǎng)，另一部分送出冷箱作為液氧產(chǎn)品。

脫硫工段

脫硫的主要任務(wù)是脫除焦爐氣（CO：6.20，CO2：2.20，H2：58.48，CH4：26.49，N2：4.00，Ar＋O2：0.60，H2S ：250mg/m3（標），COS：250mg/m3（標），CmHn：2.00）中硫（主要包括無(wú)機硫和有機硫），使其能夠作為轉化的原料氣，脫硫工段由濕法脫硫和干法脫 硫兩部分組成。

濕法脫硫選用NHD（聚乙二醇二甲醚）溶液。NHD脫硫是一種物理吸收。主要原理是NHD在常溫下可選擇性吸收H2S氣體，并能吸收其中的大部分有機硫，以減輕干法脫硫的壓力。NHD脫硫主要設備有脫硫塔、再生塔。兩塔全部采用填料塔。

干法脫硫是先進(jìn)行鐵鉬加氫轉化，將有機硫轉化為無(wú)機硫，再先后利用錳礦脫硫劑和氧化鋅脫硫，使焦爐氣中總硫含量小于0.1ppm，達到轉化和甲醇合成的要求。

干法脫硫的設備很少，主要有鐵鉬轉化器、錳礦脫硫槽和氧化鋅脫硫槽。

原料氣流程

從壓縮工段來(lái)的40℃、2.65MPa（A）的焦爐氣，與NHD溶液在脫硫塔內充分接觸，焦爐氣中的無(wú)機硫（H2S）和大部分有機硫溶解于NHD溶液中從脫硫塔頂部出來(lái)，此時(shí)焦爐氣總硫含量為95 mg/Nm3，其中無(wú)機硫為0.1514 mg/Nm3，其余為有機硫。

經(jīng)過(guò)氣液分離器分離出焦爐氣夾帶的液體后送往轉化工段，在加熱爐中進(jìn)行預熱，溫度達到 350℃，返回脫硫工段進(jìn)行干法脫硫，焦爐氣首先通過(guò)裝有鐵鉬加氫轉化催化劑的鐵鉬加氫轉化器，在轉化器中有機硫在催化劑的作用下與其中的氫氣反應轉化成無(wú)機硫H2S，而后焦爐氣進(jìn)入裝有錳礦脫硫劑的錳礦脫硫槽。

焦爐氣在通過(guò)錳礦脫硫槽時(shí)與錳礦充分接觸，焦爐氣中的大部分H2S與錳礦中的MnO反應，出口焦爐氣中的總硫含量可以達到3~5 mg/Nm3，焦爐氣進(jìn)入裝有氧化鋅脫硫劑的氧化鋅脫硫槽與氧化鋅脫硫劑充分接觸，焦爐氣中的各種形態(tài)的硫與氧化鋅反應生成ZnS，其出口的總硫含量小于0.1ppm，經(jīng)過(guò)干法脫硫的350℃、2.40MPa（G）焦爐氣送往轉化工段進(jìn)行轉化。

溶液流程

從脫硫塔底部出來(lái)的NHD富液（2.6MPa，29.4℃）經(jīng)過(guò)出口的調節閥減壓至0.8MPa(G)，進(jìn)入閃蒸槽，閃蒸出溶解的 CO、H2、CH4 、CO2 。閃蒸氣送往壓縮工段，經(jīng)原料氣壓縮 機加壓后與原料氣混合送至脫硫塔入口。

閃蒸后的NHD富液（0.8MPa，30℃）進(jìn)入貧富液換熱器I，與貧液換熱后溫度為80℃，進(jìn)入富液分離槽分離出其中的氣相，閃蒸氣進(jìn)入再生塔，經(jīng)過(guò)分離的NHD富液進(jìn)入貧富液換熱器II與出再生塔的貧液進(jìn)行換熱，富液被加熱到130℃進(jìn)入再生塔，進(jìn)行減壓加熱再生。

再生后為NHD貧液為147℃ 、0.09MPa（G）進(jìn)入貧富液換熱器II與富液換熱，出換熱器 100℃的貧液進(jìn)入貧液泵I加壓至0.5MPa(G)，加壓后的貧液進(jìn)入貧富液換熱器I，出換熱器的貧液被冷卻到50℃，貧液進(jìn)入貧液水冷器被新鮮水冷卻到25℃。 貧液進(jìn)入貧液泵II加壓，進(jìn)入脫硫塔上部。

NHD富液在再生塔中解析出各種溶解的氣體，再生氣（0.08MPa(G)、110.7℃ ）從再生塔頂出來(lái)入再生氣冷卻器被循環(huán)水冷卻到40℃，氣體中的水蒸汽大部分被冷凝下來(lái)，進(jìn)入再生氣冷卻器下部的分離器，從分離器出來(lái)的酸性氣體送往硫回收裝置。因其中含有大量的可燃氣體可以用作硫回收裝置的燃料。

轉化工段

本工段的任務(wù)是將原料氣中的甲烷轉化成合成甲醇所用的有效氣體CO和H2。本裝置采用加壓催化部分氧化法。焦爐氣催化部分氧化法，是將焦爐氣中的氧烴類(lèi)（甲烷、乙烷等）進(jìn)行部分氧化和蒸汽轉化反應，在轉化爐中首先發(fā)生H2、CH4與O2的部分氧化燃燒反應，然后氣體進(jìn)入催化劑層進(jìn)行甲烷、乙烷等與蒸汽的轉化反應。所以這個(gè)方法也稱(chēng)為自熱轉化法。

生產(chǎn)原理可以簡(jiǎn)單解釋為甲烷、蒸汽、氧混合物的復雜的相互作用： 第一階段為部分氧化反應，主要是氫氣與氧接觸發(fā)生燃燒氧化反應生成 H2O。第二階段為水蒸汽和二氧化碳氧化性氣體在催化劑的作用下，CH4進(jìn)行蒸汽轉化反應 。

轉化反應在有鎳催化劑作用下，反應速度加快，反應溫度降低，反應平衡溫距減小到1～5℃，在960℃殘余CH4<0.4%。

工藝流程簡(jiǎn)述

自脫硫工段來(lái)的焦爐氣（350℃、2.4MPa(A)），進(jìn)入轉化工段飽和塔 內,與塔頂下來(lái)的循環(huán)熱水接觸，使焦爐氣被水蒸汽飽和，使出塔氣H2O/ 干氣比達到0.591:1。飽和塔內循環(huán)的熱水為本工段回收的工藝冷凝液。出飽和塔的混合氣經(jīng)蒸汽混合器。再進(jìn)入加熱爐的一段預熱器,溫升至 500℃，進(jìn)入轉化爐頂部噴嘴。

空分送來(lái)的壓力3.0MPa(A)的純氧氣及6.4MPa(G)次高壓過(guò)熱蒸汽（480℃）按比例進(jìn)入混合罐中，由混合罐出來(lái)的H2O/O2比為1：1比例混合，富氧氣進(jìn)入轉化爐頂部噴嘴外層夾套，焦爐氣蒸汽混合氣與 富氧氣經(jīng)噴嘴噴出，H2和O2立即發(fā)生氧化反應，在爐膛頂部燃燒，火焰中心溫度達1050～1150℃，高溫氣體隨即向下進(jìn)入轉 化催化劑床，發(fā)生轉化反應：

CH4 H2O =CO 3H2 –Q

此反應為吸熱反應。轉化爐出口溫度約950℃，壓力2.26MPa(A)，再依次進(jìn)入高壓廢鍋、低壓廢鍋和鍋爐給水加熱器，轉化氣溫度降為190℃，進(jìn)入分離器Ⅰ分離出工藝冷凝液，再經(jīng)脫鹽水加熱器、水冷器，轉化氣溫度降至40℃進(jìn)入分離器Ⅱ、Ⅲ分離除去冷凝水后，送合成氣壓縮機升壓去甲醇合成。

甲醇合成

本裝置采用國際上先進(jìn)的低壓甲醇合成技術(shù)，合成塔采用 絕熱等溫甲醇合成反應器。選用兩臺合成塔。甲醇合成塔為列 管式等溫反應器，管內裝有銅基甲醇合成催化劑，管外為沸騰 鍋爐水。 產(chǎn)出粗甲醇主要組成為 CH3OH:84.8% H2O:14.4%

工藝流程簡(jiǎn)述

來(lái)自甲醇合成氣壓縮機的合成氣（5.3MPa(A)），經(jīng)過(guò)入塔氣預熱器 加熱到220℃，進(jìn)入甲醇合成塔內，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應：

CO 2H2=CH3OH Q CO2 3H2=CH3OH H2O Q

反應放出大量的熱，通過(guò)列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（2.5MPa飽和蒸汽），減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔內反應趨于恒定，且反應溫度也可通過(guò)副產(chǎn)蒸汽的壓力來(lái)調節。

甲醇合成塔出來(lái)的合成氣，經(jīng)入塔氣預熱器，甲醇水冷器，進(jìn)入甲醇分離器，粗甲醇在此被分離。分離出的粗甲醇進(jìn)入甲醇膨脹槽閃蒸，被減壓至0.4MPa后送至粗甲醇罐，然后泵送至精餾裝置。甲醇分離器分離出的混合氣去合成氣壓縮機。

從甲醇分離器出來(lái)的循環(huán)氣在進(jìn)入壓縮段前排放一部分弛放氣，以保持整個(gè)循環(huán)回路惰性氣體恒定。弛放氣與甲醇膨脹槽頂部排出的膨脹氣都去轉化系統作為燃料被消耗。

甲醇精餾

本裝置采用節能型三塔精餾流程，與雙塔流程相比較，其主要區別在于三塔流程采用兩個(gè)主精餾塔，一個(gè)加壓操作（0.6～0.7MPa），一個(gè)常壓操作，用加壓塔塔頂蒸汽冷凝熱作常壓塔塔底再沸器熱源，從而可減少蒸汽消耗和 冷卻水消耗，能耗比雙塔流程低10％～20％。

三塔流程的特點(diǎn)是：能生產(chǎn)高純度無(wú)水甲醇（甲醇含量 可達到99.95％以上）；同時(shí)不增加甲醇的損失量，甲醇回收率可達99％以上；在不增加甲醇損失量的基礎上，從甲醇產(chǎn)品中分出有機雜質(zhì)，特別是乙醇；能合理利用熱能。

工藝流程簡(jiǎn)述

來(lái)自甲醇合成裝置的粗甲醇（40℃，0.4MPa），通過(guò)預塔進(jìn)料泵， 經(jīng)粗甲醇預熱器加熱至70℃，進(jìn)入預精餾塔，預塔再沸器用0.4MPa(A)的低壓蒸汽加熱，低沸點(diǎn)的雜質(zhì)如二甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料氣；回收的甲醇液通過(guò)預塔回流泵作為該塔回流液。

預精餾塔底部粗甲醇液經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵進(jìn)入加壓精餾塔，加壓塔再沸器以1.3MPa(A)低壓蒸汽作為熱源，加壓塔塔頂餾出甲醇氣體（0.66MPa(A)，122℃）經(jīng)常壓塔再沸器后，甲醇氣被冷凝，精甲醇回到加壓塔回流槽，一部分精甲醇經(jīng)加壓塔回流泵，回到加壓精餾塔作為回流液，另一部分經(jīng)加壓塔甲醇冷卻器冷卻后進(jìn)入精甲醇計量槽中。

加壓精餾塔塔底釜液（0.6MPa(A)，125℃）進(jìn)入常壓精餾塔，進(jìn)一步精餾。常壓塔再沸器以加壓精餾塔塔頂出來(lái)的甲醇氣作為熱源。常壓精餾塔頂部排出精甲醇氣（0.13MPa(A)，67℃），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔，另一部分打到精甲醇計量槽內貯存。