甲醇装置及甲醇脱水生产二甲醚设计

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1、甲醇装置及甲醇脱水生产二甲醚的设计（托普索国际公司）0前言最近甲醇工艺设计上的进展很大程度上都集中在最大限度增加装置的单系列生产能力。这种趋势在很大程度上源于最近出现的技术进步，例如，自热转化领域取得的技术进步和规模经济的结合为有效利用紧缺的天然气提供了千载难逢的机会。托普索已经协助数家客户对位于偏远地区的几家大型甲醇装置的设计进行了研究。这种接触得以使客户对这种装置的要求有了清楚的了解，并对如何最好地满足这些要求开展了全面的工程设计研究。甲醇装置远离其他工业现场自然会导致产品运输成本增加，并且装置所需的所有公用工程（电力，蒸汽，氮气等）也必须专门建造。而且生产出的大

2、量甲醇作为单一产品使生产厂商易受世界甲醇价格变化的打击和影响。在项目实施期间这些实际情况都要估计到，以避免给未来装置的总体经济效益带来不利的影响。因此对工程建设现场的调查选择具有重要的意义，采用经济灵活的方式就能根据需要，生产一种以上的产品。这样装置就减少了经济风险，并能更有效地利用装置的公用工程，从总体上降低运输成本。可以和甲醇联产的产品之一显然就是甲醇的衍生产品，例如二甲醚。无论甲醇和何种产品联产，有一点是肯定的，那就是甲醇装置的设计必须灵活。无论从现场条件的变化（例如由于某个设备的淘汰），还是从天然气成分不可避免的变化（在气田中天然气逐步耗尽时发生）考虑，这一点

3、都是非常重要的。本文是对位于偏远地区的一套大型（最大生产能力为10kt/d）甲醇装置工程设计的详细研究得出的重要结论。本文的目的是为了说明由托普索提供的甲醇工艺技术和催化剂不但适合建造大型生产能力的甲醇装置，而且这种装置具有良好的内在灵活性。这种特性使我们产生了这样的观念：大型甲醇装置设计的理想选择是装置能在变化范围大的条件下操作。1大型甲醇装置的设计借助在低汽碳比（S/C）条件下操作的自热转化炉（ATR），实现经济上最有效地大规模生产甲醇合成气和天然气合成油。自热转化是经充分验证的技术，从上世纪50年代开始就应用于合成氨，甲醇，氢气和富一氧化碳合成气的工业化生产。但

4、是直到90年代开发设计出了新的烧嘴，才得以使自热转化在更理想的条件下操作，也正是这种开发使目前的自热转化技术具有如此强的竞争力。与其他转化技术相比，托普索提供设计优良的CTS型烧嘴，以及能在很高的出口温度和低汽碳比条件下操作的相关能力更提高了自热转化技术的竞争优势。这些操作条件导致对氧气和天然气的要求降低，也降低了对催化剂和公用工程的要求，并减少了对设备材料的投资。此外，自热转化技术的开发已允许增加单系列装置的生产能力。这样，以后设计建造的甲醇装置，其生产能力就可以超过目前世界级甲醇装置的生产能力许多。由于自热转化技术已经在工业规模的装置中，在0.6的汽碳比和1050

5、℃出口温度的操作条件下得到了成功的示范性验证，所以与此项技术相关的技术风险实际上已经消除。以自热转化技术为基础的甲醇装置之累计优势，使甲醇生产的成本比传统技术的世界级装置低出大约30美元/t。这样，即用比最近几年甲醇市场价格低出许多的价格来测算，投资新的甲醇装置也是值得的。157（图中文字译文：Oxygen/Steam氧气/蒸汽；HDS加氢脱硫装置；LTMS低温甲醇合成；Naturalgas天然气；Water水；Saturator饱和塔；Prereformer予转化炉；Steam蒸汽；AutothermalReformer自热转化炉；MakeupCompressor补

6、充压缩机；MethanolReactor甲醇反应塔；RecycleCompressor循环压缩机；Condensate冷凝液；RawMethanol粗甲醇；HydrogenCompressor氢气压缩机；Membrane薄膜；Off-gas尾气）图1以自热转化为基础的甲醇装置前端和薄膜氢气回收示意图图1是基于托普索自热转化技术的甲醇装置设计示意图。其主要工艺步骤如下：来自界区的天然气经脱硫后在与要求的整体汽碳比相匹配的温度下输入蒸汽使之饱和。然后对工艺气体进行预转化，使工艺气被预热到650℃。此预热步骤是十分关键的，因为在以后的自热转化过程中，温度提升需要增加氧气的消

7、耗。预热后的工艺气进入自热转化炉，与蒸汽和氧气发生反应生成合成气。此合成气有很高的活性（一氧化碳/二氧化碳比高），并且氢气含量比化学计量配比略低（从生产甲醇的目的考虑）。所以在工艺气进入甲醇合成回路前要加入氢气。甲醇合成是在装有托普索高活性甲醇催化剂MK-121的沸水反应器中实现的。上述的综合优势使甲醇合成实现卓越的反应器控制，非常低的循环比，以及相应紧凑的设备设计。在甲醇合成回路中未反应的气体送往一个膜分离器，分离回收的氢气送入系统循环使用。2大型甲醇装置的工程设计下面是被研究的大型甲醇装置设计时确定采用的。这是基于前述工艺技术，最大容量为10kt