以煤为原料甲醇装置净化新工艺的探讨

1、以煤为原料甲醇装置净化新工艺的探讨刘卫平（山东红日阿康化工股份有限公司 山东临沂市 276021）我国甲醇工业开始于1957年。90年代以来，甲醇工业发展很快，且中小型装置的厂约占88%，其生产能力约占40%。生产原料路线则以煤为主，煤占生产能力的77，天然气占10.3，乙炔占3.4，重油占9.3，由于我国天然气价格较高，因此，在很长一段时期内，我国甲醇生产原料路线基本以煤为主。1我国初期的甲醇生产以联醇为主，产量较低，多数生产能力在50kt/a以下。随着低压甲醇生产技术的日臻成熟，及市场需求的不断扩大，国内许多企业正在兴建100kt/a 200 kt/a甚至更高能力的单醇生产装置。对于目前的

2、单醇生产装置，在设备工艺方案等很多方面相应是借鉴合成氨及联醇生产装置，但对于甲醇而言，采用联醇装置生产和采用单醇装置生产，毕竟从装置规模和生产工艺等方面是有较大区别的，有些方面是可以合理借鉴，有些是值得探讨和改进的。本文仅对目前甲醇生产工艺中净化工段生产工艺提出一些新的看法和思路，从而达到优化工艺，降低消耗的目的。一：甲醇生产装置净化所采用的现有工艺目前，以煤为原料，采用固定床间歇气化装置生产甲醇的单醇生产装置，在单醇的生产装置中占主导地位，采用此种方法的甲醇装置，其净化工段的生产工艺基本采用以下工艺流程： 脱硫压缩 脱碳 目前，在甲醇装置中水煤气的脱硫基本采用湿法脱硫，随着甲醇工业的发展，使

3、用于湿法的各种脱硫剂不断得到应用，脱硫剂的脱硫效果也越来越好。有些厂家水煤气脱硫后，气体中硫含量低于50甚至40 mg/Nm3。甲醇装置的变换工艺主要有中低低 中串低 全低变 等工艺，由于全低变工艺具有能耗低、设备能力发挥大、投资省和适用于高硫化氢气体等优势，使其得到了较快的发展，同时，全低变工艺也是能体现和发挥钴钼催化剂性能优势且能耗最低的变换工艺，从而使其在甲醇生产装置中逐渐取得了主导地位。在全低变工艺中，为了防止变换催化剂反硫化现象，均要求进变换炉气体中硫含量不低于一定指标，根据不同的变换催化剂生产厂家的要求，该指标从80mg/Nm3到 150 mg/Nm3不等，而且气体中硫含量增高，对

4、催化剂的使用寿命和使用效果没有影响。二：甲醇生产装置净化的几种新工艺对于采用全低变工艺的甲醇装置而言，脱硫工段的主要作用是脱除气体中所含的硫，但变换供电所用的钴钼系耐硫变换催化剂则要求气体中硫含量不低于一定的数值，否则容易造成催化剂的反硫化，这两个工段的要求存在一定的矛盾；另一方面，水煤气脱硫和变换后的脱硫，多数厂家采用同样脱硫方式，但这两个脱硫工段由于气体洁净度不同，在设备和布置方面是分开的，对管理和操作带来不便，且增加运行费用；基于以上情况，笔者提出了净化工段以下新的工艺流程。（一）取消水煤气脱硫塔的工艺流程目前甲醇装置的脱硫主要采用以下工艺：气柜来水煤静电除尘器茨鼓风洗气脱硫塔洗气塔静电

5、除尘器在该工艺中，由于脱硫后的气体夹带有一定量的单质硫，因此脱硫后气体应采用洗气塔和静电除尘器除去气体中的杂质，同时降低进压缩机气体温度，增加压缩机运行稳定性和设备能力。取消脱硫塔以后，脱硫可采用以下新工艺： 罗茨鼓风机 压缩机 1 对该工艺的几点说明（1）取消了脱硫塔，对于脱硫工段而言，也就是水煤气不经过脱硫直接进入压缩工段，由此含硫高的水煤气相应对设备和管道及装置的操作是否会带来影响是该工艺的关键问题。通过与上海压缩机厂、沈阳鼓风机厂等国内知名的压缩机生产厂家的技术部门多次联系咨询得知，对于目前国内通用的适用于甲醇装置的往复式压缩机，只要进口气体中硫含量小于1，即15000 mg/Nm3，

6、即可按常规进行设计，无需因为气体中硫含量增加而在设备材质、结构等方面进行改变。在我国，造气原料如果采用低硫煤，则水煤气中硫含量约800-1000 mg/Nm3，如果采用高硫煤，则水煤气中硫含量可达3000-8000 mg/Nm3，均小于15000 mg/Nm3，因此，取消脱硫塔，压缩机在设备型号和材质等方面无需改变即可满足要求。（2）众所周知，水煤气在进入脱硫工段前后，水煤气管道材质是相同的，均采用碳钢材质，因此，取消脱硫塔以后，由于气体的气量、温度、压力等参数没有改变，仅仅是气体中硫含量的改变，相应管道材质、规格等方面无需改变。（3）对于变换工段而言，由于水煤气没有脱硫，进口硫含量较高，无需

7、考虑硫含量对变换催化剂的影响，但从变换工段出来进入变换后脱硫即变脱工段负荷增加，该工段相当于合并了以前工艺中水煤气脱硫和变换气脱硫两部分的能力，变脱泵要增加或加大泵流量，变脱塔要增加能力，满足工艺要求。（4）由于水煤气脱硫塔取消，脱硫放在了变换后，因此，原放在水煤气脱硫工段的硫回收装置应相应布置在变换后，便于操作和管理。2 采用该工艺所具有的优势（1）工艺流程缩短，降低投资和占地这是该工艺一个非常明显的优势，相当于把水煤气脱硫工段的脱硫塔与变换后脱硫的变脱塔合并，使水煤气工段与脱硫相关的设备：水煤气脱硫塔、常脱喷射再生槽、贫液槽、贫液泵、富液泵均可取消，同时由于没有脱硫塔，原工艺中脱硫后洗气塔

8、、静电除尘器也同时取消掉。以我公司10万吨甲醇装置为例，整个脱硫装置界区内占地60×32米，计1920平方米，脱硫工段与脱硫相关的设备为：水煤气脱硫塔（1台）、常脱喷射再生槽（1台）、贫液槽（1台）、贫液泵（3台/2开1备）、富液泵（3台/2开1备）、脱硫后洗气塔（1台）、脱硫后静电除尘器（1台）合计11台/套，采用新工艺以后，以上所列11台设备均可取消。在占地方面，设备减少后，占地可减少60%以上，虽然变脱工段要相应增加能力，但仅为增加设备能力，设备数量无需增加，因此装置占地可减少800平方以上。在投资方面，仅以上所列11台设备的取消，单纯设备方面的投资就可减少340万元，考虑相应

9、土建、工艺、电器、仪表等方面的投资，合计投资可减少500万元以上。（2）工艺流程缩短，优化工艺指标，提高生产能力。设备的减少，流程的缩短，所带来的工艺指标的优化也是非常明显的。由于流程缩短，控制指标相应减少，而且装置阻力相应降低。仍以10万吨甲醇为例，由于前述11台设备的取消，相应的设备的温度压力流量电流电压等控制点可减少17个以上，简化了操作。对于系统阻力，罗茨风机出口压力一般为控制在35Kpa左右，风机后水煤气脱硫塔压差约4Kpa，取消脱硫塔以后，系统阻力可降低4Kpa，即进入压缩工段气体压力增加4Kpa，提高压缩机打气能力。按10万吨甲醇装置的气量为4万标方计算，仅系统阻力降低4Kpa，

10、便可提高设备能力3%，可增产甲醇3000吨，按每吨收入200元计算，每年增加效益60万元。（3）便于设备布置，提高管理效益，降低运行成本。在以前的甲醇净化装置的设备布置中，由于水煤气脱硫和变换后脱硫采用的压力不同，中间有一个压缩过程，因此，这两个脱硫的设备是分开布置的，分别放在水煤气脱硫工段和变换工段，中间隔着压缩工段，因此从设备布置位置来考虑，这两个脱硫可放在脱硫和变换两个工段分开管理。但由于这两个脱硫均采用湿法脱硫，脱硫方法相同，所用设备也大同小异，因此从人员配备和设备性质方面来讲，这两个脱硫应均属于水煤气脱硫工段统一管理。采用新工艺以后，上述矛盾即可取消，两个脱硫可统一管理，并减少操作人

11、员，降低设备维修维护强度，从成本来讲，减少人员工资和动力设备的电耗。以我公司10万吨甲醇为例，脱硫工段包括水煤气脱硫和变换后的脱硫及硫磺回收，目前采用人员28人，分为4班，每班7人，若采用新工艺，则每班可设5人，共减少操作人员8人，仅工人工资一项，便可每年减少管理费用10万以上。这还不包括由于设备减少带来设备维修维护费用的降低。（二）取消水煤气脱硫塔和罗茨风机的工艺流程在甲醇装置以往的工艺中，水煤气脱硫工段的罗茨风机主要作用是提高气柜出口水煤气的压头，用来克服气体脱硫过程和管道输送的阻力，使脱硫后气体带压进入压缩工段。如果脱硫塔取消，则脱硫工段的气体阻力降低，气体进入压缩工段仅需要克服管道的阻

12、力即可。对于甲醇装置来说，气柜出口气体压力一般为400mm水柱，只要设备布置得当，设计合理，这个压力完全可以克服进入管道阻力进入压缩工段，因此，罗茨风机的必要性就显得不是那么重要了。可采用以下更简洁的流程： 洗气塔压缩工段1 对该工艺的几点说明（1）如前所述，取消了罗茨风机，对于净化和压缩工段来说，设备和管道的材质无需改变，仍可采用以前材质。（2）该工艺流程，仅考虑气柜出口的气体经静电除尘器净化并经过冷却塔净化降温以后送入压缩工段，可以说是更加彻底的取消了水煤气脱硫工段，把该工段的其它作用分别由压缩工段和变换后脱硫工段来取代，进一步缩短工艺流程，优化工艺指标。（3）罗茨风机和压缩机均具有给水煤

13、气加压的作用，该工艺流程相当于把这两种设备用一种设备代替，因此要注意的是，在有罗茨风机时，压缩机进口压力一般为22Kpa，即压缩机进气压力要超过22Kpa，取消罗茨风机以后，气柜出口气体压力一般只有400mm水柱，即4Kpa，在气柜和压缩工段之间的设备和管道的阻力应不超过2Kpa。因此，克服设备和管道阻力以后，气体进入压缩工段后，压缩机应按进口压力约2Kpa进行设计制作，设备功率也应相应加大，以满足要求。（4）罗茨风机取消后，进入压缩工段的管道内气体压力降低，为降低阻力，要相应加大管道直径，同时在设备布置上要让压缩工段尽量靠近气柜，从而缩短气体输送管道的长度，降低阻力。2 该工艺具有的优势很明

14、显，比起仅取消水煤气脱硫塔的工艺流程，取消水煤气脱硫塔和罗茨风机的工艺流程所具有的优势更加明显突出。装置占地、投资、配套操作人员、运行费用以及设备的维护强度等方面均有更明显的优势。以我公司10万吨甲醇为例，脱硫工段配备3台罗茨风机，设备投资166万，设备配套功率480KW/台，因此该新工艺在投资方面，仅罗茨风机就可降低相当的投资，虽然压缩机功率需增加，但总的来说，把罗茨风机的作用附加到压缩机上，设备减少，在投资、电耗、管理等方面，费用均大为降低。三：总结1 上述可知，取消脱硫塔的的甲醇净化的新工艺，简化了流程，无论从占地、投资、操作、管理等方面，均具有明显优势，而且不同的工艺可以在旧装置的改造和新装置的设计中进行借鉴采纳。2 以上所述的甲醇净化工艺流程，不同的甲醇生产厂家，根据各厂实际情况，可能稍有不同，但基本原理相同的，在具体实施过程可根据实际情况进行相应修改。3 对于采用以煤为原料的合成氨装置和甲醇装置，工艺有许多相近指出，且对于采用全低变工艺的合