一文读懂甲醇合成工艺原理及工艺流程

导读

甲醇是一种用途广泛的有机化工产品，是一种重要的基本有机化工原料。在农药、医药、染料、香料、涂料以及三大合成材料生产中都需要甲醇作为原料或作为溶剂。以甲醇为原料可生产六十多个下游化工产品，经过再加工，又可以得到几百种化工产品。除此之外，甲醇还可以用作汽车和民用的代用燃料。因此，甲醇工业目前已经成为碳一化学中的一个重要分支。

全世界的甲醇，有90%用于制取化学产品，有10%用作燃料。甲醇作为化工原材料，其下游下产达到100多种，实现工业化的产品也有将近30种，其中比较有竞争力的产品主要有甲醛、二甲醚、醋酸、甲酸甲酯、甲胺、碳酸二甲酯、乙二醇、甲基叔丁基醚(MTBE)、乙烯（MTO甲醇制乙烯）、丙烯（MTP甲醇制丙烯）等等，其中二甲醚、醋酸近年来迅速崛起，增长最为强劲，MTO、MTP作为新兴技术也日益受到企业的青睐，MTG（甲醇制汽油）更是非常有吸引力的远景目标。因此甲醇工业具有非常广阔的市场前景。

工艺原理

01

合成岗位的任务及意义

戴维工艺技术有限公司(DPT)工艺包，由一台轴向流蒸汽上升式合成塔(A-SRC)和一台气冷式合成塔(TCC)串联的甲醇合成反应装置，将来自低温甲醇洗净化后的工艺气体，经离心压缩机组加压后，在压力为9.7MPa、温度为210～300℃、铜基催化剂作用下合成甲醇，并送往精馏系统进行精馏。

合成反应是放热反应，利用其余热副产2.0-4.0MPa中压饱和蒸汽，可以经过蒸汽过热炉加热为2.5MPa过热蒸汽送往蒸汽管网，也可以减压送往1.3MPa蒸汽管网。同时将合成弛放气体送往氢回收装置，回收弛放气中的渗透气H2，弛放气中非渗透气送往燃料气管网。

02

甲醇合成原理

甲醇合成工艺气体中的CO、CO2分别与H2在铜基催化剂的作用下反应生成甲醇，同时还伴有多种副反应。

主要反应为：

其它副反应：

R2001

R2002

03

合成催化剂（KATALCO 51-9S）

KATALCO 51-9S催化剂是高活性、高选择性固体圆柱形颗粒的催化剂，主要成分是氧化铜、氧化锌、铝和镁，在使用前，必须将催化剂中的氧化铜还原为活性铜，在低温下促进氢气和碳氧化物合成甲醇。

04

脱硫吸收剂（PURASPEC 2020）

脱硫吸收剂是多孔球状的颗粒吸收剂，以氧化锌（ZnO）为基础。

在有水的存在下，也可以从温度高于120℃的气流中除去微量的COS，在T＜130℃下，CO2可与ZnO反应形成碳酸锌（ZnCO3），碳酸锌对吸收剂的性能有负作用。

合成工艺流程

来自净化的原料气与来自氢回收装置Y2201的氢气混合后，进入合成气缓冲罐D1901，除去原料气中夹带的液体。通过合成气压缩机C1901压缩到～9.7MPa，加入来自洗涤水增压泵P1902A/B少量的脱盐水,辅助合成气中COS转化为H2S。合成气在合成气净化预热器E2001中用来自2#甲醇合成塔R2002出口气进行预热，预热后的气体进入合成气净化槽V2001脱除其中微量的H2S 和 COS。

合成气净化槽V2001净化后的合成气（9.4 MPa）约70﹪，与经过冷循环中间换热器E2002和热循环中间换热器E2003加热后的循环气混合，进入1#管壳式合成塔R2001管程，在管内铜基催化剂的作用下，发生合成甲醇反应，当气体温度超过管外温度后，反应热被管壳间炉水带走，并副产蒸汽（2.0—4.0 MPa）送出界区。

出1#合成塔R2001的甲醇气，部分经中间换热器E2003冷却后与来自合成气净化槽V2001剩余的约30﹪的原料气混合，然后从2#合成塔R2002底部进入，通过R2002的管程到达R2002顶部；另一部分未经过冷却的工艺气（开车时）直接到2#合成塔R2002顶部。两部分气体在R2002顶部混合后通过R2002壳程的铜基催化剂，在相对较低的温度下发生合成甲醇反应，以达到更高的转化率。其反应热用于加热管程的冷气。（在甲醇合成催化剂使用寿命末期，来自合成气净化槽V2001的所有原料气都进入1#甲醇合成塔）

2#甲醇合成塔R2002的出塔气体分为两部分，一部分用于在合成气净化预热器E2001中加热合成气，另一部分经锅炉水预热器E2004，加热1#合成塔汽包D2001给水。经过E2001和E2004换热后的出塔气,进入冷循环中间换热器E2002与冷循环气换热冷却。冷却后的气体进入粗甲醇冷凝器E2005进一步冷却，随后进入甲醇调节冷凝器E2006冷却到要求的温度，使气体中的甲醇绝大部分被冷凝下来，气液混合物进入粗甲醇分离器D2002中进行分离。

从粗甲醇分离器D2002顶部除沫后的气体，大部分作为循环气返回到合成气循环压缩机C1902；少部分气体作为驰放气排放至驰放气洗涤塔T2001，以达到调节系统压力、防止系统惰性气体累积的目的。进入驰放气洗涤塔T2001的气体，用来自洗涤水增压泵P1902A/B的脱盐水洗涤后送往氢回收装置Y2201。此外，循环气管线上还设有事故状态排放火炬管线、还原合成触媒所用的净化来的原料气管线、合成系统充压的N2管线、更换触媒时钝化用的仪表空气管线。

从粗甲醇分离器D2002底部出来的粗甲醇通过粗甲醇过滤器S2001A/B过滤后，经液位调节阀LV-20007A/B减压后进入粗甲醇排放槽D2003。由合成气净化气预热器E2001、冷循环中间换热器E2002、热循环中间换热器E2003、锅炉给水预热器E2004、驰放气洗涤塔T2001的甲醇液分别通过LV-20043、LV-20041、LV-20006、LV-20042、LV-20015控制液位后进入粗甲醇排放槽D2003。

溶解在粗甲醇中的气体在粗甲醇排放槽D2003中闪蒸出来，通过FV-20007控制脱盐水洗涤后经过除沫器，再由PV-20002A控制压力作为低压燃料气送出界区，或通过PV-20002B放至火炬系统。粗甲醇排放槽D2003的粗甲醇由FV-20009控制流量送往精馏中间罐区。

来自界区外的锅炉给水经汽包上水流量调节阀FV-20002控制流量进入锅炉水预热器E2004预热后，补给1#合成塔汽包D2001。1#合成塔汽包D2001中的炉水经下降管进入1#合成塔下部壳程，同反应管换热后，产生2.0～4.0MPa的中压蒸汽。汽水混合物从1#合成塔管间上部管口排出，经上升管返回1#合成塔汽包D2001，在汽包内除沫后经PV-20011控制汽包压力后输出界区外。

为维持炉水的质量，从1#合成塔汽包D2001中部连续排放部分炉水进入排污罐D2004，闪蒸出低压蒸汽进入低压蒸汽管网，底部冷凝液在排污冷却器E2008中冷却后送界区外废水处理。此外在汽包上水过程中为了改善炉水质量，经磷酸盐加药装置Y1901连续向1#合成塔汽包D2001加入定量磷酸盐溶液。

公用介质介绍

一、蒸汽

1、合成汽包产汽

2、开工蒸汽

二、中压锅炉水

锅炉水经中压锅炉泵进入合成工序，于R2002出塔气换热后进入R201汽包，通过与R2001反应放出的热量换热后行成中压蒸汽。

三、脱盐水

四、氮气、仪表空气

1、氮气进入合成系统的作用是充压和置换。

2、仪表空气进入合成系统的循环气管线，作用是在更换催化剂时对催化剂进行钝化。

来源：煤化工工程师