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煤制甲醇工業(yè)裝置工藝改造措施

文檔作者：鐘曾玲文檔來源：四川天一科技股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月17日
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第3期 鐘曾玲：煤制甲醇工業(yè)裝置工藝改造措施 67
煤制甲醇工業(yè)裝置工藝改造措施
鐘曾玲
(四川天一科技股份有限公司，四川成都610225)
摘要：針對宜賓天科以煤為原料的甲醇合成裝置生產(chǎn)工藝中存在的問題，提出了幾點工藝改造的建議措施。
關(guān)鍵詞：水煤氣凈化；脫硫；羅茨風機；氣體加熱器
中圖分類號：TQ 223 文獻標識碼：B 文章編號：1001—9219(2011)03—67-03
四川天一科技股份有限公司(簡稱天科股份)
2004年完成了宜賓天科煤化工有限公司7．5萬
以煤為原料固定床造氣低壓合成甲醇裝置的設(shè)計
工作，2005年底該裝置成功開車。本套裝置采用宜
賓筠連塊煤為原料，固定床間隙造氣、濕法脫硫、全
氣量部分變換、變壓吸附脫碳、低壓合成甲醇、粗甲
醇三塔精餾、變壓吸附提氫等工藝路線，生產(chǎn)出滿
足國家標準的精甲醇產(chǎn)品。
本裝置開車4年多來，消耗較高，一方面是因為
原料煤來源不穩(wěn)定且質(zhì)量較差，生產(chǎn)操作水平需要
進一步提高，另一方面也因為在工藝流程上存在一
定的缺陷，諸多方面原因?qū)е卵b置消耗居高不下，
企業(yè)經(jīng)濟效益受到嚴重影響。
本文對該裝置的現(xiàn)狀進行了分析，結(jié)合近幾年
天科股份公司設(shè)計水平的不斷提高和國內(nèi)類似裝
置的生產(chǎn)經(jīng)驗，對裝置的工藝流程提出幾點改進意
見以供企業(yè)進行裝置技術(shù)改造時參考。
1 原水煤氣凈化及脫硫工藝流程
水煤氣從氣柜出來后進入干式靜電除塵器，除
去灰塵和焦油，然后由羅茨風機增壓到一O．15MPa，
再經(jīng)過冷卻塔后進人水煤氣脫硫塔，脫硫后的水煤
氣經(jīng)過氣液分離器后進入下一工序。該工藝流程框
圖如圖1所示。
水 葉臣巫
水煤氣
． ． ：豎
圖1 原水煤氣凈化及脫硫工藝流程
Fig．1 Original process flow for purification and
desulfurization of water gas
收稿日期：2010．09-16；作者簡介：鐘曾玲(1969-)，女，高級工
程師，電話028—8596931 1，電郵tkec@tianke．corl。
經(jīng)過裝置的長期運行，發(fā)現(xiàn)上述流程存在以下
兩個問題：①進入羅茨風機的水煤氣溫度較高，影
響羅茨風機的打氣量和設(shè)備長周期穩(wěn)定運行；②從
脫硫塔出來的水煤氣僅僅經(jīng)過氣液分離器就進入
下工序，這種設(shè)置沒有考慮到水煤氣在通過脫硫塔
脫硫過程中，有少量含硫雜質(zhì)會進人到水煤氣中，
這部分雜質(zhì)如果不及時除去，帶人壓縮工段，會造
成單質(zhì)硫被帶到壓縮機進口，造成活門堵塞，從而
影響壓縮機長周期穩(wěn)定運行，降低裝置生產(chǎn)效率。
2 對水煤氣凈化及脫硫工藝流程的
幾點改造建議
針對上述水煤氣凈化及脫硫工藝流程存在的
問題，對工藝流程提出了以下改進措施建議：
(1)在氣柜后面干式靜電除塵器之前增加一臺
水煤氣冷卻塔
有過合成氨和甲醇生產(chǎn)經(jīng)驗的都知道，合成氨
和甲醇裝置在冬季和夏季的生產(chǎn)能力是不同的，冬
季高，夏季低，冬季比夏季產(chǎn)量高5％～10％。其中氣
候造成水煤氣溫度偏差是不可忽視的因素。因此，
氣柜后增設(shè)冷卻塔，可有效減少氣候帶來的影響；
同時氣體溫度降低，對于提高羅茨風機打氣量，保
障設(shè)備的長期穩(wěn)定運行也是有利的。
對于冷卻塔的設(shè)計，為減小設(shè)備阻力，建議采用
空塔洗滌，同時冷卻塔的冷卻水量也可以根據(jù)操作
工況進行調(diào)節(jié)，夏季氣溫高，可增大冷卻水量；冬季
氣溫低，可減少冷卻水量或不加冷卻水，從而既可
降低消耗，又保證了生產(chǎn)能力。
這種流程設(shè)置在天科股份公司設(shè)計的類似項目
中已經(jīng)運用，經(jīng)過裝置的開車運行，證明效果非常
顯著。
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天然氣化工 2011年第36卷
(2)在脫硫塔后面依次增加一臺冷卻塔和一臺
干式靜電除塵器
一般各廠家在脫硫塔前面均設(shè)有冷卻塔，一方
面可以凈化氣體，另一方面可以降低氣體的溫度，
有利于脫硫，但對于脫硫塔之后設(shè)置冷卻塔，不同
的廠家卻不盡相同，我們經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對于脫硫
后冷卻塔的設(shè)置，從實際運行來看，還是很有必要
的，這是因為在脫硫過程中，雖然脫硫塔有一定的
除沫效果，但仍有一定量的硫泡沫隨氣體帶出脫硫
塔，這部分硫泡沫如果不能及時除去，會對壓縮機
的運行帶來較大影響。
對于靜電除塵器的設(shè)置，如果僅在脫硫塔前面
設(shè)置靜電除塵器，而脫硫塔后面沒有靜電除塵器的
話，會使得水煤氣在通過脫硫塔脫硫過程中帶有的
少量含硫雜質(zhì)不能及時除去，帶入壓縮工段，對壓
縮機運行有一定的影響。曾經(jīng)有的廠家由于脫硫后
沒有靜電除塵器，造成壓縮機活門經(jīng)常堵塞，在清
理活門時發(fā)現(xiàn)是有相當量的單質(zhì)硫帶到了壓縮機
進口，從而造成了活門堵塞。
改進后的水煤氣凈化脫硫流程框圖如圖2所
示。
圖2 改進后的水煤氣凈化脫硫流程框圖
Fig．2 M odified process flow for purification and
desulfurization of water gas
相信改進后的流程可以提高羅茨風機和壓縮
機的打氣量，大大延長設(shè)備的穩(wěn)定操作周期，從而
提高生產(chǎn)效率、降低裝置的消耗和運行費用。
(3)對羅茨風機進行改造
羅茨風機是脫硫工段最重要的運轉(zhuǎn)設(shè)備，它的
電耗直接影響到整套裝置的消耗，所以設(shè)想采用更
節(jié)能的氣量調(diào)節(jié)方式來取代原流程中通過設(shè)置在
羅茨風機進出口的旁路調(diào)節(jié)氣量的方式以達到裝
置節(jié)能的目的。
曾經(jīng)有人提出羅茨風機采用變頻調(diào)節(jié)以適應
裝置的氣量變化，這種方式應該是可行的，它不僅
節(jié)能，而且能解決因采用旁路調(diào)節(jié)導致的羅茨風機
進口氣體溫度升高，從而影響設(shè)備長周期運行的問
題。
鑒于企業(yè)目前的情況，為了盡量減少企業(yè)的改
造費用，建議只將一臺羅茨風機改為變頻調(diào)節(jié)，在
正常生產(chǎn)過程中，其余風機滿負荷運轉(zhuǎn)，通過一臺
變頻風機調(diào)節(jié)總氣量，達到既滿足工藝要求，又能
克服氣體溫度升高，降低裝置電耗的目的。
(4)在精脫硫工序的水解脫硫塔和第三脫硫塔
之間增加一臺氣體加熱器
原工藝精脫硫工序的流程框圖如圖3所示。
圖3 原工藝精脫硫工序的流程框圖
Fig．3 Original water gas fine desulfurization process
從水解脫硫塔出來的水煤氣溫度約8O℃ ～
lOOT：，經(jīng)過冷卻分離器冷卻至常溫分離掉氣體中
的游離水后直接進入第三脫硫塔。該流程的缺點
是：溫度較低含有飽和水的水煤氣進入第三脫硫
塔，氣體中的飽和水隨著溫度降低會冷凝下來，隨
著時間的增加，冷凝下來的水會積聚在第三脫硫塔
里，從而影響脫硫劑的使用壽命，也增加了企業(yè)的
運行費用。
針對以上流程的缺點，我們在有類似工藝流程
的生產(chǎn)廠家進行了調(diào)研，也咨詢了有關(guān)脫硫劑的生
產(chǎn)廠家，決定在原流程的冷卻分離器和第三脫硫塔
之間增加一臺氣體加熱器，將水煤氣先加熱到～
6O℃左右再進入第三脫硫塔，這樣就避免了在第三
脫硫塔中會有冷凝水冷凝下來從而影響脫硫劑的
使用壽命，經(jīng)過計算，氣體加熱器的換熱面積大約
為30m 。
改進后的工藝流程框圖如圖4所示。
水解崆硫塔l -l冷卻分離器 —一 氣體加熱器I 一 i脫硫J薔
圖4 改進后精脫硫工序的流程框圖
FigA M odified water gas fine desulfurization process
改進后的工藝流程僅僅增加一臺換熱面積不
大的設(shè)備，不會增加企業(yè)太多的改造費用，但卻可
以大大縮短脫硫劑的更換頻率，降低裝置的消耗和
運行費用。
3 結(jié)語
本文談到的幾點有關(guān)宜賓天科煤制甲醇裝置
的工藝流程的改造建議，已經(jīng)運用到天科股份公司
新近設(shè)計的類似項目中，有些已經(jīng)過裝置開車檢
驗，證明是切實可行的，企業(yè)可根據(jù)自身的具體情
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第3期 鐘曾玲：煤制甲醇工業(yè)裝置工藝改造措施 69
況決定是否采納。希望隨著設(shè)計水平的不斷提高， 更好的措施建議。
可以為企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗提供更多
Process modification of a coal-based methanol plant
ZHONG Zeng-ling
(Sichuan Tianyi Science and Technology Co．，Ltd．，Chengdu 610225，China)
Abstract：According to the existing problems of the pmduction process of the coal·based methanol plant of Sichuan Yibin
Tianke Coal Chemical Co．，Ltd．，some recommended measures for modifying the pmeess were presented．
Key words：water gas purification；desufufization；Roots blower；gas heater
／"MI ／
超重力脫硫技術(shù)成功實現(xiàn)工業(yè)化應用
酸性氣體脫硫被認為是控制S0：的最行之有效的途
徑，目前酸性氣體脫硫方法分為干法脫硫和濕法脫硫。傳統(tǒng)
干法脫硫硫容低，脫硫成本高。濕法脫硫有胺法和L0一CAT
工藝、改良ADA法、栲膠法、PDS法、絡(luò)合鐵法等氧化還原
法，這些方法采用傳統(tǒng)板式塔或填料塔，存在設(shè)備體積大、投
資高等問題，因此當前急需開發(fā)出代替?zhèn)鹘y(tǒng)脫硫填料塔，有
效提高傳質(zhì)效率的脫硫新技術(shù)。
超重力工程技術(shù)，在國際上被稱為Hish Gravity
Engineering and Technology，是一項強化”三傳一反”化工過
程的新型技術(shù)及設(shè)備，利用離心力強化傳遞與微觀混合實現(xiàn)
高效多相反應與分離。其基本原理就是利用旋轉(zhuǎn)形成一種穩(wěn)
定的、可以調(diào)節(jié)的離心力場，以代替常規(guī)重力場。這就使得精
餾、吸收和復相反應等化工單元操作中的氣液兩相的相對速
度大大提高，使相界面更加快速地更新，并且大大提高了液
泛速率，生產(chǎn)強度成倍提高。在化工、環(huán)保、材料、能源、石油、
生化等領(lǐng)域中，作為一項具有突破性意義的反應分離技術(shù)，
采用超重力反應器代替和改造現(xiàn)有多套傳統(tǒng)塔設(shè)備，對于合
理有效地利用資源，促進環(huán)境保護具有重要的意義，超重力
脫硫就是其應用的一個重要技術(shù)領(lǐng)域。
國外對超重力技術(shù)在酸性氣體S01吸收領(lǐng)域的應用研
究早已展開，而國內(nèi)目前已經(jīng)完成了超重力脫硫從實驗室到
工業(yè)化的過渡。超重力脫硫的關(guān)鍵設(shè)備超重力反應器體積僅
為原脫硫塔的2％，投資為原脫硫塔的51．7％，極大地縮小了
設(shè)備的尺寸與重量，設(shè)備費用比傳統(tǒng)的塔設(shè)備大幅度減小，
也使得基建投資明顯減小，而脫硫效率則由原來的95％提高
至98．5％。該反應器在運行中運行平穩(wěn)，傳質(zhì)效率高，填料不
易堵塞，適于處理含固體顆?；螂s質(zhì)含量較多的酸性介質(zhì)。
同時具有較強的離心力，使氣液的流速及填料的比表面積極
大地提高而不產(chǎn)生液泛，液體在高分散、高湍動、強混合以及
界面急速更新的情況下與氣體以極大的速度在彎曲孔道中
逆向接觸，極大地強化了傳質(zhì)過程，提高了脫硫效率。
超重力脫硫裝置是目前世界上先進的脫硫裝置，可廣泛
應用于油田伴生氣脫硫，海上石油平臺脫硫、煉油廠干氣脫
硫、循環(huán)加氫脫硫、克勞斯制硫磺尾氣脫硫、天然氣脫硫和以
煤為原料制造化肥、甲醇等變換氣脫硫。超重力脫硫裝置由
超重力脫硫反應器、液位控制罐、冷卻系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)等
組成，核心設(shè)備超重力反應器體積小、重量輕、能耗低、易運
轉(zhuǎn)、易維修、安全、可靠、靈活。
采用超重力反應器來吸收酸性氣體中的S0：，能夠替代
傳統(tǒng)體積龐大的脫硫塔，具有設(shè)備體積小、質(zhì)量輕、運轉(zhuǎn)平
穩(wěn)、傳質(zhì)強度高、傳質(zhì)效率高等特點，且技術(shù)工藝簡單、能耗
低、副反應少、占地面積少、節(jié)省基建投資，當氣體中同時含
CO：與H2s時，可高選擇性的脫除氣體中的H ，并保留
CO：，減少有害氣體的排放?；厥章蔬_到99％，有效降低環(huán)境
污染。脫硫裝置每次維修時，更換填料所需費用比原塔節(jié)省
2O倍以上，更重要的是該技術(shù)利用離心力場的作用，氣液瞬
間反應，能充分吸收SO：，使脫硫效率顯著提高，排放尾氣
SO2質(zhì)量濃度達到300mg／m 以下。
目前超重力脫硫技術(shù)已在山東勝利油田河口采油廠渤
南集氣站、福建煉油化工有限公司、山西陽煤豐喜肥業(yè)(集
團)有限責任公司成功應用。豐喜集團在年產(chǎn)1O萬噸甲醇生
產(chǎn)中采用超重力位阻胺技術(shù)脫除變換氣中的H ，在變換氣
流量為65000mVh時，超重力反應器進口變換氣H 質(zhì)量濃
度為1200 mg／ms，出口為20 mg,'m ，裝置運行穩(wěn)定，能耗低，
溶液循環(huán)量小，每年可節(jié)電72000kW-h。與原脫硫塔相比，富
液再生時蒸汽消耗減少4t／h，全年節(jié)約蒸汽消耗帶來的效益
208萬元。在一次性投資上，超重力反應器比脫硫塔少用50
萬元，經(jīng)濟效益顯著。
硫酸工業(yè)中SO：年排放總量占全國總排放量的O．4％ ，
占化工行業(yè)排放總量的9．0％ ，是化工行業(yè)中較大的排放污
染源。硫酸廠尾氣SO：濃度一般為3000m~m ~5000m~m ，傳
統(tǒng)的氨吸收法處理技術(shù)大都采用篩板塔(泡沫塔)或復噴復
擋設(shè)備，由于設(shè)備復雜龐大，傳質(zhì)效果 (下轉(zhuǎn)第75頁)

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