樊玉海

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甲醇合成系統(tǒng)氫回收裝置的系統(tǒng)應(yīng)用及改進(jìn)

樊玉海

摘要同煤廣發(fā)60萬噸/年甲醇項(xiàng)目中由于采用了合成氣循環(huán)利用技術(shù)，因此造成了惰性氣體在系統(tǒng)中的大量累積，不僅影響反應(yīng)速率，降低催化合成效率，同時(shí)也增大合成壓縮機(jī)能耗高的問題。通過分析計(jì)算，采用增加一組膜分離法改進(jìn)氫回收裝置，降低了能耗，提高了粗甲醇含量。

關(guān)鍵字甲醇合成；氫回收；膜分離技術(shù)

0　引言

同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司以煤為原料，采用殼牌氣化爐生產(chǎn)粗煤氣，粗煤氣經(jīng)過變換裝置、低溫甲醇洗裝置生產(chǎn)出指標(biāo)合格的合成氣，進(jìn)入托普索合成裝置進(jìn)行甲醇合成。生產(chǎn)過程中能耗、合成效率、產(chǎn)量以及粗甲醇含量直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

由于合成裝置的單程轉(zhuǎn)化率較低，為了有效利用合成氣，所以采用了合成氣循環(huán)利用技術(shù)，故而造成合成氣中的惰性成分在系統(tǒng)中不斷累積，這樣不僅會(huì)影響反應(yīng)速率，也會(huì)造成能耗大，浪費(fèi)大的后果。如果直接采取放空的方式除去系統(tǒng)中的惰性氣體，那么不可避免將會(huì)造成有效成分的浪費(fèi)，所以采用了氫回收技術(shù)。氫回收裝置就是為了將惰性氣體分離并將有效成分H2進(jìn)行回收。此法不僅降低了能耗，同時(shí)也提高了甲醇產(chǎn)量，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

本文通過對(duì)氣體組分的分析，提出在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下改進(jìn)氫回收裝置，通過理論計(jì)算、分析，進(jìn)氣壓力、溫度完全符合氫氣回收裝置的設(shè)計(jì)要求，回收氫氣（快氣）壓力、溫度及含量滿足工藝要求，并入合成新鮮氣，提高了甲醇合成效率[1]。

1　氫回收裝置改造背景

1.1氫回收裝置的主要設(shè)備、工作原理

氫回收裝置的主要設(shè)備為膜組件，公司所用膜組件為美國孟山都公司所產(chǎn)的prism膜分離器，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，操作壓力7 MPa～8 MPa。從循環(huán)氣中分離一部分進(jìn)入氫氣分離裝置分離器除去水份，再進(jìn)入預(yù)熱器加熱到75℃，以保證進(jìn)入膜組中的剩余水份高于露點(diǎn)，最后氣體進(jìn)入膜分離器進(jìn)行分離[2]。

1.2氫回收裝置目前存在的問題

通過研究國內(nèi)大型甲醇廠合成運(yùn)行狀狀況分析，合成甲醇過程中，普遍存在著類似的問題，即：回收氫氣率基本在80%，合成氫碳比低于2.05。因此，在這種工藝狀況下，造成大量有效氣體氫氣的放空浪費(fèi)及合成效率低的結(jié)果[3]。目前本單位運(yùn)行中，最大的問題是分離效率降低，大量有效氣體氫氣排空。氣體預(yù)熱器加熱速度慢且不保證進(jìn)氣溫度高于露點(diǎn)，這將造成膜組的分離效率，而且對(duì)中空纖維膜造成損壞。

由圖1可知隨著氫碳比的增大，甲醇產(chǎn)量隨之增大。根據(jù)改進(jìn)前的工藝數(shù)擾分析，公司合成氣氫碳比一直低于2.05，最低值達(dá)到1.85，同時(shí)CO2含量偏低，在這種工況下，合成反應(yīng)的效率較低。只有增大氫氣組分的含量，才能使氫碳比高于2.05。

圖1不同H/C比下甲醇產(chǎn)量隨壓力的變化趨勢(shì)圖

2　優(yōu)化方法

目前回收氫氣的方法主要有深冷法、PSA法、膜分離法三種。深冷法即傳統(tǒng)的低溫分離，這種方法是利用進(jìn)料各給分的沸點(diǎn)溫度差達(dá)到分離效果，它的特點(diǎn)是投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。PSA法即變壓吸咐法就是在較高壓下吸附，在較低壓力下解吸，它可以生產(chǎn)高純度的氫氣。膜分離法是一種高新技術(shù)，具有投資小、占地少、能耗低、操作簡單方便等特點(diǎn)。綜合考慮本公司回收的氫氣純度要求不高，馳放氣壓力8 MPa，完全符合膜分離法要求，以及投資、操作等因素，仍采用膜分離法再次分離并回收廢氣中的氫氣。考慮到盡量利用原有膜組設(shè)備，降低改造成本。在不改變?cè)心そM的情況下，增加一組膜分離器，同時(shí)增加一臺(tái)換熱器（為防止中空纖維膜進(jìn)液，提高進(jìn)氣溫度至90℃），將第一組膜分離器的非滲透氣進(jìn)行再次分離處理，將回收的高純度氫氣并入原滲透氣管線，送回循環(huán)氣壓縮機(jī)入口，從而可以提高氫氣的回收率。增加的氫氣含量有助于調(diào)整氫碳比到2.05，同時(shí)可以降低合成系統(tǒng)壓力，減少能耗，提高產(chǎn)量。基于這種思路，通過分析研究膜分離技術(shù)的裝置的工藝條件的適用性裝置成本，選用大連化學(xué)物量研究所研制天邦公司生產(chǎn)的中空纖維膜來優(yōu)化我公司氫氣回收工藝。對(duì)比各種氣體分離技術(shù)，中空纖維膜分離技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，工藝可靠，操作壓力0.5 Mpa－14 Mpa，完全適用于我公司工藝條件，而且投次成本低，多生產(chǎn)的甲醇一年就可收回投入。

圖2氫回收改造工藝流程圖

圖3氫回收膜分離器現(xiàn)場圖

3.1改造前后工藝條件變化

中圖分類號(hào)TQ223.12+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1000-4866（2016）02-0029-03