戴維800Kt/a 甲醇裝置節能環保設計

王遠志

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

1 概述

戴維800Kt/a 甲醇裝置采用英國戴維的改良低壓甲醇技術，以CH4 含量為63.4%（體積分數）的天然氣作為原料，這套裝置的基本工藝流程為加氫脫硫、預轉化、轉化、壓縮、甲醇合成、PSA 氫氣回收、三塔精餾。本裝置從2010 年投產以來，不曾發生一例設備事故和安全事故。除了在設計上的安全可靠外，本裝置還有一大特點，就是環保與節能，裝置內大部分的廢氣廢水都能很好地循環再利用，節約了處理所需的藥品及費用，更避免了對環境的污染，同時，回收的廢氣更是降低了生產能耗。

2 廢氣的回收利用

本裝置的廢氣主要有精餾廢氣、變壓吸附尾氣、閃蒸氣等。若將這些廢氣全部進行就地排放或者排到火炬燃燒，都將造成資源的浪費和環境污染。在本裝置中，精餾廢氣通過燃氣噴射器與燃料天然氣一同組成高壓燃氣進入轉化爐進行燃燒。變壓吸附尾氣與閃蒸氣匯合，經低壓蒸汽換熱器加熱，組成低壓燃氣，以達到回收利用的目的。

2.1 精餾廢氣的回收利用

預精餾塔利用從轉化爐出來的轉化氣作為再沸器熱源，加熱產生的輕組分混合氣在塔頂空氣冷卻器的作用下，絕大部分氣體冷凝回流，一部分不凝氣聚集形成精餾廢氣。精餾廢氣主要由CO2、甲烷等組成。精餾廢氣組成如表1。

表1 精餾廢氣組成（體積分數%）

精餾廢氣流量為4kNm3/h，重新回收利用這部分廢氣，可以起到降低裝置能耗、保護環境的作用。

2.2 變壓吸附尾氣的回收利用

合成反應原料氣由H2、CO、CO2、CH4、N2等組成，在合成塔內主要進行如下反應：

其中，未參與反應的氣體進入變壓吸附系統，產生氫氣與尾氣。氫氣回收后再進入脫硫系統與合成系統，剩余的尾氣則作為低壓燃氣再利用。變壓吸附尾氣流量為36.24kNm3/h，因此，回收這部分尾氣是降低裝置能耗的重要一環。變壓吸附系統尾氣組成如表2。

表2 變壓吸附系統尾氣組成（體積分數%）

2.3 閃蒸氣的回收利用

合成反應生成的粗甲醇在大約0.5MPa 的壓力下減壓到閃蒸槽中，閃蒸出來的混合氣體即為閃蒸氣。閃蒸氣與變壓吸附尾氣一同組成低壓燃氣進入轉化爐燃燒。閃蒸氣的組成如表3 所示。

表3 閃蒸氣的組成（體積分數）

閃蒸氣的流量為4500Nm3/h，因此，回收這部分氣體對降低裝置能耗有重要意義。

3 廢水的回收利用

3.1 工藝冷凝液的回收利用

原料天然氣經過脫硫后，分段加入蒸汽，混合后進入轉化系統進行轉化反應。在本裝置中，進行轉化反應所需的水來自飽和塔、中壓蒸汽管網，如圖1 所示。

圖1 轉化系統蒸汽補充示意圖

飽和塔內汽提帶出的蒸汽是53t/t，預轉化爐前后加入的蒸汽量分別為94t/h、11t/h，脫硫天然氣流量為95kNm3/h。蒸汽與天然氣充分混合后進入預轉化爐和轉化爐，在鉬鎳催化劑的作用下進行如下反應：

原料氣發生轉化反應后生成轉化氣，經過一系列換熱裝置與轉化氣分離器，最終轉化氣流量為19.8kNm3/h。

95000m3/h 的原料氣進行轉化反應實際消耗的蒸汽量只有49t/h，剩余的106t/h 蒸汽經換熱后在各個轉化氣分離器中分離出來，匯入工藝冷凝液罐。

在其他多數類似裝置中，這部分冷凝液經過汽提后直接送入公用工程重新處理，這樣既浪費能源，又消耗藥品，而且還不環保。本裝置巧妙設計了飽和塔，對大部分冷凝液重新進行回收利用。飽和塔底循環水在換熱器內與合成汽包蒸汽進行換熱后，汽提產生的蒸汽與原料天然氣混合參加轉化反應。而工藝冷凝液罐剩余的一部分冷凝液則進入汽提塔，作為補充中壓蒸汽，在飽和塔后匯入原料天然氣中參與轉化反應。

3.2 合成反應水的回收利用

轉化氣經過壓縮機增壓，與來自氫氣回收系統產生的氫氣混合后，進入合成塔，在銅基催化劑的作用下主要發生如下反應：

在反應生成物中，除了甲醇還有乙二醚、乙醇、甲酸甲酯、丙酮、丁醇、二甲醚等多種雜質。從（2）反應中，我們可以發現，H2和CO2反應還有水生成。表4 為合成塔進出口各組分的含量。

通過以上數據，不難算出在95000Nm3/H 負荷時，合成反應生成的工藝水約為21t/h。

國內多數甲醇生產廠都是將這部分合成生產水直接送到公用工程處理。由于這部分合成水中含有大量的重組分物質，不僅處理難度大，而且還會耗費大量化學藥品并對環境造成污染。戴維裝置采用先進的設計理念，將這部分合成反應水回收到飽和塔中，飽和塔的熱量來自合成汽包蒸汽，經過換熱的飽和塔底水會產生蒸汽，攜帶著合成反應生成的重組分物質與中壓蒸汽混合后進入轉化爐，重組分物質在高溫下發生裂解反應，生成轉化反應所需的工藝氣體。

表4 合成塔進出口氣體各組分含量（體積分數）

3.3 側抽液的回收利用

為保證甲醇產品質量，本裝置在第三精餾塔的第三、五、七、九、十一層塔板處進行側抽。國內多數甲醇廠都是先將這部分側抽液儲存，當達到一定量后再進行集中處理，這樣的方式不僅存在儲存風險，而且在處理的過程中還將對環境造成污染。在側抽液中，還含有丙醇、丁醇等多碳醇物質，直接進行化學處理無疑是對有用物質的浪費。在戴維裝置中，直接將側抽液送入飽和塔，混合在飽和塔蒸汽中一同進入轉化爐發生裂解反應，反應生成的物質直接作為原料氣參與后續反應。這樣的設計，直接體現了戴維裝置的環保理念。

3.4 小結

通過對工藝冷凝液、合成反應水、側抽液的回收，大大節約了裝置生產所需要補充的脫鹽水，只要再補充約140t/h的脫鹽水，即可維持系統平衡。

4 結語

本文簡略介紹了戴維甲醇裝置在回收廢氣、廢水方面的節能環保設計，這些設計在降低能耗、節約資源、保護環境等方面都有重要意義，可供其他廠在進行技術改造時借鑒參考。