[发明专利]甲醇合成工艺

说明书

本发明涉及一种甲醇合成工艺，其特征在于水冷反应器中的换热管包括由多根第一换热管组成的第一换热管组和由多根第二换热管组成的第二换热管组；各第二换热管的换热面积占总换热面积的15～40％；各所述第一换热管的入口连接第一进水管，各所述第二换热管的入口连接第二进水管；所述第二进水管上设有阀门；原料气进入气冷反应器作为取热介质加热后进入水冷反应器进行一次甲醇合成反应，得到的一次反应气换热后进入气冷反应器进行二次甲醇合成反应；当一次反应气中甲醇含量≤10mol％时，逐步关闭第二进水管的控制阀，第二换热管组停止工作，仅第一换热管组工作。

技术领域

本发明涉及一种甲醇合成工艺，具体指一种甲醇合成工艺。

背景技术

甲醇合成是可逆的放热反应过程。对于铜基甲醇合成催化剂来说，反应温度需要维持在220℃～280℃之间，如果温度过低则催化剂没有活性无法反应，温度过高则影响催化剂的寿命和产品品质。因此，合成气在进行第一级甲醇合成反应之前，需要预热到催化剂的起活温度，反应后的气体需要及时移出反应热，为第二级甲醇合成反应创造适宜的温度条件。

第一级甲醇合成反通常为水冷反应器，既在催化剂床层内埋设换热管，甲醇合成时放出的反应热通过换热管内锅炉水的气化产生蒸汽移出。设置有水冷反应器的甲醇合成工艺，通常称之为等温甲醇合成工艺。

基于延长甲醇合成催化剂寿命考虑，水冷反应器在催化剂使用初期，反应温度一般控制在240℃～260℃之间，使用后期反应温度一般控制在260℃～280℃之间。在装置稳定运行时，通过换热管内锅炉水产生蒸汽移走的反应热是恒定的，但随着催化剂的老化，反应温度会由240℃缓慢上升到280℃，相对应换热管内锅炉水的温度从225℃缓慢升至270℃，锅炉水产生的蒸汽压力从2.7MPaG逐渐升至5.4MPaG。可以看出等温甲醇合成工艺温度区间跨度较大，所产出的蒸汽压力波动也很大。

随着甲醇合成装置的大型化和多系列化，富产的蒸汽量也越来越多，但现有的等温甲醇合成工艺始终无法解决蒸汽压力的波动及相关设备和管道工程投资增加等问题，主要体现如下：

(1)从设计压力考虑，由于换热管内所产蒸汽的压力在2.7MPaG～5.4MPaG之间波动，因此与其相关联的设备及管道均需要考虑较高的设计压力，否则无法满足催化剂后期5.4MPaG的蒸汽压力要求，同时设备及管道壁厚的增加推高了工程投资；

(2)从富产蒸汽考虑，催化剂后期虽然可以富产5.4MPaG的高品质蒸汽，但全厂蒸汽管网平衡却由催化剂初期的2.7MPaG蒸汽决定，在工程设计时只能将5.4MPaG的高品质蒸汽减压降级使用，不但需要增加与减压相关的管道阀件及自控仪表元件，而且还对全厂蒸汽管网造成一定冲击。

简而言之，甲醇合成反应器内的锅炉水系统的管道及设备均需要按照苛刻温度和压力来设计，同时催化剂后期所产出的中压蒸汽却在降级使用，从投资和全厂蒸汽管网平衡角度考虑均不够经济合理。

公布号为CN107162872A的中国专利公开了《一种低压甲醇合成工艺》，该甲醇合成反应器在反应床层内埋设换热管，甲醇合成在催化剂床层中进行，放出的反应热通过换热管内锅炉水移走。但存在催化剂后期富产蒸汽压力升高，与其相关联的设备及管道不得不按照后期蒸汽压力及温度进行设计，增加了工程投资；同时工艺系统在进行全厂蒸汽管网平衡设计时，只能按照催化剂初期较低的蒸汽压力及蒸汽品质进行设计，但在催化剂后期又对全厂蒸汽管网造成一定冲击。

第二级甲醇合成反应器通常为气冷反应器，目前该反应器与其上下游换热器没有高度集成，而是通过管道实现连接。随着甲醇合成技术的大型化和多系列化，甲醇合成反应器与换热器的分散布置，导致甲醇合成单元占地及管道长度均增加，同时管道长度的增加还会导致额外的热量损耗，不利于甲醇合成技术的大型化和节能化发展。