一种利用低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统及包括其的甲醇生产系统的制作方法

[0001]
本实用新型属于甲醇制备技术领域，具体涉及一种低温甲醇洗非渗透气及煤或焦炉煤气制甲醇生产系统。


背景技术：

[0002]
利用合成气制备甲醇是目前煤制甲醇或焦炉煤气制甲醇的主要装置。现有技术中合成气制甲醇主要包括低温甲醇洗、甲醇反应合成及提纯等单元。低温甲醇洗单元中通过低温甲醇对原料气进行净化且甲醇能再生循环，甲醇反应合成单元将净化后的原料气在催化剂条件下合成甲醇，提纯单元采用闪蒸及精馏等结合将粗甲醇提纯。现有技术中合成气制甲醇装置的甲醇弛放气大部分采用膜分离回收氢气，回收氢气返回甲醇合成系统，而膜分离非渗透气由于氢碳比通常低于1.5，不能直接用于制取甲醇，均送去做燃料使用。而非渗透气含大量一氧化碳、二氧化碳，且还含有氢气，非渗透气压力高，直接减压作燃料是对资源的浪费。


技术实现要素：

[0003]
为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种低温甲醇洗非渗透气及煤或焦炉煤气制甲醇生产系统，通过低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制取合成气后再进一步制备甲醇，提高资源利用率。
[0004]
本实用新型包括以下技术方案：
[0005]
一种利用低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统，作为合成气制甲醇主装置的附属装置，包括：
[0006]
低温甲醇洗单元，包括第一换热器及通入有低温甲醇的吸收塔，第一换热器热源入口连接非渗透气进气管线，热源出口与吸收塔的气体入口连接，吸收塔的气体出口与第一换热器的冷源入口连接；
[0007]
甲醇合成单元，包括第二换热器、甲醇合成塔、冷却器及甲醇分离器，第一换热器的冷源出口连接第二换热器的冷源入口，第二换热器的冷源出口与甲醇合成塔的反应入口连接，甲醇合成塔的反应出口与第二换热器的热源入口连接，第二换热器的热源出口依次连接冷却器及甲醇分离器，甲醇分离器包括粗甲醇排放口及尾气排放口。
[0008]
根据本实用新型的利用低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统的一个具体方案，尾气排放口设置两股分流管线，其中一分流管线分流部分尾气作为燃烧气送入燃料管网，另一分流管线分流剩余尾气通入压缩机后与第二换热器的冷源入口管线回连汇合。
[0009]
根据本实用新型的利用低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统的一个具体方案，甲醇合成塔连接有汽包，将甲醇合成中产生的热量以蒸汽回收。
[0010]
根据本实用新型的利用低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统的一个具体方案，非渗透气管线经分流器分为两股进料分支，其中一进料分支与第一换热器的热源入
口连接，另一进料分支汇合至第一换热器的冷源出口管线。低温甲醇洗单元脱出非渗透气中二氧化碳后的合成气氢碳比(氢碳比＝(氢气含量-二氧化碳含量)/(二氧化碳含量+一氧化碳含量))需要满足甲醇合成对合成气氢碳比要求(通常大于等于2)。低温甲醇洗单元脱出膜分离非渗透气中二氧化碳的量是根据膜分离单元出来的非渗透气中氢碳比大小及非渗透气流量来确定的，当非渗透气中氢碳比越小，非渗透气流量越大，需要低温甲醇洗单元脱出的二氧化碳量越大，反之亦然。合成气氢碳比可通过改变两股进料分支的分流流量来实现。
[0011]
根据本实用新型的利用低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统的一个具体方案，吸收塔排液口连接至合成气制甲醇主装置的低温甲醇洗系统，用于将含有脱出的二氧化碳的低温甲醇液再生。
[0012]
根据本实用新型的利用低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统的一个具体方案，甲醇分离器的粗甲醇排放口连接至合成气制甲醇主装置的提纯单元，将粗甲醇提高纯度。
[0013]
本实用新型还包括一种煤或焦炉煤气制甲醇生产系统，包括第一甲醇生产系统及第二甲醇生产系统，第一甲醇生产系统为合成气制甲醇主装置，其产生的甲醇驰放气连接膜分离装置，膜分离装置产生的膜分离非渗透气连第二甲醇生产系统，第二甲醇生产系统为前述的利用低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统。
[0014]
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
[0015]
1、新增低温甲醇洗单元及甲醇合成单元，并对装置做适应性匹配改进，能够将膜分离非渗透气净化后进一步合成甲醇，不仅可以增加原甲醇装置的甲醇产量，同时降低非渗透气中一氧化碳和二氧化碳含量，减少非渗透气燃烧产生的碳排放，增加原甲醇装置的经济效益和环保效益；
[0016]
2、将新增加的低温甲醇洗单元及甲醇合成单元与现有技术的合成气制甲醇系统相结合，新增低温甲醇洗单元的低温甲醇循环再生等系统依托已有低温甲醇洗系统，粗甲醇处理依托已有的甲醇提纯系统，降低了整个装置的投资成本，充分发挥现有装置作用，进一步提升经济效益；
[0017]
3、通过优化进料流程，能够实现甲醇洗后的非渗透气中的氢碳比灵活调节，扩大了装置对于非渗透气性质的适应范围，保障了最终合成甲醇的转化效率。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本实用新型方式的技术方案，下面对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因为不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0019]
图1是实施例1的低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统的装置示意图；
[0020]
图2是实施例2的低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统的装置示意图；
[0021]
图中：1为第一换热器，2为吸收塔，3为非渗透气进气管线，4为第二换热器，5为甲醇合成塔，6为冷却器，7为甲醇分离器，8为汽包，9为压缩机。
具体实施方式
[0022]
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0024]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0025]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0026]
实施例1
[0027]
如图1所示，一种低温甲醇洗非渗透气及煤或焦炉煤气制甲醇生产系统，作为合成气制甲醇主装置即原甲醇装置的附属装置，本实用新型还包括将低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统与原甲醇装置相结合的煤制甲醇或者焦炉煤气制甲醇系统。原甲醇装置作为现有技术主要包括低温甲醇洗、甲醇反应合成及提纯等单元。低温甲醇洗单元中通过低温甲醇对原料气进行净化且甲醇能再生循环，甲醇反应合成单元将净化后的原料气在催化剂条件下合成甲醇，提纯单元采用闪蒸及精馏等结合将粗甲醇提纯。
[0028]
本实用新型的低温甲醇洗处理膜分离非渗透气制甲醇系统包括：
[0029]
新增低温甲醇洗单元，包括第一换热器1及通入有低温甲醇的吸收塔2，第一换热器热源入口连接非渗透气进气管线3，热源出口与吸收塔2的气体入口连接，吸收塔2的气体出口与第一换热器1的冷源入口连接；甲醇弛放气指的是现有技术中的原甲醇装置的排放尾气，甲醇驰放气进入膜分离单元被分离为两股气体，一股为渗透气，主要含氢气，送回现有的合成气甲醇合成装置；另一股为非渗透气，主要含氢气、一氧化碳和二氧化碳，非渗透气则进入第一换热器。
[0030]
新增甲醇合成单元，包括第二换热器4、甲醇合成塔5、冷却器6及甲醇分离器7；甲
醇合成塔5为主反应装置，通过装填有例如铜系催化剂将合成气转化为甲醇，该反应为放热反应，可释放大量热量，可选地，甲醇合成塔连接有汽包8，将甲醇合成中产生的热量以蒸汽回收；冷却器6可选为水冷器，将甲醇物流冷却；甲醇分离器7为气液分离器分离出液体粗甲醇及尾气；第一换热器1的冷源出口连接第二换热器4的冷源入口，第二换热器4的冷源出口与甲醇合成塔5的反应入口连接，甲醇合成塔的反应出口与第二换热器的热源入口连接，第二换热器4的热源出口依次连接冷却器6及甲醇分离器7，甲醇分离器7包括粗甲醇排放口及尾气排放口，优选地，尾气排放口设置两股分流管线，其中一分流管线分流部分尾气作为燃烧气送入现有的燃料管网，另一分流管线分流剩余尾气通入压缩机9后与第二换热器的冷源入口管线回连汇合。
[0031]
上述装置的具体实施方法如下，以50万吨/年煤制甲醇为例，原甲醇装置的甲醇驰放气连接膜分离装置，甲醇驰放气经过膜分离单元分离后的非渗透气压力约6.2mpa(g)，40℃，非渗透气流量10000nm3/h，非渗透气组成为：h2： 56％、n2：11％、ch4：4％、co：16.9％、co2：12％、ch3oh:0.1％，氢碳比约为1.5。
[0032]
膜分离出来的非渗透气从非渗透气管线3进入第一换热器1换热，温度降至约-30℃,然后进入吸收塔2，在吸收塔2中非渗透气中部分二氧化碳被从上部加入的来自现有低温甲醇洗装置的低温甲醇吸收，大约460nm3/h二氧化碳被吸收，吸收二氧化碳后的甲醇液从吸收塔底部排除，送至现有技术的低温甲醇洗装置再生。脱出二氧化碳后的合成气从吸收塔2顶部出来进入第一换热器 1换热，温度升至约20℃，压力约6.15mpa(g)，流量约为9540nm3/h，氢碳比约2。换热后的合成气与压缩机来的28600nm3/h循环气混合变成入塔气，入塔气进入第二换热器4与从甲醇合成塔5出塔气换热，换热后温度为195～ 225℃，然后进入甲醇合成塔5，甲醇合成出口气体温度为215～255℃，进入第二换热器4换热，换热后合成气温度为80～100℃，再经冷却器6冷却到温度约40℃，然后进入气液分离器7，分离出的粗甲醇液体流量约2786kg/h，甲醇浓度约91％，去原甲醇装置的提纯单元提纯。尾气压力约5.85mpa(g)，流量～32410nnm3/h，分为两部分，一部分作为循环气，流量28600nm3/h，经过压缩机9压缩返回甲醇系统循环；一部分作为燃料气，流量3810nm3/h，经压力控制后送燃料管网。甲醇合成塔通过汽包8副产饱和蒸汽流量约800kg/h，并入到原甲醇装置的副产蒸汽管网。
[0033]
该实施例中采用低温甲醇洗处理的非渗透气生产甲醇，与非渗透气作为燃料气相比，每年减少碳(折算成二氧化碳)排放～2.75万吨；每年副产甲醇～ 2万吨，每年副产蒸气6400吨。
[0034]
实施例2
[0035]
如图2所示，在实施例1装置的基础上，将非渗透气进气管线1经分流器分为两股进料分支，其中一进料分支与第一换热器1的热源入口连接，另一进料分支汇合至第一换热器1的冷源出口管线。通过改变两股进料分支的分流流量来改变合成气的氢碳比。
[0036]
本实施例的具体实施过程如下，以80万吨/年煤制甲醇为例，甲醇驰放气经过膜分离单元分离后的非渗透气压力约7.0mpa(g)，40℃，非渗透气流量 15000nm3/h，非渗透气组成为：h2：55％、n2：10％、ch4：4％、co：17％、 co2：14％，氢碳比约为1.32。
[0037]
膜分离出来的非渗透气分为两部分，一部分非渗透气，流量7000nm3/h，不经过第一换热器1和吸收塔2；一部分非渗透气，流量8000nm3/h，进入第一换热器1换热，温度降至
约-30℃,然后进入吸收塔2，在吸收塔2中非渗透气中大部分二氧化碳被从上部加入的来自已有低温甲醇洗装置的低温甲醇吸收，大约1040nm3/h二氧化碳被吸收，吸收二氧化碳后的甲醇液从吸收塔2底部排除，送已有低温甲醇洗装置再生。脱出二氧化碳后的非渗透气从吸收塔2 顶部出来进入第一换热器1换热，温度升至约20℃，压力约6.95mpa(g)，与另一股非渗透气混合，流量约为13960nm3/h，氢碳比约2，混合后合成气与压缩机9来的41880nm3/h循环气混合变成入塔气，入塔气进入第二换热器4与从甲醇合成塔5出塔气换热，换热后温度为195～225℃，然后进入甲醇合成塔 5，甲醇合成出口气体温度为215～255℃，进入第二换热器4换热，换热后合成气温度为80～100℃，再经冷却器6冷却到温度约40℃，然后进入甲醇分离器7，分离出的粗甲醇液体流量约4328kg/h，甲醇浓度约91％，去原甲醇装置的闪蒸槽。尾气压力约6.75mpa(g)，流量约46890nm3/h，分为两部分，一部分作为循环气，流量41880nm3/h，经过压缩机9压缩返回甲醇系统循环；一部分作为燃料气，流量5010nm3/h，经压力控制后送燃料管网。甲醇合成塔副产饱和蒸汽流量约900kg/h，并入到原甲醇装置副产蒸汽管网。
[0038]
该实施例中采用低温甲醇洗处理的非渗透气生产甲醇，与非渗透气作为燃料气相比，每年减少碳(折算成二氧化碳)排放约4.26万吨；每年副产甲醇约 3.1万吨，每年副产蒸气7200吨。
[0039]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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