神木化工60万吨/年甲醇生产及产品质量控制情况

一、装置概况

    神木化工年产60万吨甲醇项目共有两套生产装置，分期建设完成。一期年产20万吨甲醇装置于2003年开工建设，2005年10月建成投产；二期年产40万吨甲醇装置于2006年开工建设，2008年8月建成投产。两套装置均由天辰设计院与华陆工程共同设计。

二、工艺配置及工艺指标控制

1.制气

    两套装置均采用德士古水煤浆加压气化工艺。其原理是将水煤浆与气化剂（纯氧）通过装在气化炉顶的工艺烧嘴喷入高温气化炉内进行快速气化反应得到产物粗煤气，粗煤气经气化炉激冷室、碳洗塔洗涤降温（<215℃）后送往变换工序。

运行工艺指标：

气化炉操作压力 3.8MPa     气化炉操作温度 1350℃

合成气组成％（v/v）       

CO          44.6           O2 + Ar      0.12

H2          34.9            N2          0.8

CO2        19.4            H2S         0.11

CH4         0.07

渣中残碳％（m/m）  30.2

碳转化率％          >95

冷煤气效率%        >71

2.气体净化

    粗煤气经高温耐硫变换工序，回收余热及部分水，根据合成新鲜气氢碳比的要求（最佳氢碳比＝（H2－CO2）/(CO+CO2)＝2.05～2.15 ），部分一氧化碳通过变换炉转化为氢气和二氧化碳。变换气中含有大量二氧化碳、硫化氢等酸性气体，对甲醇合成有害或无用，在净化工序脱除。

    一期年产20万吨甲醇装置气体净化采用南化院的NHD脱硫脱碳工艺，后置高温有机硫水解、活性炭干法脱硫，净化气总硫含量控制< 0.1ppm 、CO2≤3.5% ，净化气满足气体合成甲醇的要求。

    二期年产40万吨甲醇装置气体净化采用大连理工大学的低温甲醇洗工艺，低温甲醇洗工艺是采用冷甲醇作为溶剂脱除酸性气体的物理吸收方法，在低温下，甲醇对CO2、H2S、COS 的溶解度较高，在3.1 MPa的压力下，1M3甲醇溶液能吸收160～180 M3 CO2，而1 M3 NHD溶剂仅能吸收40～55 M3 CO2， 吸收等量酸性气体时，低温甲醇溶液的循环量小 ，装置总能耗较低，其技术经济性优于NHD 工艺。经低温甲醇洗脱硫脱碳后的净化气指标控制为：总硫含量控制< 0.1ppm 、CO2≤3.0% 。
3.甲醇合成

    两套合成装置均采用气相低压合成甲醇技术，合成塔采用华东理工大学的专利技术绝热等温甲醇合成反应器。触媒采用南化院的C307甲醇合成催化剂。（主要成分由铜、锌、铝等氧化物组成，其中含CuO 54%～60% 、ZnO 20%～30%、A12O3 5%～10%、H2O 3%～6%）。

    运行指标控制为：操作温度210～270℃，操作压力5～5.6 MPa，空速8000～12000h-1，新鲜气H/C 2.05～2.15，合成塔入口气H/C 5.4～6.0，粗甲醇纯度≥94％。

4.北洋精馏

    两套装置的精馏工段均采用天津大学精馏技术研究中心的三加一塔流程，即预塔、加压塔、常压塔、汽提塔（回收塔），所得产品纯度较高，甲醇含量可达99.85％以上，产品质量达到美国联邦AA级标准及GB338-2004标准。

三、质量控制

1.粗甲醇质量控制

    甲醇合成中，除生成甲醇和水外，还生成许多微量有机杂质，如甲酸甲脂、甲酸乙脂、丙酮、丁酮、二甲醚、乙醇等。这些杂质的生成，与合成甲醇的工艺条件有关。如反应温度、压力、空速、催化剂、反应气的组分异常变化以及催化剂中的微量杂质等的作用，都可能使合成反应偏离主反应的方向，而增加甲醇中杂质含量。粗甲醇质量不好直接影响精馏工段的负荷，进而影响精甲醇产品的质量。

    ①甲醇合成温度的控制：甲醇合成温度过高，高级醇及烃类副产物就会增加；合成温度过低，多有石蜡等副产物产生。最佳反应温度控制在220～250℃。

    ②控制好循环气体中的含醇量，入塔气体中含醇量越低（控制<0.41％），越有利于合成甲醇反应地进行，也可以避免高级醇等副产物的生成。

    ③触媒老化粉化，触媒粉及粗甲醇管道设备由于吹扫、清洗不干净而残存的机械杂质随粗甲醇进入精馏工段，会影响产品的蒸发残渣及色度。

2.精甲醇质量控制

    甲醇蒸馏工序的目的是脱除粗甲醇中的有机杂质和不易溶的气体、降低水分，制得符合标准得产品。

    ①精馏设备及管道、储罐大修后要吹扫、清洗干净，否则残存的机械杂质会导致产品的蒸发残渣超标、产品外观不合格。

    ②预塔精馏的质量控制

    预精馏塔脱除粗甲醇中以二甲醚、甲酸甲脂等为代表的沸点较低的轻馏分杂质以及粗甲醇中残余的溶解气体（CO、H2、N2等）。严格控制预塔塔釜温度、塔顶温度、放空气冷凝温度在一定范围内，保证萃取水量，才能保证轻组分的脱除。如果预塔操作不好，轻组分脱除效果差，就会导致主精馏塔采出的产品多项指标不合格。烷烃类轻组分超标，会导致产品水溶性及色度不合格；轻组分超标会导致产品中还原性杂质增加，氧化值不合格。

    ③主精馏塔（加压塔、常压塔）的质量控制

    主精馏塔主要脱除粗甲醇中沸点较高的重馏分杂质，产品的采出主要靠加压塔和常压塔，为了防止产品水含量超标，需要严格控制各温度指标及回流比（加压塔回流比2.0～3.0；常压塔回流比1.5～2.0），特别是回流比的控制，回流比小，会造成重组分上移，极易造成产品水分超标。另外，常压塔的设计进料口的位置要合适，精馏段要有足够的空间；塔中部的侧线采出是保证产品乙醇含量达标的重要手段（乙醇密度为0.7893g/cm3，沸点78.4℃）。

来源：中国化工报