甲醇弛放气提氢的节能新工艺
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刘卫平(山东红日阿康化工股份有限公司 临沂 276021) 2008-06-13
在目前的甲醇和合成氨装置中，对于弛放气提氢工段，所采用的工艺大致相同，即从合成来的弛放气经减压后进入提氢工段，经提氢后的有效气体再进入压缩工段加压后返回合成工段。在提氢过程中，气体经减压和加压的循环过程，从能耗的角度来讲，是不合理的，因此笔者提出了降低能耗的提氢新工艺。
1甲醇装置提氢工段现状
目前，国内甲醇生产装置的弛放气提氢工艺基本采用以下工艺路线：甲醇合成塔出来的气体，首先经过换热器降温后再进入甲醇分离器，分离甲醇后的气体一部分进入循环气压缩机，另一部分作为弛放气经减压后进入弛放气提氢工段，去除气体中的惰性气体，并把有效气体提出，进入原料气压缩机，加压后进入合成塔。主要工艺流程见图1。
提氢工段的主要目的是为了去除弛放气中以氮气为主的惰性气体，使有效气体能够循环利用，提高有效气的利用率，降低原料消耗。但目前的装置，无论采用膜提氢还是变压吸附提氢，都需要把合成塔出来的气体，经过甲醇分离器，醇分后的气体(压力约5.0MPa)一部分进入循环气压缩机，另一部分先减压至2.2MPa左右，再进入提氢装置，使通过提氢装置处理后出来的有效气压力约2.1MPa，从而便于这部分有效气体进入压缩机三段。这部分气体之所以减压，主要是由于原料气压缩机的要求，因为对于甲醇装置原料气的压缩，一般采用四段压缩，每段的入口压力分别约为0.02，0.25，0.9和2.0MPa。因此，对于提氢工段出来的有效气体，如果进入压缩四段入口，其气体压力应超过2.0MPa。
对于进入提氢工段的弛放气来说，气体在进入工段之前要减压，从提氢工段出来的气体要通过原料气压缩机加压后再进入合成塔，使弛放气中有效气体经过减压和加压过程，这从能耗方面来讲，是不合理的，势必造成能量的浪费。如果弛放气不经过减压过程，直接进入提氢工段，经提氢后出来的有效气如果进入压缩机四段进口，则压力太高，如果进入循环气压缩机，由于提氢装置阻力使提氢后气体压力下降，气体无法进入循环气压缩机。
2提氢工段的新工艺，
鉴于以上情况，对于如何在满足工艺要求的条件下，使弛放气无需经过减压和加压过程，降低提氢工段的能耗，笔者提出一种新工艺流程。
从甲醇合成塔出来的气体首先经过换热器降温后再进入甲醇分离器，分离甲醇后的气体(压力约5.0MPa)全部进入循环气压缩机，从循环气压缩机出来的气体(压力约5.4MPa)，一部分作为入塔气循环气经换热器进入合成塔，另一部分气体无需减压进入弛放气提氢工艺。经提氢后的气体(压力约5.0 MPa)进入循环气压缩机，从而既满足工艺要求，弛放气又无需减压和加压，达到降低能耗、简化流程的效果(图2)。
3新工艺方案的实施
从上述可知，对于弛放气提氢新工艺和原有工艺的主要区别在于操作压力不同，原工艺的操作压力为2.0MPa，新工艺的压力为5.0MPa，不同的压力等级对于如何实施新工艺提出了新的要求。
甲醇的弛放气提氢所采用的方式，目前国内主要有两种方式：变压吸附提氢和膜分离提氢。对于变压吸附提氢来说，它是利用分子筛对不同种类气体在某一时间内吸附容量的差别，结合加压吸附减压脱附的过程实现气体分离，目前国内应用装置采用压力基本为0.9MPa和2.0MPa，尚没有在5.0MPa状况下的操作装置，而且压力越高，对设备、工艺、材料等方面的要求相应越高，因此，在5.0MPa下，如果采用变压吸附方式，目前来看是不可行的。对于膜分离提氢来说，其原理是在一定压力条件下，利用不同种类气体在有机高分子膜中具有不同的渗透速率，从而将混合气体进行分离和提浓。目前在合成氨和甲醇装置中，膜分离提氢的操作压力多为2.0～3.0MPa，但从目前的膜分离技术来讲，在5.0MPa下进行弛放气提氢操作是完全可行的，用于分离的有机高分子膜耐受压力可达到10.0 MPa以上，因此从生产角度来讲，采用膜分离方式实施新工艺方案是完全可行的。
4新工艺方案实施中的特点及推广应用
首先，该新工艺的主要特点是节能，这也是提出该工艺的出发点。以100kt／a甲醇装置为例，如果采用原有工艺，假设弛放气量3300m3／h(标态)，提氢后有效气2300m3／h(标态)，则每小时有2300m3 (标态)气体先减压至2.0MPa，再经压缩机加压至5.4MPa进入合成工段，压差为3.4MPa。而新工艺则是将气体从5.0MPa升压至5.4MPa，压差0.4MPa。同样气量的气体，升压3.4MPa和升压0.4MPa的耗能差距是非常明显的。
其次，从工艺流程的比较来看，新工艺的提氢和压缩基本**开来，各装置**性更好，更便于各装置的布置和安装。操作也更加简洁，从而便于生产管理。
从推广应用方面来讲，合成氨装置和甲醇装置工艺上有许多相似之处，不过合成氨的压缩机一般采用六段压缩，压力高于甲醇的四段压缩，但在提氢工段的工艺方面，上述新工艺亦可在合成氨装置中应用。即可将提氢工段的压力提高到5.0MPa或更高，使提氢后的气体进入压缩机的五段入口，从而使进出提氢工段的气体无需较大程度的减压和升压，降低能耗。
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