論英國戴維工藝與托普索工藝制甲醇工藝的不同之處

秦雪萍 袁川

【摘 要】甲醇是醇類中最簡單的飽和一元醇，它作為一種重要的化工基礎(chǔ)原料為大家所熟知，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在它又有一個全新的定義——清潔能源。目前來說甲醇不僅作為傳統(tǒng)的有機(jī)原料，消費(fèi)市場很大，而且在甲醇消費(fèi)的新興產(chǎn)業(yè)方面，世界各國都在陸續(xù)開發(fā)，開始形成了以甲醇為起點，制造基本有機(jī)原料產(chǎn)品、能源產(chǎn)品以及精細(xì)化工產(chǎn)品的全新的甲醇化工，從而促進(jìn)了全世界甲醇工業(yè)的迅速發(fā)展。而目前戴維和托普索工藝成了制造甲醇的首選工藝，戴維工藝主要適用于雨水多，水成本低的地區(qū)選用，像我國大陸主要采用戴維制甲醇工藝，而托普索適用于干旱，少雨，水成本較高的地區(qū)使用，中東地區(qū)主要選用托普索工藝，下面我們就對兩工藝的區(qū)別做一個探究。

【關(guān)鍵詞】甲醇;制造;托普索;戴維;選用;區(qū)別

概述：

甲醇作為四大基礎(chǔ)化工原料之一，制造工藝也有不同的區(qū)別，下面對戴維（重慶卡貝樂化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)85萬噸甲醇裝置）工藝與托普索（伊朗年產(chǎn)150萬噸甲醇EG項目）工藝的不同之處，做一個分析對比，如有不足之處望各位讀者糾正且海涵。

一、兩者主要工藝流程

1.1托普索工藝流程

天然氣配氣站→天然氣水汽分離罐→兩斷盤管升溫（380℃）→加氫脫硫→氧化鋅脫硫→飽和系統(tǒng)（進(jìn)出口換熱器、飽和塔、水汽分離罐、進(jìn)出口換熱器）→盤管（496℃）→預(yù)轉(zhuǎn)化→盤管（638℃）→一段轉(zhuǎn)化（739℃）→二段轉(zhuǎn)化→沸熱鍋爐→蒸汽加熱器→鍋爐水加熱器→分液罐→精餾三塔再沸器→分液罐→精餾一塔再沸器→分液罐→脫鹽水加熱器→轉(zhuǎn)化氣降溫風(fēng)機(jī)→最終水冷器→最終分液罐→合壓機(jī)→進(jìn)出口換熱器→合成塔進(jìn)出口換熱器→空冷器→水冷器→高壓分離罐（頂部氣體去合壓機(jī)循環(huán)段做功后與二段出口匯合）→低壓分離罐→粗甲醇罐→一塔二塔三塔精餾→二塔三塔采出→除三甲胺→精甲醇罐

1.2戴維工藝流程

天然氣配氣站→預(yù)脫硫→天然氣緩沖罐→天壓機(jī)→預(yù)熱器（325℃）→盤管（365℃）→加氫脫硫→ZNO脫硫→飽和塔→兩斷盤管（575℃）→預(yù)轉(zhuǎn)化→兩斷盤管（630℃）→轉(zhuǎn)化爐（878℃）→沸熱鍋爐→鍋爐水加熱器→三塔再沸器→分液罐→二塔再沸器→換熱器→最終分離罐→合壓機(jī)→合成塔進(jìn)出口換熱器→合成塔一→進(jìn)出口換熱器→水冷器→甲醇分離罐（合成塔二同理一塔高分進(jìn)循環(huán)段，二塔高分進(jìn)合成塔一）→粗甲醇罐→一塔二塔三塔精餾→二塔三塔采出→精甲醇罐

二、論兩套工藝制甲醇設(shè)備對比

2.1戴維相比于托普索

從上面兩套工藝流程可以看出，戴維工藝比托普索多出的設(shè)備有：多出了一套預(yù)脫硫裝置，多出了三臺中壓鍋爐給水泵，多出了一臺天然氣壓縮機(jī)，多出了一套二氧化碳系統(tǒng)（二氧化塔壓縮機(jī)）。

2.1.1多出脫硫裝置：天然氣中含有有機(jī)硫和無機(jī)硫，對天然氣的利用有了一定的限制，天然氣中的H2S本身就是一種有害雜質(zhì)，他的存在不僅會引起管道設(shè)備的腐蝕，對于轉(zhuǎn)化催化劑也是一種毒物，會影響催化劑的活性，而且在燃燒時會產(chǎn)生毒性很強(qiáng)的氣體（二氧化硫），污染環(huán)境，甚至危害人生安全。戴維的預(yù)脫硫主要脫出天然氣中的有機(jī)硫，和天然氣中含有的雜質(zhì)，主要采用氧化鋅對其有機(jī)硫以及雜質(zhì)進(jìn)行吸收。所以，由于戴維工藝較早的興起，增加了預(yù)脫硫裝置，這對甲醇裝置起到了一個重要的作用。但隨著近幾年來隨著脫硫技術(shù)的提升，天然氣在進(jìn)入用戶之前就進(jìn)行了脫硫，而且總硫含量也低于30ppm，脫出了前面大部分的有機(jī)硫，剩下的無機(jī)硫可以在后面的加氫脫硫工藝中脫去，所以后面的工藝逐漸省去了預(yù)脫硫裝置，但是戴維工藝增加的預(yù)脫硫，為前面脫硫不合格提供了一個穩(wěn)定的保障。

2.1.2多出的天然氣壓縮機(jī)：由于中國地區(qū)天然氣用戶較多，到界區(qū)只有14bar的壓力，達(dá)不到工藝生產(chǎn)所需壓力，也就是達(dá)不到合壓機(jī)入口壓力15bar，因為進(jìn)來的天然氣到合壓機(jī)有很長的管阻，再加上經(jīng)過轉(zhuǎn)化設(shè)備的壓降，達(dá)不到合壓機(jī)入口的條件，因此增加天然氣壓縮機(jī)提高天然氣壓力至32bar，從而滿足生產(chǎn)工藝條件。而托普索工藝，入口天然氣壓力高達(dá)50bar，除去壓降，管阻，到合壓機(jī)入口還有24bar，完全滿足工藝要求，所以省去了天然氣壓縮機(jī)。

2.1.3多出的中壓鍋爐給水泵：戴維采用的中壓鍋爐給水泵，為合成汽包提供所需的鍋爐水，而反觀托普索則是采用一臺高壓水泵，從中間一級抽出一部分加壓的鍋爐水至合成汽包，末端的水則去轉(zhuǎn)化高壓汽包，相比于戴維的工藝，托普索在給水泵這一塊做出了巨大的改變，同時也節(jié)約了建設(shè)成本和減小了占地面的等優(yōu)勢，但缺點則是如果泵出現(xiàn)故障備用泵未自啟，則會滿足不了汽包的持續(xù)上水要求，轉(zhuǎn)化負(fù)荷和合成負(fù)荷較高時有可能會因為上水量的不足引起全場跳車的風(fēng)險，嚴(yán)重還可能引起汽包干鍋對設(shè)備造成損壞。

2.1.4多出的二氧化碳系統(tǒng)：根據(jù)分析得知，戴維所增加的二氧化碳系統(tǒng)是針對天然氣中二氧化碳含量高而設(shè)計的，據(jù)調(diào)查內(nèi)地天然氣中co2的含量達(dá)到了7.77%，在戴維的要求和計算中得出需要控制合成系統(tǒng)的氫碳比為2.05，所以在天然氣轉(zhuǎn)化過程中，由于co2的含量較高，在裂解過程中會產(chǎn)生大量的co2，造成氫碳比的不平衡，所以戴維采用在轉(zhuǎn)化爐出口補(bǔ)入co2，一方面抑制co2的生成，讓更多的co生成，另一方面合理的調(diào)節(jié)了合成系統(tǒng)的氫碳比。而托普索工藝這邊，天然氣中co2含量只有0.89%，所以不需要co2系統(tǒng)，氫碳比則是由二段爐的氧氣和一段爐的溫度來進(jìn)行控制。

2.2托普索相比于戴維

2.2.1多出的除三甲胺裝置：在甲醇合成中，當(dāng)原料氣中氨的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.015g/m3時，化學(xué)反應(yīng)中便會伴有三甲胺的生成，由于混胺類多，堿值高，氨化值低，有利于甲醇副反應(yīng)的生成，增加了粗甲醇精餾過程的難度，此外三甲胺的存在還會造成許多甲醇下游產(chǎn)品的危害。所以托普索工藝在精甲醇采出后增加了一套離子交換系統(tǒng)，以便徹底脫出三甲胺。還有一個重要原因是，國外生產(chǎn)甲醇必須達(dá)到美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)，而國內(nèi)則不需要。

2.2.2多出二段爐分析：二段轉(zhuǎn)化允許一段爐有較高的甲烷殘余量，而剩余的則在二段爐加氧進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這就可以使一段爐在低水碳比，低溫，高壓的環(huán)境下操作，且操作條件較溫和。同時，由于溫度較低，所以一段轉(zhuǎn)化管所用材質(zhì)也會節(jié)約一定成本。二段爐加氧會放出大量熱，這部分熱量可以用來副產(chǎn)更多的蒸汽，可以滿足全場所有的動力輸出，此外對調(diào)節(jié)氫碳比多出了一種調(diào)節(jié)手段。最重要的一點是H2+1/2O=H2O所以據(jù)研究表明，二段爐中加入氧氣越多，工藝用水則越少，因為氧氣、甲烷、氫氣反應(yīng)之后會生成水。在中東地區(qū)，節(jié)約用水也是相當(dāng)重要，因為這些地方水的成本比天然氣還高，所以水耗能力也非常重要。

三、結(jié)論

這兩套工藝的整體生產(chǎn)過程基本都一樣，從某種意義上來講，其實托普索工藝更注重于水成本的消耗，所采用的飽和系統(tǒng)可以完全回收系統(tǒng)中所產(chǎn)生的工藝?yán)淠阂约熬s塔底廢液，這一設(shè)計是完全優(yōu)于戴維工藝，因為戴維工藝的工藝?yán)淠菏遣荒芡耆厥盏模瑥亩鴮?dǎo)致水成本的增加。而托普索所采用的二段轉(zhuǎn)化，變相的來說也是為了節(jié)約水的成本，可以將水碳比控制在1.8左右，同時也節(jié)約了燃料氣，降低了一段爐的負(fù)荷。還有從兩套裝置來講，戴維工藝基本都是采用水冷器，而反觀托普索工藝，基本都是采用風(fēng)冷，這也是針對水成本要求不一樣而設(shè)計的。所以得出結(jié)論，兩者工藝的不同主要取決于水耗的成本。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《重慶卡貝樂化工有限公司年產(chǎn)85萬噸甲醇裝置帶點控制工藝流程圖》

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[4]《大型頂燒式和側(cè)燒式轉(zhuǎn)化爐技術(shù)特點分析》宣辰光、董世達(dá)