年产800kt甲醇装置合成系统优化

梁小焕

（中海石油建滔化工有限公司，海南东方 572600）

1 工艺流程简述

中海石油化学股份有限公司800kt/a 甲醇装置以天然气为原料，采用英国戴维低压甲醇合成工艺，合成系统采用两塔合成，合成系统的工艺流程见图1。

图1 合成系统流程图

工艺描述：从转化工段过来的新鲜气经合成气压缩机后，与氢回收装置所回收的氢气相混合，大约2/3新鲜气与来自第二甲醇分离器的循环气汇合后入第一合成塔反应，第一合成塔出口的合成气经过第一甲醇分离器分离出甲醇后与1/3新鲜气汇合后经过循环压缩机进入第二合成塔进行反应。合成气从第二合成塔出来后经过第二甲醇分离器分离出甲醇后，一部分作为驰放气进入氢回收装置回收氢气，另一部分进入第一反应器，如此形成一个循环回路，两个合成塔是串联的。

2 合成反应基本原理

甲醇合成反应是CO、CO2和H2在催化剂的作用下生成甲醇和水的化学反应。如（1）、（2）所示[1]，该反应为放热、体积缩小的反应。

3 系统优化

合成系统是装置的核心部分，它影响着装置的安全稳定运行与能耗走向。在实际生产中，合成系统的主要控制参数有控制温度、氢碳比等。如何根据合成反应机理并结合生产实际情况，调整优化各个工艺参数，达到最适宜的工艺条件和最大的经济效益，一直是各个企业不懈的追求。

本文以中海石油化学股份有限公司800kt/a 甲醇装置为主要研究对象，调整优化各个参数并综合评价优化效果，为合成系统的优化调整提供指导和参考。

3.1 控制温度优化

在日常操作中，温度是合成反应中的重要控制参数，控制温度的变化对粗甲醇产量的影响如表1所示。

表1 控制温度的变化对粗甲醇产量的影响

从表1可以看出，随着催化剂使用的时间延长，必须要提高合成塔进出口温度才能维持粗甲醇产量，这是因为温度升高使得分子的运动速度加快，反应速度加快。另外，提高控制温度能提高催化剂的活性，从而提高甲醇产量。但是温度的提高将加速铜晶粒长大的速度，使得催化剂比表面积减小而引起活性下降[2]，即加快活性衰退的速度。因此，提高温度可以提高粗甲醇的产量，但是提温过快也将导致催化剂活性下降过快，因此各装置应根据催化剂的使用和更换计划来进行温度的调整，以达到最大的效益。

3.2 氢碳比的优化

在合成回路中，CO、CO2和H2是合成甲醇的有效成分，氢碳比代表这些有效成分含量的比值，它的计算式为：

氢碳比=（H2-CO2）/（CO+CO2）

它的变化对合成反应有很大的影响。在前工况稳定的情况下，通过观察合成回路中组分的变化对粗甲醇产量的影响如表2所示。

表2 合成回路中组分的变化对粗甲醇产量的影响

从表2看出，随着氢碳比的升高，粗甲醇产量随之升高，但当氢碳比达到2.6左右时，粗甲醇含量反而下降能耗增加，这是因为在氢碳比较低的情况下，增加氢气量能使得回路中的CO和CO2得到充分的反应，生产的粗甲醇产量增加。但是氢碳比过高，就会导致回路中的H2不断的累积，多余的H2堵塞在催化剂表面，反而使得甲醇合成反应减少，导致粗甲醇产量下降。

另外，在甲醇二期装置，主要是通过调整氢回收单元的负荷来控制氢碳比的大小，氢碳比过大也使氢回收单元的负荷过大，会导致合成回路的压力下降，从而导致粗甲醇的产量下降。

3.3 工艺流程的优化

通过观察发现，甲醇二期装置在更换合成催化剂期间，每次钝化还原都需要很长的时间，大约需要140～160h，主要原因是，原设计的钝化还原流程是从第一甲醇分离器出口处加入钝化还原所需介质（空气或氢气），这就必须要先充分钝化还原第二合成塔才能钝化还原第一合成塔。在2015年经过技改，主要是在第二甲醇分离器出口处增加钝化还原管线（如图1中虚线所示），这样就使得两个塔可以同时进行钝化还原作业，整个钝化还原的时间缩短了一半，大约需要70～80h，极大缩短了开停车的时间，取得了很好的经济效益。

4 结语

通过对合成回路的观察调整发现，提高温度可以提高粗甲醇的产量，但是提温过快也将导致催化剂活性下降过快，因此应根据具体情况控制合成塔的提温速率；氢碳比控制在合理的范围内能起到节能降耗的效果；另外，通过适当的流程优化，也能大幅缩短开停车时间，增加经济效益。