论英国戴维工艺与托普索工艺制甲醇工艺的不同之处

秦雪萍 袁川

【摘 要】甲醇是醇类中最简单的饱和一元醇，它作为一种重要的化工基础原料为大家所熟知，随着科技的发展，现在它又有一个全新的定义——清洁能源。目前来说甲醇不仅作为传统的有机原料，消费市场很大，而且在甲醇消费的新兴产业方面，世界各国都在陆续开发，开始形成了以甲醇为起点，制造基本有机原料产品、能源产品以及精细化工产品的全新的甲醇化工，从而促进了全世界甲醇工业的迅速发展。而目前戴维和托普索工艺成了制造甲醇的首选工艺，戴维工艺主要适用于雨水多，水成本低的地区选用，像我国大陆主要采用戴维制甲醇工艺，而托普索适用于干旱，少雨，水成本较高的地区使用，中东地区主要选用托普索工艺，下面我們就对两工艺的区别做一个探究。

【关键词】甲醇;制造;托普索;戴维;选用;区别

概述：

甲醇作为四大基础化工原料之一，制造工艺也有不同的区别，下面对戴维（重庆卡贝乐化工有限责任公司年产85万吨甲醇装置）工艺与托普索（伊朗年产150万吨甲醇EG项目）工艺的不同之处，做一个分析对比，如有不足之处望各位读者纠正且海涵。

一、两者主要工艺流程

1.1托普索工艺流程

天然气配气站→天然气水汽分离罐→两断盘管升温（380℃）→加氢脱硫→氧化锌脱硫→饱和系统（进出口换热器、饱和塔、水汽分离罐、进出口换热器）→盘管（496℃）→预转化→盘管（638℃）→一段转化（739℃）→二段转化→沸热锅炉→蒸汽加热器→锅炉水加热器→分液罐→精馏三塔再沸器→分液罐→精馏一塔再沸器→分液罐→脱盐水加热器→转化气降温风机→最终水冷器→最终分液罐→合压机→进出口换热器→合成塔进出口换热器→空冷器→水冷器→高压分离罐（顶部气体去合压机循环段做功后与二段出口汇合）→低压分离罐→粗甲醇罐→一塔二塔三塔精馏→二塔三塔采出→除三甲胺→精甲醇罐

1.2戴维工艺流程

天然气配气站→预脱硫→天然气缓冲罐→天压机→预热器（325℃）→盘管（365℃）→加氢脱硫→ZNO脱硫→饱和塔→两断盘管（575℃）→预转化→两断盘管（630℃）→转化炉（878℃）→沸热锅炉→锅炉水加热器→三塔再沸器→分液罐→二塔再沸器→换热器→最终分离罐→合压机→合成塔进出口换热器→合成塔一→进出口换热器→水冷器→甲醇分离罐（合成塔二同理一塔高分进循环段，二塔高分进合成塔一）→粗甲醇罐→一塔二塔三塔精馏→二塔三塔采出→精甲醇罐

二、论两套工艺制甲醇设备对比

2.1戴维相比于托普索

从上面两套工艺流程可以看出，戴维工艺比托普索多出的设备有：多出了一套预脱硫装置，多出了三台中压锅炉给水泵，多出了一台天然气压缩机，多出了一套二氧化碳系统（二氧化塔压缩机）。

2.1.1多出脱硫装置：天然气中含有有机硫和无机硫，对天然气的利用有了一定的限制，天然气中的H2S本身就是一种有害杂质，他的存在不仅会引起管道设备的腐蚀，对于转化催化剂也是一种毒物，会影响催化剂的活性，而且在燃烧时会产生毒性很强的气体（二氧化硫），污染环境，甚至危害人生安全。戴维的预脱硫主要脱出天然气中的有机硫，和天然气中含有的杂质，主要采用氧化锌对其有机硫以及杂质进行吸收。所以，由于戴维工艺较早的兴起，增加了预脱硫装置，这对甲醇装置起到了一个重要的作用。但随着近几年来随着脱硫技术的提升，天然气在进入用户之前就进行了脱硫，而且总硫含量也低于30ppm，脱出了前面大部分的有机硫，剩下的无机硫可以在后面的加氢脱硫工艺中脱去，所以后面的工艺逐渐省去了预脱硫装置，但是戴维工艺增加的预脱硫，为前面脱硫不合格提供了一个稳定的保障。

2.1.2多出的天然气压缩机：由于中国地区天然气用户较多，到界区只有14bar的压力，达不到工艺生产所需压力，也就是达不到合压机入口压力15bar，因为进来的天然气到合压机有很长的管阻，再加上经过转化设备的压降，达不到合压机入口的条件，因此增加天然气压缩机提高天然气压力至32bar，从而满足生产工艺条件。而托普索工艺，入口天然气压力高达50bar，除去压降，管阻，到合压机入口还有24bar，完全满足工艺要求，所以省去了天然气压缩机。

2.1.3多出的中压锅炉给水泵：戴维采用的中压锅炉给水泵，为合成汽包提供所需的锅炉水，而反观托普索则是采用一台高压水泵，从中间一级抽出一部分加压的锅炉水至合成汽包，末端的水则去转化高压汽包，相比于戴维的工艺，托普索在给水泵这一块做出了巨大的改变，同时也节约了建设成本和减小了占地面的等优势，但缺点则是如果泵出现故障备用泵未自启，则会满足不了汽包的持续上水要求，转化负荷和合成负荷较高时有可能会因为上水量的不足引起全场跳车的风险，严重还可能引起汽包干锅对设备造成损坏。

2.1.4多出的二氧化碳系统：根据分析得知，戴维所增加的二氧化碳系统是针对天然气中二氧化碳含量高而设计的，据调查内地天然气中co2的含量达到了7.77%，在戴维的要求和计算中得出需要控制合成系统的氢碳比为2.05，所以在天然气转化过程中，由于co2的含量较高，在裂解过程中会产生大量的co2，造成氢碳比的不平衡，所以戴维采用在转化炉出口补入co2，一方面抑制co2的生成，让更多的co生成，另一方面合理的调节了合成系统的氢碳比。而托普索工艺这边，天然气中co2含量只有0.89%，所以不需要co2系统，氢碳比则是由二段炉的氧气和一段炉的温度来进行控制。

2.2托普索相比于戴维

2.2.1多出的除三甲胺装置：在甲醇合成中，当原料气中氨的体积分数达到0.015g/m3时，化学反应中便会伴有三甲胺的生成，由于混胺类多，碱值高，氨化值低，有利于甲醇副反应的生成，增加了粗甲醇精馏过程的难度，此外三甲胺的存在还会造成许多甲醇下游产品的危害。所以托普索工艺在精甲醇采出后增加了一套离子交换系统，以便彻底脱出三甲胺。还有一个重要原因是，国外生产甲醇必须达到美国联邦标准，而国内则不需要。

2.2.2多出二段炉分析：二段转化允许一段炉有较高的甲烷残余量，而剩余的则在二段炉加氧进行转化，这就可以使一段炉在低水碳比，低温，高压的环境下操作，且操作条件较温和。同时，由于温度较低，所以一段转化管所用材质也会节约一定成本。二段炉加氧会放出大量热，这部分热量可以用来副产更多的蒸汽，可以满足全场所有的动力输出，此外对调节氢碳比多出了一种调节手段。最重要的一点是H2+1/2O=H2O所以据研究表明，二段炉中加入氧气越多，工艺用水则越少，因为氧气、甲烷、氢气反应之后会生成水。在中东地区，节约用水也是相当重要，因为这些地方水的成本比天然气还高，所以水耗能力也非常重要。

三、结论

这两套工艺的整体生产过程基本都一样，从某种意义上来讲，其实托普索工艺更注重于水成本的消耗，所采用的饱和系统可以完全回收系统中所产生的工艺冷凝液以及精馏塔底废液，这一设计是完全优于戴维工艺，因为戴维工艺的工艺冷凝液是不能完全回收的，从而导致水成本的增加。而托普索所采用的二段转化，变相的来说也是为了节约水的成本，可以将水碳比控制在1.8左右，同时也节约了燃料气，降低了一段炉的负荷。还有从两套装置来讲，戴维工艺基本都是采用水冷器，而反观托普索工艺，基本都是采用风冷，这也是针对水成本要求不一样而设计的。所以得出结论，两者工艺的不同主要取决于水耗的成本。

参考文献：

[1]《工业甲醇中三甲胺的控制论文》贾瑞博

[2]《重庆卡贝乐化工有限公司年产85万吨甲醇装置带点控制工艺流程图》

[3]《重庆卡贝乐化工有限公司年产85万吨甲醇装置操作规程》

[4]《大型顶烧式和侧烧式转化炉技术特点分析》宣辰光、董世达