1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供基于級(jí)間吸收分離的合成氣流化床制甲醇工藝，屬于煤化工領(lǐng)域。

2.

背景技術(shù)：

中、低壓合成甲醇是目前世界上普遍采用的先進(jìn)技術(shù)，按照催化劑反應(yīng)器形式可分為固定床、氣固流化床和三相漿態(tài)床三種。由于甲醇合成是強(qiáng)放熱反應(yīng)，對(duì)于固定床反應(yīng)器，由于移熱困難，為了保證反應(yīng)器不局部超溫，目前甲醇合成單程轉(zhuǎn)化率普遍不高，大約在10％-15％，合成器出口甲醇含量僅有3％-4％。為了解決局部超溫、實(shí)現(xiàn)等溫操作，國外也開發(fā)了超級(jí)轉(zhuǎn)化率甲醇固定床合成塔，單程轉(zhuǎn)化率40％左右，合成氣出口甲醇含量最高達(dá)到14％，但設(shè)備結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)甲醇的大規(guī)模生產(chǎn)。

對(duì)于流化床反應(yīng)器，傳熱傳質(zhì)性能優(yōu)良、移熱方便，反應(yīng)溫度易于控制，可實(shí)現(xiàn)等溫操作，允許甲醇合成具有較高的co單程轉(zhuǎn)化率，大大提高了反應(yīng)器出口甲醇含量，節(jié)約了大量的循環(huán)壓縮能耗，降低了甲醇合成的成本，但流化床反應(yīng)器全返混特性造成催化劑中毒失活快使用壽命短和反應(yīng)器出口氣流中夾帶的催化劑細(xì)粉末的脫除回收成為制約流化床甲醇合成的瓶頸。

采用多級(jí)串聯(lián)、級(jí)間分離合成的甲醇可以大大提高單程轉(zhuǎn)化率。如荷蘭twente工業(yè)大學(xué)提出的rispr工藝，采用4臺(tái)列管式固定床反應(yīng)器，每臺(tái)后面接一臺(tái)吸收塔，使用四甘醇二甲醚作為吸收溶劑，單程轉(zhuǎn)化率94％，實(shí)現(xiàn)了無循環(huán)反應(yīng)。但該工藝使用四甘醇二甲醚成本太高，難以應(yīng)用到甲醇流化床合成中，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；a(chǎn)。

本發(fā)明人申請(qǐng)的cn200810000619.7，一種甲醇流化床合成工藝采用二級(jí)或多級(jí)甲醇流化床反應(yīng)器串聯(lián)，級(jí)間采用離心吸收分離，底部洗滌段在洗滌水的作用下分離催化劑粉末，甲醇回收塔的吸收段采用低濃度的稀甲醇溶液吸收甲醇，甲醇反應(yīng)器取熱方便、溫度均勻，合成氣單程轉(zhuǎn)化率高。但稀甲醇溶液蒸餾回收甲醇能耗較高，催化劑粉末無害化處理過程會(huì)產(chǎn)生含重金屬二次有害廢水，制約了甲醇流化床合成工藝的工業(yè)化推廣。

選擇合適的反應(yīng)器組合，如何控制反應(yīng)溫度在合理范圍內(nèi)并充分利用甲醇合成反應(yīng)熱、提高合成氣單程轉(zhuǎn)化率和延長流化床合成甲醇的催化劑使用壽命以及降低過程能耗是提高合成氣制甲醇工藝競爭力的關(guān)鍵所在。

3.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有合成氣制甲醇技術(shù)存在的不足而提供基于級(jí)間吸收分離的合成氣流化床制甲醇工藝，通過甲醇固定床預(yù)反應(yīng)器解決流化床反應(yīng)器全混特性造成催化劑中毒失活快、使用壽命短的缺陷，分級(jí)反應(yīng)降低了流化床取熱管的取熱負(fù)荷，提高了流化床的有效反應(yīng)截面積；級(jí)間分段吸收分離脫甲醇效果好，大大促進(jìn)了甲醇化的正反應(yīng)，提高了合成氣單程轉(zhuǎn)化率；脫出甲醇匯集除雜蒸餾濃度高，能耗低，催化劑粉末無害化處理無含重金屬二次有害廢水。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明的目的是通過將合成氣固定床預(yù)反應(yīng)、流化床分級(jí)反應(yīng)調(diào)控取熱、級(jí)間分級(jí)吸收分離脫甲醇的轉(zhuǎn)化率、取熱管獨(dú)立斷開等技術(shù)集成來降低合成氣制甲醇的成本、能耗和投資，確保甲醇合成裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行。其特征是反應(yīng)系統(tǒng)采用甲醇固定床預(yù)反應(yīng)器與二級(jí)或多級(jí)串聯(lián)的甲醇流化床反應(yīng)器組成，將變換后co/h2為1:2的凈化合成氣通過甲醇固定床預(yù)反應(yīng)器后進(jìn)入一級(jí)帶有取熱管的甲醇流化床反應(yīng)器，部分co和/h2與粒度20～200μm的微粉甲醇催化劑在200-280℃和3.0-7.0mpa下，通過取熱管換熱發(fā)生均溫甲醇合成反應(yīng)，產(chǎn)品氣通過氣固分離器脫除催化劑后，經(jīng)過水冷器冷卻，進(jìn)入甲醇吸收分離塔；脫甲醇后產(chǎn)品氣在進(jìn)入后續(xù)各級(jí)帶有取熱管的甲醇流化床反應(yīng)器，重復(fù)上述過程；最后分離尾氣部分持放、部分加壓返回作為合成氣原料；吸收塔上段采用高沸點(diǎn)極性吸收劑吸收，富含甲醇吸收液降壓后進(jìn)閃蒸塔閃蒸回收甲醇；采用甲醇作為塔下段的吸收劑，吸收甲醇、脫除催化劑細(xì)粉；塔底部脫出甲醇匯集除雜后降壓進(jìn)入精餾系統(tǒng)分離得到甲醇；每級(jí)流化床合成甲醇過程中，冷卻水是先通過水冷器換熱后再進(jìn)入取熱管換熱產(chǎn)生中壓飽和蒸汽；水冷器后產(chǎn)品氣的溫度為30-100℃。

帶有取熱管的流化床反應(yīng)器內(nèi)上部設(shè)有氣固分離分離器，帶有翼閥的固體料腿伸入到催化劑料層中部，氣體出口伸出流化床反應(yīng)器；流化床反應(yīng)器頂部沿圓周設(shè)有均勻分布的取熱管，每支取熱管的冷卻水入口和高溫飽和水出口分別與冷取水管和汽包通過閥門獨(dú)立相連；取熱管為內(nèi)管底部連通、頂部封閉的套管結(jié)構(gòu)，中心管頂部進(jìn)冷卻水，環(huán)管頂部出高溫飽和水。

甲醇固定床預(yù)反應(yīng)器內(nèi)按合成氣反應(yīng)方向依次裝有精脫硫劑、脫氯劑、脫羰基鎳鐵劑和甲醇合成催化劑，固定床預(yù)反應(yīng)器為徑向床或軸向床反應(yīng)器。

甲醇吸收塔中間設(shè)有液體收集器，分為上下兩段；上段為高沸點(diǎn)極性吸收劑的吸收段，下段為甲醇吸收除雜段。

高沸點(diǎn)極性吸收劑為聚甲氧基二甲醚、乙二醇、丙三醇等中的一種或多種的混合物。

流化床反應(yīng)器可以是氣固流化床，也可以是三相漿態(tài)流化床。

本發(fā)明將實(shí)施例來詳細(xì)敘述本發(fā)明的特點(diǎn)。

4.附圖說明

附圖為本發(fā)明的工藝示意圖。

附圖的圖面設(shè)明如下：

1、一級(jí)帶有取熱管的流化床反應(yīng)器2、氣體分布器3、氣固分離器4、水冷器5、甲醇吸收塔6、液體收集器7、閃蒸塔8、取熱管9、二級(jí)帶有取熱管的流化床反應(yīng)器、10、三級(jí)帶有取熱管的流化床反應(yīng)器11、甲醇固定床預(yù)反應(yīng)器12、截止閥13、飽和蒸汽水包14、持放氣閥15.甲醇除雜16.甲醇精餾系統(tǒng)17.尾氣加壓壓縮機(jī)

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來詳述本發(fā)明的工藝特點(diǎn)。

5.具體實(shí)施方式

實(shí)施例，反應(yīng)系統(tǒng)采用甲醇固定床預(yù)反應(yīng)器(11)與二級(jí)或多級(jí)串聯(lián)的甲醇流化床反應(yīng)器組成，將變換后co/h2為1:2的凈化合成氣通過甲醇固定床預(yù)反應(yīng)器(11)后通過氣體分布器(2)進(jìn)入一級(jí)帶有取熱管的甲醇流化床反應(yīng)器(1)，部分co和/h2與粒度20～200μm的微粉甲醇催化劑在200-280℃和3.0-7.0mpa下，通過取熱管(8)換熱發(fā)生均溫甲醇合成反應(yīng)，產(chǎn)品氣通過氣固分離器(3)脫除催化劑后，經(jīng)過水冷器(4)冷卻，進(jìn)入甲醇吸收分離塔(5)；脫甲醇后產(chǎn)品氣在進(jìn)入后續(xù)各級(jí)帶有取熱管的甲醇流化床反應(yīng)器，重復(fù)上述過程；最后分離尾氣部分通過持放氣閥(14)排放、部分通過尾氣加壓壓縮機(jī)(17)加壓返回作為合成氣原料；甲醇吸收塔(5)上段采用高沸點(diǎn)極性吸收劑吸收，從液體收集器(6)排出的富含甲醇吸收液降壓后進(jìn)閃蒸塔(7)閃蒸回收甲醇；采用甲醇作為塔下段的吸收劑，吸收甲醇、脫除催化劑細(xì)粉；塔底部脫出甲醇匯集經(jīng)過甲醇除雜(15)后進(jìn)入精餾系統(tǒng)(16)；每級(jí)流化床合成甲醇過程中，冷卻水是先通過水冷器(4)換熱后再進(jìn)入取熱管(8)換熱產(chǎn)生中壓飽和蒸汽；水冷器(4)后產(chǎn)品氣的溫度為30-100℃。

帶有取熱管(8)的流化床反應(yīng)器內(nèi)上部設(shè)有氣固分離分離器(3)，帶有翼閥的固體料腿伸入到催化劑料層中部，氣體出口伸出流化床反應(yīng)器；流化床反應(yīng)器頂部沿圓周設(shè)有均勻分布的取熱管(8)，每支取熱管(8)的冷卻水入口和高溫飽和水出口分別通過截止閥(12)與冷取水管和汽包通過閥門獨(dú)立相連；取熱管(8)為內(nèi)管底部連通、頂部封閉的套管結(jié)構(gòu)，中心管頂部進(jìn)冷卻水，環(huán)管頂部出高溫飽和水。

甲醇固定床預(yù)反應(yīng)器(11)內(nèi)按合成氣反應(yīng)方向依次裝有精脫硫劑、脫氯劑、脫羰基鎳鐵劑和甲醇合成催化劑，固定床預(yù)反應(yīng)器為徑向床或軸向床反應(yīng)器。

甲醇吸收塔(5)中間設(shè)有液體收集器(6)，分為上下兩段；上段為高沸點(diǎn)極性吸收劑的吸收段，下段為甲醇吸收除雜段。

高沸點(diǎn)極性吸收劑為聚甲氧基二甲醚、乙二醇、丙三醇等中的一種或多種的混合物。

流化床反應(yīng)器可以是氣固流化床，也可以是三相漿態(tài)流化床

另外，該工藝還可通過增加或減少反應(yīng)分級(jí)的級(jí)數(shù)，主要是脫甲醇的級(jí)數(shù)，來適應(yīng)不同合成其原料組成的變化。

本發(fā)明所提供的基于級(jí)間吸收分離的合成氣流化床制甲醇工藝，通過甲醇固定床預(yù)反應(yīng)器逐層緩慢失活徹底脫除有害元素，保證進(jìn)入流化床反應(yīng)器的合成氣基本不攜帶硫氯和羰基鐵等有害成分，從而解決了流化床反應(yīng)器催化劑中毒失活快、使用壽命短的難題，流化催化劑使用壽命可達(dá)3年以上；分級(jí)反應(yīng)降低了流化床取熱管的取熱負(fù)荷，取熱管總截面積不到流化床截面積13％，確保了流化質(zhì)量，提高了流化床有效反應(yīng)區(qū)域；級(jí)間分級(jí)吸收脫甲醇，脫醇率高于99％，大大促進(jìn)了甲醇化的正反應(yīng)，co單程轉(zhuǎn)化率大于95％；富含甲醇的高沸點(diǎn)極性吸收液降壓閃蒸回收甲醇，分離能耗低；脫出甲醇匯集除雜蒸餾濃度高，蒸餾能耗與固定床反應(yīng)制得甲醇的相當(dāng)，催化劑粉末無害化處理無含重金屬二次有害廢水。相對(duì)現(xiàn)有固定床大比例循環(huán)制甲醇的工業(yè)化工藝，節(jié)能40％，節(jié)約投資30％，分級(jí)反應(yīng)提控取熱強(qiáng)度簡化了流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和加工，單支取熱管發(fā)生故障，只需切斷頂部截止閥，不影響生產(chǎn)安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行。