阅读说明：本技术 一种高效甲醇合成系统 (High-efficient methyl alcohol synthesis system ) 是由 刘建国 于 2020-04-15 设计创作，主要内容包括：本发明属于煤化工技术领域,涉及一种高效甲醇合成系统包括一级合成单元、一级膜分离装置、三级合成单元以及二级膜分离装置,一级合成单元包括两个以上的甲醇合成塔,一种高效甲醇合成系统包括一级合成单元、二级合成单元、一级膜分离装置、三级合成单元以及二级膜分离装置,一级合成单元包括四个以上的甲醇合成塔。本发明将不同级数的合成塔和两级膜分离合理组合,根据合成能力大小确定优势合成工艺方案及合成塔个数及膜分离件数组合,经过膜分离的渗透气返回一级合成单元、二级合成单元或三级合成单元,实现甲醇合成超高效运行,气体单程转化率高,产品质量高,系统消耗低,实现甲醇合成系统的高产低耗。(The invention belongs to the technical field of coal chemical industry, and relates to a high-efficiency methanol synthesis system which comprises a primary synthesis unit, a primary membrane separation device, a tertiary synthesis unit and a secondary membrane separation device, wherein the primary synthesis unit comprises more than two methanol synthesis towers, the high-efficiency methanol synthesis system comprises the primary synthesis unit, the secondary synthesis unit, the primary membrane separation device, the tertiary synthesis unit and the secondary membrane separation device, and the primary synthesis unit comprises more than four methanol synthesis towers. The invention reasonably combines the synthesis towers with different stages and two-stage membrane separation, determines the dominant synthesis process scheme, the number of the synthesis towers and the number combination of the membrane separation according to the synthesis capacity, and returns the permeation gas subjected to membrane separation to the first-stage synthesis unit, the second-stage synthesis unit or the third-stage synthesis unit, thereby realizing the ultra-efficient operation of methanol synthesis, high gas conversion per pass, high product quality, low system consumption and high yield and low consumption of a methanol synthesis system.)

一种高效甲醇合成系统

技术领域

本发明属于甲醇合成技术领域，其涉及一种高效甲醇合成系统。

背景技术

甲醇是重要的碳一化工产品，是重要的基础有机化工原料，而甲醇的合成原料来源丰富，国外以天然气蒸汽转化造气合成甲醇为主，我国以煤制气合成甲醇为主。

目前，固定床合成甲醇的工艺，从反应器结构来看，有水冷管壳式合成塔、轴向水冷列管式塔、径向水冷列管式塔，径向U型水冷管式塔、U型气冷管塔，逆流气冷管塔、逆流管壳式气冷塔，逆流管束式气冷塔。工艺以各类反应器及附属换热设备、分离设备、动力机械组成合成工艺，就合成工艺现状看，合成催化剂进步大，合成气气质普遍好，现有的合成塔多数的单个合成塔产能小，或移热能力差，造成现有合成工艺的普遍的催化剂出力差，使用周期偏短，产品质量不高，工艺消耗大等大型化的一系列问题。

若要达到催化剂高活性以及长周期出力，合成系统高的转化率、高的产品质量、低的消耗，则必须考虑好的反应器及高效的分离换热设备合理优化的组合为新的合成工艺，以满足大型化、高效高质、低耗的目标。

发明内容

针对现有甲醇合成工艺中反应器偏小、单程转化率低、合成产品质量偏差，消耗高等问题，本发明提供一种高效甲醇合成系统，将膜分离与现有的甲醇合成系统相结合，对甲醇合成工艺以及膜分离进行优化组合，实现甲醇合成超高效运行，使得甲醇合成系统具有高产低耗、产品质量高、气体单程转化率高、系统消耗低、催化剂使用周期长、收率高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高效甲醇合成系统，包括一级合成单元、一级膜分离装置、三级合成单元以及二级膜分离装置；

所述一级合成单元依次与一级膜分离装置、三级合成单元和二级膜分离装置相连通；所述一级膜分离装置与一级合成单元相连通；所述二级膜分离装置分别与一级合成单元和三级合成单元相连通。

进一步的，所述一级合成单元包括新鲜气压缩机、新鲜气预热器、净化槽、一级循环气预热器、一级合成塔、一级分离器、一级水冷器、一级循环气压缩机、一级放空气加热器、一级合成塔汽包以及闪蒸槽；

所述三级合成单元包括三级合成气预热器、三级水冷器、三级分离器、二级放空气加热器、氢气压缩机、三级循环气压缩机、三级合成塔以及三级合成塔汽包；

所述一级合成塔上分别设置一级合成塔合成气入口、一级合成塔合成气出口、一级合成塔锅炉水入口以及一级合成塔蒸汽出口；

所述一级分离器上分别设置一级分离器入口、一级分离器顶部循环气出口以及一级分离器底部甲醇液出口；

所述三级合成塔上设置有三级合成塔合成气入口、三级合成塔合成气出口以及三级合成塔锅炉水入口以及三级合成塔蒸汽出口；

所述三级分离器上分别设置三级分离器入口、三级分离器顶部循环气出口以及三级分离器底部甲醇液出口；

所述新鲜气压缩机依次与新鲜气预热器、净化槽和一级合成塔合成气入口相连通；所述一级合成塔合成气出口一依次与新鲜气预热器、一级水冷器和一级分离器入口相连通；所述一级循环气预热器分别与一级合成塔合成气入口、一级合成塔合成气出口、一级循环气压缩机、新鲜气预热器和一级水冷器相连通；所述一级合成塔蒸汽出口经一级合成塔汽包的壳程与一级合成塔锅炉水入口相连通；所述一级分离器底部甲醇液出口与闪蒸槽相连通；所述一级分离器顶部循环气出口分别与一级循环气压缩机和一级放空气加热器相连通；所述一级放空气加热器与一级膜分离装置相连通；所述一级膜分离装置分别与新鲜气压缩机和三级合成气预热器相连通；所述三级合成气预热器依次与三级水冷器和三级分离器入口相连通；所述三级分离器顶部循环气出口分别与二级放空气加热器和三级循环气压缩机相连通；所述三级循环气压缩机与三级合成气预热器相连通；所述二级放空气加热器依次与二级膜分离装置、氢气压缩机和三级合成气预热器相连通；所述二级膜分离装置与新鲜气压缩机相连通；所述三级合成塔合成气出口与三级合成气预热器相连通；所述三级合成塔合成气入口与三级合成气预热器相连通；所述三级合成塔蒸汽出口经三级合成塔汽包的壳程与三级合成塔锅炉水入口相连通；所述三级分离器底部甲醇液出口与闪蒸槽相连通。

进一步的，所述一级合成单元是两个并联的甲醇合成塔，或三个并联的甲醇合成塔，或大于三个的甲醇合成塔。

进一步的，所述一级合成单元是大于三个的甲醇合成塔时，所述高效甲醇合成系统还包括二级合成单元；所述一级合成单元依次与二级合成单元、一级膜分离装置、三级合成单元与二级膜分离装置相连通；所述一级膜分离装置与一级合成单元相连通；所述二级膜分离装置与二级合成单元相连通。

进一步的，所述二级合成单元包括二级合成塔、二级合成气预热器、二级水冷器、二级分离器、二级循环气压缩机、二级合成塔汽包；

所述二级合成塔上分别设置二级合成塔合成气入口、二级合成塔合成气出口以及二级合成塔锅炉水入口以及二级合成塔蒸汽出口；

所述二级分离器上分别设置二级分离器入口、二级分离器顶部循环气出口以及二级分离器底部甲醇液出口；

所述净化槽上分别设置有净化槽新鲜气入口和净化槽新鲜气出口；

所述新鲜气压缩机经新鲜气预热器与净化槽新鲜气入口相连通；所述净化槽新鲜气出口分别与一级合成塔合成气入口和二级合成塔合成气入口相连通；所述一级合成塔合成气出口分别与一级循环气预热器和新鲜气预热器相连通；所述一级循环气预热器分别与一级合成塔合成气入口、一级水冷器和一级循环气压缩机相连通；所述新鲜气预热器经一级水冷器与一级分离器入口相连通；所述一级分离器顶部循环气出口分别与一级循环气压缩机和二级合成气预热器相连通；所述二级合成塔蒸汽出口经二级合成塔汽包的壳程后与二级合成塔锅炉水入口相连通；所述二级合成塔合成气出口依次经二级合成气预热器、二级水冷器与二级分离器入口相连通；所述二级分离器底部甲醇液出口与闪蒸槽相连通；所述二级分离器顶部循环气出口分别与二级循环气压缩机和一级放空气加热器相连通；所述二级循环气压缩机经二级合成气预热器与二级合成塔合成气入口相连通；所述一级放空气加热器依次经一级膜分离装置、三级合成气预热器与三级合成塔合成气入口相连通；所述三级合成塔合成气出口依次经三级合成气预热器、三级水冷器与三级分离器入口相连通；所述三级分离器顶部循环气出口依次经二级放空气加热器、二级膜分离装置和氢气压缩机和二级合成气预热器相连通。

进一步的，所述净化槽新鲜气出口与二级合成塔合成气入口之间设置有调节阀。

进一步的，所述一级合成塔为水冷管壳式合成塔。

进一步的，所述二级合成塔和三级合成塔均为水冷列管式或水冷螺旋管式合成塔。

进一步的，所述一级膜分离装置与二级膜分离装置均为中空纤维膜式分离装置。

本发明的有益效果是：

1、本发明中，根据实际生产，将多级甲醇合成单元与两级膜分离进行优化组合，使得分离后的富氢气返回一级合成单元中，通过循环氢降低合成的惰性气比例，使得一级合成塔中甲醇的合成高效运行，从而提高合成效率，同时膜分离后的惰性气体排出，降低一级合成塔反应的新鲜气中惰性气体，进一步提高合成气的转化率，最大限度的发挥催化剂的活性，降低能耗。

2、本发明，当一级合成单元包括两个或三个并联的甲醇合成塔时，甲醇合成系统包括一级合成单元、三级合成单元和两级膜分离，通过两级膜分离装置将富集的氢气循环返回合成单元，使得甲醇的合成高效运行，提高合成效率。

3、本发明，当一级合成单元包括四个以上并联的甲醇合成塔时，甲醇合成系统包括一级合成单元、三级合成单元和两级膜分离，增加二级合成单元来平衡一级合成的反应强度，净化后的合成气经二级合成塔以及二级膜分离装置后产生的渗透气(即富氢气)，降低一级排放惰性气体中夹带的氢气损耗，这些富氢气作为循环气返回一级合成塔中，提高合成塔中CO和CO₂的转化率，实现吨位产品的低能耗。

附图说明

图1为本发明提供的第一种基于膜分离装置的甲醇合成系统工艺图；

图2为本发明提供的第二种基于膜分离装置的甲醇合成系统工艺图；

其中：

1—新鲜气压缩机；2—一级循环气压缩机；3—二级循环气压缩机；4—二级分离器；41—二级分离器入口；42—二级分离器顶部循环气出口；43—二级分离器底部甲醇液出口；5—一级分离器；51—一级分离器入口；52—一级分离器顶部循环气出口；53—一级分离器底部甲醇液出口；6—一级水冷器；7—一级循环气预热器；8—二级合成气预热器；9—二级水冷器；10—一级放空气加热器；11—新鲜气预热器；12—一级合成塔汽包；13—闪蒸槽；14—二级合成塔汽包；15—一级膜分离装置；16—三级分离器；161—三级分离器入口；162—三级分离器顶部循环气出口；163—三级分离器底部甲醇液出口；17—三级水冷器；18—三级合成气预热器；19—三级合成塔汽包；20—二级放空气加热器；21—二级膜分离装置；22—氢气压缩机；23—调节阀；24—三级循环气压缩机；R0—净化槽；R01—净化槽新鲜气入口；R02—净化槽新鲜气出口；R1—一级合成塔；R11—一级合成塔合成气入口；R12—一级合成塔合成气出口；R13—一级合成塔锅炉水入口；R14—一级合成塔蒸汽出口；R2—二级合成塔；R21—二级合成塔合成气入口；R22—二级合成塔合成气出口；R23—二级合成塔锅炉水入口；R24—二级合成塔蒸汽出口；R3—三级合成塔；R31—三级合成塔合成气入口；R32—三级合成塔合成气出口；R33—三级合成塔锅炉水入口；R34—三级合成塔蒸汽出口。

具体实施方式

现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。

本发明提供的高效甲醇合成系统，包括一级合成单元、一级膜分离装置15、三级合成单元以及二级膜分离装置21；一级合成单元依次与一级膜分离装置15、三级合成单元和二级膜分离装置21相连通；一级膜分离装置15与一级合成单元相连通；二级膜分离装置21分别与一级合成单元和三级合成单元相连通。

本发明中，一级合成单元包括新鲜气压缩机1、新鲜气预热器11、净化R0、一级循环气预热器7、一级合成塔R1、一级分离器5、一级水冷器6、一级循环气压缩机2、一级放空气加热器10、一级合成塔汽包12以及闪蒸槽13；三级合成单元包括三级合成气预热器18、三级水冷器17、三级分离器16、二级放空气加热器20、氢气压缩机22、三级循环气压缩机24、三级合成塔R3以及三级合成塔汽包19。

本发明中，一级合成塔R1上分别设置一级合成塔合成气入口R11、一级合成塔合成气出口R12、一级合成塔锅炉水入口R13以及一级合成塔蒸汽出口R14；一级分离器5上分别设置一级分离器入口51、一级分离器顶部循环气出口52以及一级分离器底部甲醇液出口53；三级合成塔R3上设置有三级合成塔合成气入口R31、三级合成塔合成气出口R32以及三级合成塔锅炉水入口R33以及三级合成塔蒸汽出口R34；三级分离器16上分别设置三级分离器入口161、三级分离器顶部循环气出口162以及三级分离器底部甲醇液出口163。

新鲜气压缩机1依次与新鲜气预热器11、净化槽R0和一级合成塔合成气入口R11相连通；一级合成塔合成气出口R12一依次与新鲜气预热器11、一级水冷器6和一级分离器入口51相连通；一级循环气预热器7分别与一级合成塔合成气入口R11、一级合成塔合成气出口R12、一级循环气压缩机2、新鲜气预热器11和一级水冷器6相连通；一级合成塔蒸汽出口R14与一级合成塔汽包12的壳程入口相连通；一级合成塔汽包12的壳程出口与一级合成塔锅炉水入口R13相连通；一级分离器底部甲醇液出口53与闪蒸槽13相连通；一级分离器顶部循环气出口52分别与一级循环气压缩机2和一级放空气加热器10相连通；一级放空气加热器10与一级膜分离装置15相连通；一级膜分离装置15分别与新鲜气压缩机1和三级合成气预热器18相连通；三级合成气预热器18依次与三级水冷器17和三级分离器入口161相连通；三级分离器顶部循环气出口162分别与二级放空气加热器20和三级循环气压缩机24相连通；三级循环气压缩机24与三级合成气预热器18相连通；二级放空气加热器20依次与二级膜分离装置21、氢气压缩机22和三级合成气预热器18相连通；二级膜分离装置21与新鲜气压缩机1相连通；三级合成塔合成气出口R32与三级合成气预热器18相连通；三级合成塔合成气入口R31与三级合成气预热器18相连通；三级合成塔蒸汽出口R34经三级合成塔汽包19的壳程与三级合成塔锅炉水入口R33相连通；三级分离器底部甲醇液出口163与闪蒸槽13相连通。

一级合成单元是两个并联的甲醇合成塔，或三个并联的甲醇合成塔，或大于三个的甲醇合成塔。

一级合成单元是大于三个的甲醇合成塔时，高效甲醇合成系统还包括二级合成单元；一级合成单元依次与二级合成单元、一级膜分离装置15、三级合成单元与二级膜分离装置21相连通；一级膜分离装置15与一级合成单元相连通；二级膜分离装置21与二级合成单元相连通。

本发明中，二级合成单元包括二级合成塔R2、二级合成气预热器8、二级水冷器9、二级分离器4、二级循环气压缩机3、二级合成塔汽包14；二级合成塔R2上分别设置二级合成塔合成气入口R21、二级合成塔合成气出口R22以及二级合成塔锅炉水入口R23以及二级合成塔蒸汽出口R24；二级分离器4上分别设置二级分离器入口41、二级分离器顶部循环气出口42以及二级分离器底部甲醇液出口43；净化槽R0上分别设置有净化槽新鲜气入口R01和净化槽新鲜气出口R02；

新鲜气压缩机1经新鲜气预热器11与净化槽新鲜气入口R01相连通；净化槽新鲜气出口R02分别与一级合成塔合成气入口R11和二级合成塔合成气入口R21相连通；一级合成塔合成气出口R12分别与一级循环气预热器7和新鲜气预热器11相连通；一级循环气预热器7分别与一级合成塔合成气入口R11、一级水冷器6和一级循环气压缩机2相连通；新鲜气预热器11经一级水冷器6与一级分离器入口51相连通；一级分离器顶部循环气出口52分别与一级循环气压缩机2和二级合成气预热器8相连通；二级合成塔蒸汽出口R24经二级合成塔汽包14的壳程后与二级合成塔锅炉水入口R23相连通；二级合成塔合成气出口R22依次经二级合成气预热器8、二级水冷器9与二级分离器入口41相连通；二级分离器底部甲醇液出口43与闪蒸槽13相连通；二级分离器顶部循环气出口42分别与二级循环气压缩机3和一级放空气加热器10相连通；二级循环气压缩机3经二级合成气预热器8与二级合成塔合成气入口R21相连通；一级放空气加热器10依次经一级膜分离装置15、三级合成气预热器18与三级合成塔合成气入口R31相连通；三级合成塔合成气出口R32依次经三级合成气预热器18、三级水冷器17与三级分离器入口161相连通；三级分离器顶部循环气出口162依次经二级放空气加热器20、二级膜分离装置21和氢气压缩机22和二级合成气预热器8相连通。

本发明中，净化槽新鲜气出口R02与二级合成塔合成气入口R21之间设置有调节阀23。

本发明中，一级合成塔R1为水冷管壳式合成塔。二级合成塔R2和三级合成塔R3均为水冷列管式或水冷螺旋管式合成塔。一级膜分离装置15与二级膜分离装置21均为中空纤维膜式分离装置。

实施例1

参见图1，一种高效甲醇合成系统，包括一级合成单元、二级合成单元、一级膜分离装置15、三级合成单元以及二级膜分离装置21；新鲜气管路经加热、净化后分两路，一路经一级合成单元后送至一级合成单元和二级合成单元；另一路直接送至二级合成单元，经二级合成后送至二级合成单元和一级膜分离装置15，且经一级膜分离装置15后分别与新鲜气管路和三级合成单元相连通，并经三级合成单元和二级膜分离装置21与二级合成单元相连通。

本实施例中，一级合成单元包括新鲜气压缩机1、新鲜气预热器11、净化槽R0、一级循环气预热器7、一级合成塔R1、一级分离器5、一级水冷器6、一级循环气压缩机2、一级放空气加热器10、一级合成塔汽包12以及闪蒸槽13。

本实施例中，一级合成塔R1是四个并联的甲醇合成塔。

参见图1，本实施例中，二级合成单元包括二级合成塔R2、二级合成气预热器8、二级水冷器9、二级分离器4、二级循环气压缩机3和二级合成塔汽包14。

三级合成单元包括三级合成气预热器18、三级合成塔R3、三级合成塔汽包19、三级水冷器17、三级分离器16、二级放空气加热器20以及氢气压缩机22。

本实施例中，二级循环气压缩机3共有四个，具体实施时，二级循环气压缩机3是根据一级合成单元中甲醇合成塔的并联数决定的，一个甲醇合成塔对应一个二级循环压缩机3。

参见图1，本实施例中，净化槽R0上分别设置净化槽新鲜气入口R01以及净化槽新鲜气出口R02；一级合成塔R1上分别设置一级合成塔合成气入口R11、一级合成塔合成气出口R12、一级合成塔锅炉水入口R13以及一级合成塔蒸汽出口R14；一级分离器5上分别设置一级分离器入口51、一级分离器顶部循环气出口52以及一级分离器底部甲醇液出口53；二级合成塔R2上分别设置二级合成塔合成气入口R21、二级合成塔合成气出口R22以及二级合成塔锅炉水入口R23以及二级合成塔蒸汽出口R24；二级分离器4上分别设置二级分离器入口41、二级分离器顶部循环气出口42以及二级分离器底部甲醇液出口43；三级合成塔R3包括三级合成塔合成气入口R31、三级合成塔合成气出口R32以及三级合成塔锅炉水入口R33以及三级合成塔蒸汽出口R34；三级分离器16上分别设置三级分离器入口161、三级分离器顶部循环气出口162以及三级分离器底部甲醇液出口163。

本实施例中，一级合成塔R1为水冷管壳式合成塔，二级合成塔R2为水冷螺旋管合成塔，三级合成塔R3为水冷列管式合成塔。

具体的，本实施例中，新鲜气管路依次经新鲜气压缩机1和新鲜气预热器11后与净化槽新鲜气入口R01相连通，净化槽新鲜气出口R02分为两路，具体如下：

一路与一级合成塔合成气入口R11相连通，一级合成塔合成气出口R12又包括两个支路，一个支路经新鲜气预热器11、一级水冷器6与一级分离器入口51相连通，另一支路经一级循环气预热器7、一级水冷器6与一级分离器入口51相连通；一级分离器顶部循环气出口52分别与一级循环气压缩机2和二级合成气预热器8相连通；一级分离器底部甲醇液出口53与闪蒸槽13相连通；一级合成塔出口R14经一级合成塔汽包12的壳程与一级合成塔锅炉水入口R13相连通，一级合成塔汽包12的管程为冷却水，主要起到热交换的作用，控制一级合成塔R1中甲醇合成反应的温度，使得催化剂保持较大的限度催化能力；

另一路通过调节阀23后与二级合成塔合成气入口R21相连通；二级合成塔蒸汽出口R24经二级合成塔汽包14的壳程与二级合成塔锅炉水入口R23相连通；二级合成塔汽包14的管程为冷却水，主要是平衡二级合成塔R2中甲醇合成反应的温度，使得催化剂保持较大的限度催化能力；

二级合成塔合成气出口R22依次经二级合成气预热器8和二级水冷器9与二级分离器入口41相连通；二级分离器底部甲醇液出口43与闪蒸槽13相连通，二级分离器顶部循环气出口42分别与二级循环气压缩机3和放空气一级加热器10相连；并经二级循环气压缩机3后分为两路；一路经一级循环气压缩机2与一级循环气预热器7相连通；另一路经二级合成气预热器8与二级合成塔合成气入口R21相连通，放空气一级加热器10和一级膜分离装置15相连通；且经一级膜分离装置15后又分为两路，一路与新鲜气压缩机1相连通，另一路经三级合成气预热器18与三级合成塔合成气入口R31相连通；三级合成塔合成气出口R32依次经三级合成气预热器18和三级水冷器17与三级分离器入口161相连通；三级分离器底部甲醇液出口163与闪蒸槽13相连通；三级分离器顶部循环气出口162依次经二级放空气加热器20、二级膜分离装置21和氢气压缩机22后与二级合成气预热器8相连通；三级合成塔蒸汽出口R34经三级合成塔汽包19的壳程后与三级合成塔锅炉水入口R33相连通，三级合成塔汽包19的管程为冷却水，主要是平衡三级合成塔R3中甲醇合成反应的温度，使得催化剂保持较大的限度催化能力。

本实施例中，一级膜分离装置15和二级膜分离装置21均为管式膜，包括膜管以及置于膜管内的中空纤维膜，中空纤维丝的外径通常是500～600pum、内径为200～300pum,做成3米的纤维束装入耐高压金属壳体内并用胶封头，纤维束一端被密封，另一端用特殊配方的环氧树脂粘结在一起。

本实施例中，中空纤维膜采用普利森中空纤维膜。

本实施例中，净化槽R0内部有填料层，填装有脱铁剂和脱硫剂，主要用以除去进入新鲜气体中的硫和杂质金属；一级合成塔R1中设置催化剂为铜基催化剂。

本实施例中，一级合成塔汽包12、二级合成塔汽包14以及三级合成塔汽包19中，汽包管程中的所需锅炉水外供，与相应的合成塔蒸汽换热后所产蒸汽外送。

采用本实施例中的回收系统进行膜分离合成甲醇，甲醇的年产量为240-360WT。

新鲜气经新鲜气压缩机1、新鲜气预热器11和净化槽R01后，经压缩、预热和净化后，除去新鲜气中的硫，从净化槽新鲜气出口R02出来的新鲜气，通过调节阀23调节一级合成塔R1以及二级合成塔R2两级合成反应的反应强度，具体的，通过调节阀23调节后，70％的新鲜气从一级合成塔合成气入口R11进入四个并联的甲醇合成塔，最大限度的进行甲醇合成反应，从一级合成塔塔底出口R12出来的釜液，经换热冷凝后进入一级分离器入口51中，经一级分离器5分离出夹带氢气的惰性气体，从一级分离器顶部循环气出口52出来的气体分为两部分，一部分经一级循环气压缩机2和一级循环气预热器7返回一级合成塔合成气入口R11，夹带氢气的惰性气体重新进入一级合成塔R1中，氢气的循环提高一级合成塔中气体的合成转化率；另一部分经二级合成气预热器8进入到二级合成塔合成气入口R21中；从一级分离器底部甲醇液出口53出来的甲醇液经闪蒸槽13后回收从一级合成塔塔底出口R12带出的甲醇，提高产品的回收。

同时，通过调节阀23调节后，有30％的新鲜气直接进入二级合成塔R2进行二级合成反应，在温度230℃、催化剂的作用下进行甲醇的合成，从二级合成塔合成气出口R22处出来的釜液，经二级合成气预热器8和二级水冷器9进入二级分离器4中，经分离后，液体从二级分离器底部甲醇液出口43经闪蒸槽13回收甲醇产品；而夹带氢气的惰性气体从二级分离器顶部循环气出口42出来，一部分经二级循环气压缩机3后进入到二级合成塔合成气入口R21和一级合成塔合成气入口R11中，促进二级合成塔R2和以及合成塔R1中的甲醇合成，提高转化率；另一部分经一级放空气加热器10后进入第一膜分离装置15中，从第一膜分离装置15出来的一个支路为渗透气(即为富氢气)，直接返回与新鲜气管路中的合成新鲜气进行合成反应，氢气的循环使得新鲜气中的H/C比增加，能提高CO和CO₂的转化率，提高甲醇的产量；

从第一膜分离装置15出来的另一支路为非渗透气(即为惰性气体)，由于这部分气体中含有夹带的合成气，所以非渗透气经三级合成气预热器18后进入三级合成塔合成气入口R31，在温度280℃、催化剂的作用下继续进行三级合成反应，从三级合成塔合成气出口R32出来的釜液经三级合成气预热器18、三级水冷器17后从三级分离器入口161进入三级分离器16中进行气液分离，液体从三级分离器塔底甲醇液出口163经闪蒸槽13回收甲醇产品；气体从三级分离器塔顶出口162经二级放空气加热器20后进入二级膜分离装置21进行分离，从二级膜分离装置21出来的渗透气(富氢气)经氢气压缩机22和二级合成气预热器8后从二级合成塔合成气入口R21进入进行二级合成反应，氢气的循环增加二级反应的H/C比，合成气体转化率提高；从二级膜分离装置21出来的非渗透气(主要是惰性气体)可进入管路排出做燃料利用。

本实施例，将一级合成单元、二级合成单元和三级合成反应与一级膜分离和二级膜分离相结合，通过二级合成单元调节平衡一级合成单元的反应强度，并通过一级膜分离装置后，最大限度的将二级合成排出的惰性气体中夹带的氢气进行富集能够返回一级合成单元中，促进一级合成单元中甲醇合成反应的发生，使得一级合成反应的CO和CO₂最大限度的转化成甲醇产品，提高气体的转化率，进一步回收甲醇产品；经一级膜分离装置后的非渗透气(主要是惰性气体)继续进入三级合成单元进一步合成得到甲醇，三级合成排出的惰性气体经过二级膜分离装置后，渗透气(富氢气)返回二级合成单元促进二级反应的强度，非渗透气(主要是惰性气体)排出做燃料利用，避免惰性气体在一级合成塔R1中不断富积，影响一级合成塔R1中甲醇合成反应的进行。

实施例2

与实施例1不同的是，一级合成塔R1是六个并联的甲醇合成塔，其中，每两个甲醇合成塔串联组成一套，共形成三套合成回路，然后三套合成回路再并联组成，甲醇的年产量为350-550WT。

本实施例中，二级合成塔R2和三级合成塔R3为水冷列管合成塔。

本实施例中，二级循环气压缩机3共有三个，具体实施时，二级循环气压缩机3是根据一级合成单元中甲醇合成塔的并联套数决定的。

新鲜气经新鲜气压缩机1、新鲜气预热器11与净化槽新鲜气入口R01后，经过净化除去新鲜气中的硫，从净化槽新鲜气出口R02出来的气体，通过调节阀23调节，新鲜气进入一级合成塔R1进行一级合成反应(主要是90％新鲜气进入六个并联的甲醇合成塔，最大限度的进行甲醇合成反应)，10％的新鲜气进入二级合成塔调节反应强度，然后经过二级合成塔R2和一级膜分离装置15后，渗透气返回一级合成塔R1，提高一级合成单元的合成效率，提高甲醇产品的产出；非渗透气(主要是惰性气体)继续经三级合成塔R3以及二级膜分离装置21后，非渗透气(主要是惰性气体)排出做燃料利用，渗透气(富氢气)返回二级合成塔R2中，促进二级合成单元的反应进行，最大限度的提高CO和CO₂的转化率，实现顿产品的低能耗，甲醇产品回收好。

实施例3

参见图2，本实施例提供的高效甲醇合成系统，包括一级合成单元、一级膜分离装置15、三级合成单元和二级膜分离装置21。一级合成单元与一级膜分离装置相连通后分成两路，一路与一级合成单元相连通；另一路依次经三级合成单元与二级膜分离装置后分成两个支路，一个支路与三级合成单元相连通；另一支路与一级合成单元相连通。

本实施例中，一级合成单元包括新鲜气压缩机1、新鲜气预热器11、净化槽R0、一级循环气预热器7、一级合成塔R1、一级分离器5、一级水冷器6、一级放空气加热器10、一级循环气压缩机2、一级合成塔汽包12以及闪蒸槽13。

本实施例中，一级合成塔R1是两个并联的合成塔。

三级合成单元包括三级合成气预热器18、三级水冷器17、三级分离器16、二级放空气加热器20、氢气压缩机22、三级循环气压缩机24、三级合成塔R3以及三级合成塔汽包19。

参见图2，本实施例中，一级合成塔R1上分别设置一级合成塔合成气入口R11、一级合成塔合成气出口R12、一级合成塔锅炉水入口R13以及一级合成塔蒸汽出口R14；

一级分离器5上分别设置一级分离器入口51、一级分离器顶部循环气出口52以及一级分离器底部甲醇液出口53；

三级合成塔R3包括三级合成塔合成气入口R31、三级合成塔合成气出口R32以及三级合成塔锅炉水入口R33以及三级合成塔蒸汽出口R34；

三级分离器16上分别设置三级分离器入口161、三级分离器顶部循环气出口162以及三级分离器底部甲醇液出口163。

本实施例中，一级合成塔R1为水冷管壳式合成塔，二级合成塔R2为水冷螺旋管合成塔，三级合成塔R3为水冷螺旋管合成塔。

参见图2，新鲜气管路依次经新鲜气压缩机1、新鲜气预热器11和净化槽R0与一级合成塔合成气入口R11相连通；一级合成塔蒸汽出口R14出口经一级合成塔汽包12的壳程后与一级合成塔锅炉水入口R13相连通，一级合成塔汽包12的管程中通入冷却水；一级合成塔合成气出口R12经新鲜气预热器11和一级水冷器6后与一级分离器入口51相连通；一级分离器底部甲醇液出口53与闪蒸槽13相连通；一级分离器顶部循环气出口52分为两路，一路经一级循环气压缩机2和一级循环气预热器7与一级合成塔合成气入口R11相连通；另一路经放空气一级加热器10与一级膜分离装置15相连通后分为两路，一路经循环气三级合成气预热器18与三级合成塔合成气入口R31相连通；另一路返回与新鲜气管路相连通；三级合成塔合成气出口R32经三级合成气预热器18、三级水冷器17与三级分离器入口161相连通；三级分离器底部甲醇液出口163与闪蒸槽13相连通；三级分离器顶部循环气出口162分为两路，一路经三级循环气压缩机24与三级合成气预热器18相连通；另一部分经二级放空气加热器20和二级膜分离装置21后分两路，一路返回与新鲜气管路相连通；另一路依次经氢气压缩机22、三级合成气预热器18后与三级合成塔合成气入口R31相连通；三级合成塔蒸汽出口R34经三级合成塔汽包19的壳程与三级合成塔锅炉水入口R33相连通。

本实施例中，一级膜分离装置15和二级膜分离装置21均为管式膜，包括膜管以及置于膜管内的中空纤维膜，中空纤维丝的外径通常是500～600pum、内径为200～300pum,做成3米的纤维束装入耐高压金属壳体内并用胶封头，纤维束一端被密封，另一端用特殊配方的环氧树脂粘结在一起。

本实施例中，中空纤维膜采用普利森中空纤维膜。

本实施例中，净化槽R0内部有填料层，填装有脱铁剂和脱硫剂，主要用以除去进入新鲜气体中的硫和杂质金属；一级合成塔R1中设置催化剂为铜基催化剂。

本实施例中，一级合成塔汽包12和三级合成塔汽包19中，汽包管程中的所需锅炉水外供，与相应的合成塔蒸汽换热后所产蒸汽外送。

采用实施例中提供的高效甲醇合成系统来进行甲醇的合成，甲醇的年产量为120-180WT。

新鲜合成气从新鲜气管路依次经过新鲜气压缩机1、新鲜气预热器11和净化槽R0，压缩、预热和净化除去新鲜合成气中的硫和杂质金属，从一级合成塔合成气入口R11进入一级合成塔R1中，温度245℃下，在催化剂作用下进行甲醇合成(新鲜合成气分别进入两个并联的甲醇合成塔中)，合成过程中，通过一级合成塔汽包12管程中的冷却水来控制一级合成塔R1中反应温度，提高甲醇的合成效率；

反应后的釜液(其中含有小部分未反应的新鲜合成气)从一级合成塔合成气出口R12分别经新鲜气预热器11和一级循环气预热器7两个支路后汇成一路，并经一级水冷器6后从一级分离器入口51进入一级分离器5，经气液分离后，液体从一级分离器底部甲醇液出口53进入闪蒸槽13回收甲醇；气体从一级分离器顶部循环气出口52出来后，一部分作为循环气(主要是一级合成塔未反应的合成气)经一级循环气压缩机2和一级循环气预热器7返回一级合成塔合成气入口R11，提高CO和CO₂的转化率，促进一级合成中甲醇的生成；另一部分经放空气一级加热器10后进入一级膜分离装置15，

经一级膜分离装置15分离后产生渗透气(富氢气)和非渗透气(主要含惰性气体)；渗透气(富氢气)返回与新鲜气管路循环进入一级合成塔R1中，氢气的增加使得一级合成塔R1中甲醇的合成效率增加；非渗透气经三级合成气预热器18后从三级合成塔合成气入口R31进入三级合成塔R3中进行甲醇合成，通过三级合成塔汽包19的管程中的冷却水控制三级合成塔R3内的反应温度，使得CO和CO₂最大限度的转化成甲醇；

三级合成塔R3中反应后的釜液从三级合成塔合成气出口R32出来后经三级合成气预热器18和三级水冷器17从三级分离器入口161进入三级分离器16中，经气液分离后，液体从三级分离器底部甲醇液出口163进入闪蒸槽13回收甲醇；气体(主要含有惰性气体)从三级分离器顶部循环气出口162出来，一部分作为循环气经三级循环气压缩机24和三级合成气预热器18后进入三级合成塔R3中，另一部分循环气经二级放空气加热器20进入二级膜分离装置21，经过二级膜分离装置21后生成渗透气(富氢气)和非渗透气(惰性气体)，渗透气(富氢气)分两部分，一部分渗透气(富氢气)返回新鲜气管路进入一级合成塔R1，提高甲醇的生成；另一部分渗透气(富氢气)经氢气压缩机22和三级合成气预热器18后进入三级合成塔合成气入口R31中，促使进入三级合成塔R3中的CO和CO₂较大限度的转化成甲醇，非渗透气(惰性气体)排放做燃料使用。

实施例4

与实施例3不同的是，一级合成塔R1是三个并联的甲醇合成塔；甲醇的年产量为170-270WT。

新鲜气经压缩、预热及净化后进入一级合成塔R1(包括三个并联的甲醇合成塔)，一级合成塔合成气出口R13出来的釜液经一级分离器5分离后，一级分离器底部甲醇液出口53出来的液体经闪蒸槽13后回收甲醇，一级分离器顶部循环气出口52出来的气体，部分返回一级合成塔R1，提高一级合成的反应效率，促进甲醇的合成；一部分经一级膜分离装置15后，分离出的渗透气返回新鲜气管路，提高新鲜气中氢气的含量，促进一级合成甲醇的生成；分离出的非渗透气进入三级合成塔R3中继续反应合成甲醇；三级合成塔合成气出口R32出来的釜液经三级分离器16后，液体从三级分离器底部甲醇液出口163进入闪蒸槽13回收甲醇；气体(主要含有惰性气体)从三级分离器顶部循环气出口162出来，一部分作为循环气经三级循环气压缩机24和三级合成气预热器18后进入三级合成塔R3中，另一部分循环气经二级放空气加热器20进入二级膜分离装置21，经过二级膜分离装置21后生成渗透气(富氢气)和非渗透气，渗透气(富氢气)分两部分，一部分渗透气(富氢气)返回新鲜气管路进入一级合成塔R1，提高甲醇的生成；另一部分渗透气(富氢气)经氢气压缩机22返回进入三级合成塔R3中，促使进入三级合成塔R3中的CO和CO₂较大限度的转化成甲醇，非渗透气(惰性气体)排放做燃料使用。

上述实施例中，本发明适用于一级合成单元包括两个以上的甲醇合成塔的甲醇合成系统，但是本发明同样适用于一级合成单元包括两套以上相同结构的合成回路的甲醇合成系统，当一级合成单元包括两套或三套相同结构的合成回路，且并联的合成回路时，采用与实施例3相同的甲醇合成系统进行甲醇合成；当一级合成单元包括四套以上相同结构的合成回路，且并联的合成回路时，采用与实施例1相同的甲醇合成系统进行甲醇合成，可提高合成效率。

综上所述，本发明根据一级合成塔包含的甲醇合成塔和甲醇合成回路个数的不同，采用不同级数的合成单元与两级膜分离相结合，降低了排放惰性气体夹带的氢损耗，将氢气循环利用返回一级合成单元降低合成的惰性气比例，从而改变合成气的组分配比，实现气体组分的合理调配，提高合成效率，促进甲醇合成超高效运行，最大限度的转化一氧化碳及二氧化碳，进而实现吨产品的低能耗。相比现有工艺，本发明提供的高效甲醇合成系统，气体转化率高，有利于催化剂高效、长周期出力，同时一级反应转化量大，降低了单位产品投资。