甲醇-12-新型高效低阻力甲醇合成塔-

1、新型高效低阻力甲醇合成塔何 东、徐美楠、周 迈、沈建冲浙江省·杭州快凯高效节能新技术有限公司摘 要:本文主要介绍了新型高效低阻力甲醇合成塔的设计出发点、设计思路和结构特点,并对新型高效低阻力合成塔与传统型合成塔进行比较。关键词:新型高效、低阻力、甲醇合成塔1 前言目前,联醇的单塔能力已发展到50kt/a左右,塔径已至12001800,甚至2000,醇氨比初期从20%30%发展到目前60%70%,在高负荷、高空速工况下,传统型甲醇合成塔阻力与产能的矛盾相当突出,为此,应通过合理设计反应器结构来解决阻力问题。2 设计思路为了降低阻力,节能降耗,国内同行已开发了不少低阻力的甲醇合成反应器。

2、具有代表性的有全径向型、轴径向型和两段型等。2.1 全径向型入塔气全部以径向流通过催化剂层,由于流经的催化剂床层减薄,故阻力降明显降低,合成气在触媒层的流速降低,出口甲醇浓度也显著提高。但该塔设计加工复杂,因径向流动,气流速度不断改变,使催化剂不能最大限度的利用。2.2 轴径向型此种类型包括一轴一径和多段轴径向段间冷激型。在传统全轴向催化剂筐内增加径向段,大多数在轴向段内设置冷管换热,径向段通过冷激降温,也有轴径向全为绝热反应,采用多次冷激降温的形式。冷激气一般采用菱形分布器混合,鱼鳞状径向筒,原料气在催化剂床层进行绝热反应,反应后的气体用冷激气降温。对于二轴二径式触媒筐,床层分四段,中间进行

3、三次冷激,其中三、四段为径向段。这种型式由于增加径向段,轴向段缩短,所以阻力也有所降低。轴径向塔虽阻力有所降低,但原料气经过冷激后,使反应气体的转化率降低,这相当于段间有部分返混,因此同样的初始气体组成及气体处理量,要达到同样的最终反应率,所耗用催化剂量比间接换热式多,如同样催化剂量,出口甲醇浓度就低,转化率低。另外,此种塔型各段床层温差较大,床层温度不易控制,尤其是热点温度不得不控制的较高,对于活性温度较低、活性温度范围窄的甲醇合成催化剂,在高温下副反应多,粗甲醇的质量也差,对催化剂的使用寿命影响较大。2.3 两段型该种塔型是将传统的双层式氨塔结构型式应用于甲醇合成,将内件催化剂筐一分为二,

4、气体按分流并联流动设计,故同样的塔径,气流速度和路程为全轴向型的1/2,因此阻力大幅度下降。从该塔型在氨合成上使用情况来看,两个催化剂层各自独立操作,可能出现催化剂温度此起彼落不协调的现象,操作困难,且结构复杂,装填催化剂比较困难,易出现泄漏等。2.4 新型高效低阻力甲醇合成塔的设计思路虽然上述内件结构基本解决部分阻力问题,但都存在一些不足之处,如结构复杂、转化率低、操作复杂、产量低等问题。单管折流轴向均温式内件是一个结构很好的塔内件。它能有效移去反应热并回收利用,温度分布均匀,温差小,结构简单,运转可靠,操作稳定,调节方便。尤其是适合活性温度较低,活性温度范围窄,在高温下副反应多的铜基甲醇催

5、化剂,充分发挥其特点,延长使用寿命。但此内件为单一轴向塔,传统的均温型高径比大,轴向床层高,又下设换热器,当在高空速、高负荷的工况和催化剂粉化情况下,阻力矛盾更为突出。根据现场测定和理论计算,1000、床层高13m、带换热器、循环气量为68000Nm3/h时,阻力可达0.9MPa以上。经分析和计算,约65%阻力来自催化剂床层,冷管占10%左右、换热器占15%左右,环隙与中心管占7%,其余占3%。为更好发挥单管折流轴向均温式内件的优点,又能更好满足高空速、高负荷的工况下可靠工作,我们在设计中引入矮胖型塔器设计理念,降低高径比,设计了新型高效低阻力甲醇塔合成反应器。3 新型高效低阻力甲醇合成反应器

6、结构3.1 结构(如图1依据设计思路设计的新型低阻力甲醇合成塔,其结构特征是由复合外筒、电炉、上盖、双锥密封、冷激器、隔板、筒体、冷管束、中心管、支架、自卸口等组成。筒体被隔板分为上气室和下气室,筒体下部装瓷球,瓷球上面装催化剂,冷管束搁置在筒体支架上,冷管束的引气管穿过隔板并用填料函密封,电炉组件悬挂在中心管中。气体在塔内的流程是:经热交后的原料气由塔底部进入中心管,至上气室,经气体分配器将气体均匀分布在引气管至上环管,下行冷管,下环管,上行冷管换热后,将气体加热到220左右,进入催化剂层进行反应,反应后的气体由出气管至前置式废锅生产低压蒸汽。此新型高效低阻力甲醇塔合成反应器适用于中压、低压

7、的单醇、联醇工艺流程。与现有内件相比,具有阻力小、催化剂装量大、气体处理大、温差小、结构简单、投资省、密封可靠、调节方便、热利用率好等优点,是目前值得推广的反应器。3.2 结构特点1矮胖型结构。引入矮胖型塔器设计理念,降低高径比,降低全塔阻力。2筒体。外筒体采用层板包扎式,为防止内壁在高温(300高压(15MPa下的氢腐蚀,内壁材料采用复合型特殊材料。由于此反应器无单独催化剂筐,省去内件催化剂筐的外筒和保温层,大大提高了高压空间的利用率,催化剂装量比内件增加10%以上。增大截面积,加大流通量,由于阻力与气体速度平方成正比,所以,同样催化剂装量,阻力减小40%以上。3双锥密封。双锥密封属半自紧式

8、密封,在压力15MPa、温度300工艺条件下是很可靠的,我公司将它应用在此反应器上,确保密封安全可靠。4科学的冷管束。单管折流冷管是均温式甲醇塔的核心技术,通过电算优化,能保证催化剂层温差很小,此内件20世纪80年代末开发,在联醇低压甲醇工艺装置中均取得较好的使用效果,此反应器采用上述冷管束。冷管束下部座在筒体支架上,上部和隔板连接,由隔板将筒体分成上、下集气室。冷管束与隔板连接采用填料函结构,引气管在填料函中可自由伸缩,而无温差应力。填料采用柔性膨胀石墨,可耐温600,故密封十分可靠,保证了长周期稳定生产。5催化剂自卸。在筒体下部开有24只自卸催化剂孔,更换催化剂时能顺利将催化剂卸净,上部上盖打开,拆开隔板,对冷管束进行试压,无泄漏后,就可装新催化剂,所以此反应器装、卸催化剂都十分方便。 气体图14 新型高效低阻力反应器与传统型甲醇合成塔的阻力比较(如表1表1 阻力比较 MPa经新型高效低阻力反应器与传统型甲醇合成塔的主要阻力比较和计算,在新型高效低阻力反应器入塔气量和产能同时提高25%的条件下,催化剂层、冷管、中心管阻力分别下降56.92%、83.58%、3.02%,又省略换热器,所以总阻力大大下降,总阻力仅为原1000塔的32.92%。5 结论开发的新型高