大型甲醇合成塔选择探讨及SPC简介

1、.：.； 大型甲醇合成塔选择讨论及SPC简介 日本高化学上海国际贸易 张炳 摘要：本文简要引见了我国近年来甲醇工程建立的大型化趋势，并对国内外流行的几种合成塔进展了引见和分析，并详细引见了SPC甲醇合成塔的特点，以期对我国新上大型甲醇安装选择优良的合成塔有所协助 。关键词： 超级合成塔超转化率合成塔；双套管；甲醇合成塔keywords : superconverter; double tube； methanol converter 一、目前我国甲醇消费现状及甲醇安装大型化的必然性甲醇是重要的根底有机化工品和原料，又是极有出路的代用燃料。甲醇的衍生物有100多种，近年来消费量增长迅速。据统计，

2、19911999年我国甲醇市场的需求量年平均增长率约为16，2000年市场需求量为350万吨，2002年甲醇需求量为390万吨，估计到2005年将到达512万吨。如今河南、北京、山西等省市正在大力推行 “甲醇代油工程 ，国内大型二甲醚工程也如火如荼的进展，甲醇市场在未来几年的需求将远远大于16的年平均增长率。虽然我国甲醇的年消费才干到达500万吨左右，但由于多种缘由，实践开工率并不高，2001年安装开工率只需63，2002年安装开工率只需55。国产甲醇远远不能满足国内市场的需求，目前我国甲醇大约40需求进口。近年来，我国甲醇工业获得了一定的开展，但与国外甲醇工业相比，还存在很大的差距。目前，我

3、国甲醇消费厂家超越150家，2003年实践开工的厂家大约120个，累计产能在578.3万吨。工艺上，10万吨以上的安装还处于国外70年代的程度， 产量低、能耗高、工艺落后导致安装经常停车，本钱很高，无法与先进工艺竞争。目前我国还没有单套大于30万吨的已投产甲醇安装。其他大多为5万吨以下小型甲醇安装，采用的是国外曾经淘汰的煤头高压法。据统计，我国甲醇消费企业中，本钱高的超越了1800元吨，低的900多元吨，大多数为1400元吨左右。由此，在甲醇消费领域，国内外存在明显差距，工艺落后、规模太小是妨碍甲醇消费节能的主要缘由。甲醇消费安装大型化可以明显降低产品投资和产品本钱。国外公司纷纷兴建80万吨以

4、上的甲醇安装。我国从02年起新起了新一轮甲醇扩产和新建的高潮，全国各个天然气及煤基地都在拟建30万吨以上甲醇工程。据统计，国内拟建的60万吨以上甲醇工程至少有45个。甲醇安装大型化曾经成为我国甲醇工业开展的趋势。 二、甲醇合成塔甲醇合成的中心设备是合成塔。选择稳定、节能、高产率、经济的合成塔对消费厂家至关重要。从操作、构造、资料及维修等方面思索，对甲醇合成塔的根本要求有：1、稳定性好，构造可靠；2、在操作上要求催化剂温度易于控制，调理灵敏；合成反响器的转化率高；催化剂消费强度大，活性高而且稳定；能回收高位能的反响热；床层中气体分布均匀；压降低。3、催化剂升温、复原操作方便、复原充分；4、气体能

5、均匀地经过催化剂层，阻力小，甲醇产量高；5、操作稳定、调理方便，能顺应各种操作条件的变化；6、装卸催化剂方便，制造、安装和维修容易；7、各个内件的衔接与保温适当，使内件能在塔内自在挪动，防止产生热应力。甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要有效的利用甲醇合成反响所放出的宏大热量。甲醇合成反响器根据反响热回收方式不同有许多不同的类型，下面将分别予以简单引见，并从以上几方面进展比较。2.1 I.C.I反响器英国ICI公司低压法甲醇合成塔采用多层冷激式绝热反响器，催化剂用量较大，合成气大部分作为冷激气体由置于催化剂床层不同高度平行设立的菱形分布器喷入合成塔，另一部分合成气由顶部进入合成塔，反响后的热气体

6、与冷激气体均匀混合以调理催化床层反响温度，并保证气体在催化床层横截面上均匀分布。反响最终气体的热量由废热锅炉产生低压蒸汽或用于加热锅炉给水回收。该法循环气量比较大，反响器内温度分布不均匀，呈锯齿形。ICI冷激塔构造简单、用材省且要求不高、并易于大型化。单塔消费才干大。但由于催化剂床层各段为绝热反响，使催化剂床层温差较大，在压力为8.4MPa和12000h-1空速下，当出塔气甲醇浓度为4%时，一、二两段升温约50，反响副产物多，催化剂运用寿命较短，循环气紧缩功耗大，用冷原料气喷入各段触媒之间以降低反响气温度。因此在降温的同时稀释了反响气中的甲醇含量，影响了触媒利用率，而且反响热只能在反响器出口设

7、低压废锅回收低压蒸汽。为了防止触媒过热，采用较大的空速，出塔气中甲醇含量不到4%。据笔者所知，可用四段ICI冷激型合成塔串到达日产甲醇3600吨的才干。合成塔内径为6.1米，床层高度12.2米，催化剂装填量为283m3，合成压力为10.34MPa，出塔气中甲醇含量5.7，催化剂空时产率0.53吨/m3h。这在国内加工和运输难度都较大。其大致构造和床层温度分布见图1： 图1. I.C.I冷激式绝热反响器 图2Lurgi管壳式反响器2.2 Lurgi管壳式反响器图Lurgi甲醇合成反响器是管壳式的构造。管内装催化剂，管外充溢中压沸腾水进展换热。其主要性能特点是：该塔反响时触媒层温差小。合成反响几乎

8、是在等温条件下进展，反响器能除去有效的热量，可允许较高CO含量气体，采用低循环气流并限制最高反响温度，使反响等温进展，单程转化率高，杂质生成少，循环紧缩功耗费低，而且合成反响热副产中压蒸汽，便于废热综合利用。可以看出Lurgi公司正是根据甲醇合成反响热大和现有铜基触媒耐热性差的特点而采用列管式反响器。管内装触媒，管间用循环沸水，用很大的换热面积来移去反响热，到达接近等温反响的目的，故其出塔气中甲醇含量和空时产率均比冷激塔高，触媒运用寿命也较长。但该反响器比I.C.I反响器构造复杂，上下管板处结合点和焊点多，制造困难，对资料及制造方面的要求较高。反响器催化剂装填系数也不如I.C.I反响器大，且装

9、卸触媒不方便。Lurgi管壳式反响器已在国内不少甲醇厂运用，但在大型化甲醇安装中因构造复杂、反响管数较多、体积大，国内目前。单塔最大消费才干为1250吨/天。产量增大时，反响器直径过大，而且由于管数太多，反响管长度只能做到10米，因此在设计与制造时就有困难了。鲁奇公司曾提出两塔并联的流程，近年来又提出与冷管型串联的流程以顺应大型化消费的需求，但是都还未工业化。23东洋公司TEC的MRF型反响器 图东洋公司反响器MRF反响器为多段间接冷却径向流动反响器，采用套管锅炉水强迫循环冷却副产蒸气，反响气体呈径向流过沿径向分布的多级冷却套管管外分布的触媒层，温度分布呈多段Z字分布，温度分布有所改善，从而有

10、利于提高催化剂寿命；径向流动使气体经过床层的阻力降低；多孔板可保证气体分布均匀；催化剂在管外装填，反响器催化剂装填系数得到适当增大，有利于实现大型化，但其构造复杂，制造难度大。据了解，TEC可用单台MRF-Z型反响器到达日产5000吨的产能，甲醇塔直径5米，反响器管长22.4m，催化剂装填量为350M3。按14万吨/年的反响器直径2.5米，床高12米，催化剂装填量43m3，合成压力5.82MPa，催化剂消费强度约0.4吨/ m3h。2.4 Linde螺旋管反响器Linde在催化反响层中设置螺旋管，用锅炉水移去管外催化剂层反响热。运用螺旋冷管比Lurgi直管较益处理热应力问题，而且催化剂装填系数

11、大，有利于大型化。但设备加工难度进一步添加，据报道国内只需川维厂运用一套。大型化困难。2.5 国内管壳式反响器西南化工研讨设计院、华东理工大学和鲁南化肥厂结合开发了结合I.C.I和Lurgi反响器特点的绝热等温混合型甲醇合成反响器，根本为列管式反响器，管板顶部装有300mm的绝热催化剂层，列管内装催化剂，管间沸腾水移去反响热。催化剂层温差小，合效果率比冷激型高，并可副产蒸汽，热量回收利用合理。不仅承袭了I.C.I反响器催化剂装填系数大、Lurgi反响器床层温差小的优点，而且拥有自主知识产权，在鲁南化肥厂10万吨/年甲醇安装和上海焦化厂20万吨/年甲醇安装上运用都非常胜利。但其由于构造缘由，只能

12、在进出口设置温度计，不利于对轴向温差的判别和控制，且构造复杂，要求的材质等级较高，使造价升高。且没有制造高于20万吨规模合成塔的阅历。图4 国内开发的绝热管壳式反响器 图5 JW 均温冷管式反响器2.6杭州林达公司JW均温合成塔 据报道，杭州林达公司JW性均温合成塔，其主要特点是在全部触媒床层中采用可自在伸缩活动装配。催化剂装填系数为7075。 用管内冷气及时吸收管外反响热，管内冷气与触媒层中反响气有并流换热和逆流间接换热，可以在催化剂层内及塔内任何部位设置温度监测点。用塔外设置废锅副产低压蒸汽或锅炉给水加热器回收热量。该合成塔在国内小型的安装中运用较多，但还没有10万吨以上的工业化设备出现。

13、2.7三菱瓦斯超级合成塔SPC 这是近年来在世界上广为运用的大型合成塔，为三菱瓦斯化学公司的工艺。该塔为双套管式。进塔气先预热到150170，入塔后分布到各双套管的内管中，吸收管外套管间的反响热，预热至反响温度240后进入套管间的催化剂层反响，热点温度250左右，反响热同时被内管中冷气和外管外壳程间的沸腾水移走，出触媒层温度为205230左右，出塔气中甲醇含量8.5%。SPC有着比Lurgi等温反响器低的循环比和比Lurgi反响器更高的单程转化率，SPC双套管内径75mm比Lurgi列管反响器24大得多，管数少得多，故装卸触媒容易，SPC外管受压壁厚，比列管式机械强度好，内管、挠管和隔板为不受

14、压部件,作用在这些部分的触媒层压降最多为2-3kg/m2。所以大型化容易，单套最高产 图6 超级合成塔SPC量为2500MT/D。正是由于这种反响器具有独特的催化剂冷却系统，最高的一次转化率，低的循环比和稳定的运转记录，所以全世界采用很多，国内也有几套正在购买洽谈中。这也反映了SPC的竞争优势，是值得业界注重的一种塔型。下面就作者所了解的情况对这种塔型进展简单引见。以下是笔者对各种合成塔的简单定性比较仅代表作者观念：表1 低压甲醇合成反响器比较简表类型SPCICI冷激Lurgi管壳Linde螺旋MRF林达JW触媒层温差小大小小大小触媒消费强度最大小大大大大循环比最小大大大大较小催化剂寿命最长较

15、长长短短短单程转化率最高低高低低低构造可靠性很好好欠佳较好欠佳好大型化易易难难难易回收热量、副产蒸汽 蒸汽蒸汽中压无或低压中压中压中压低压流程合理性简单简单合理简单简单合理开工率稳定性最高高低较高较高/有无投产的大型安装40万吨/年以上有无无无无无三、SPC合成塔简介 图7 SPC构造表示图及温度曲线图上图是SPC合成塔的构造表示图及温度曲线图。催化剂不仅被壳层中的循环水冷却，也被内管中的进料合成气所冷却。这种特殊的换热系统具有很多优点。此种工艺的温度曲线如上图。其中线M是甲醇合成的最大反响速率曲线，它与平衡曲线是平行的。这阐明，按照化学反响平衡实际，假设甲醇合成反响按照最大反响率曲线进展，甲

16、醇合成反响效率将到达最大。SPC中的反响正是按照上图所示最大反响速率曲线进展的。 SPC及其工艺具有如下几个特点：3.1 工艺稳定性工艺稳定性对一个设备至关重要。经常停车检修，不仅浪费检修资金，而且耗时耗力，影响消费量。三菱瓦斯集甲醇消费与工艺研讨于一身。第一套自行设计SPC的设备于1993年4月在日本胜利投产，运转非常稳定。有着工业化的胜利阅历之后，MGC才将SPC装让到其他国家。以下图是三菱瓦斯最近两年甲醇工程的开工率，年运转天数平均在350天以上。表2 近两年甲醇工程开工率沙特工厂METOR工厂平均97.7%97.7%最高99.9%99.9%最低92.3%97.3% 据笔者了解，我国西部

17、某企业采用的是鲁奇的技术，国内制造设备。但由于设备稳定性差，由于设备稳定性差，其开工率只需80，每年至少停车12个月。国内很多设备情况类似。3.2 一次转化率最高，循环比低 由于SPC具有特殊的催化剂换热系统，可按照图所示的最正确反响速率曲线进展反响，因此它具有各种塔型中最高的一次转化率，为90，约为冷激型的1.5倍。一次转化率高，合成回路中未反响的气体量可以减少，循环比可以减少，SPC的循环比为3.0。以30万吨/年的甲醇安装为例，其循环气流量仅为335KNM3/h。以下图为各种塔型循环比的比较。 表3 几种塔型循环比的比较表SPC冷激型Lurgi林达循环比3.04.0-5.04.64.71

18、 由于具有很低的循环比，循环机的动力、安装的尺寸均可以减小，循环机的动力也可以减少。3.3 中压蒸汽 运用SPC的安装，合成段产生蒸汽为0.9-1.2MT/T-MeOH，蒸汽压力为4.0MPa/cm2。在国内外众多甲醇安装中，这是独一能产出如此高蒸汽压力而蒸汽量又如此多的安装，可以节约大量能源。3.4 催化剂长寿，高产率，装填量小 三菱瓦斯开发了特殊的催化剂，具有以下特点：运用寿命保证6年，可用8年以上，而国内合成催化剂普通寿命为2年，最多可用3年；实际产率98，实践到达99以上；每立方米催化剂可以产生甲醇45000吨以上。以沙特85万吨/安装为例，安装从1997年开工至今7年间，初次装填的催化剂依然稳定的维持在99.9%的高转化率。与国内外同等的安装相比，催化剂装填量可节省3040。它还具有如下特性：可以运用转化炉出来的RG转化气或者其他甲醇厂出来的驰放气作为复原气，不用担忧