托普索甲醇合成技術(shù)的應用與實(shí)踐

第11卷第4期神華科技2013年7月VOL.11 NO.4July.2013托普索甲醇合成技術(shù)的應用與實(shí)踐，王劍鋒(陜西咸陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限公司,陜西咸陽(yáng),712000)摘要:介紹托普索甲醇合成技術(shù)在咸陽(yáng)化工的應用情況。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明,托普索甲醇合成技術(shù)具有工藝先進(jìn)、設計合理、系統能耗低,催化劑具有很高的選擇性、活性和穩定性,具備良好的操作穩定性和彈性范圍。關(guān)鍵詞:甲醇合成催化劑應用性能考核中圖分類(lèi)號:O64文獻標識碼:B文章編號:1674- -8492(2013 )04- -071-03陜西咸陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)咸陽(yáng)化工)60成裝置,托普索公司工藝設計僅使用了43M'催化萬(wàn)t/a甲醇裝置以煤為原料,采用多元料氣化制取合劑,其設計能力能否在實(shí)際生產(chǎn)中達標，當時(shí)咸陽(yáng)成氣粗原料氣，經(jīng)過(guò)低溫甲醇洗凈化獲得合格的合化 工是有些懷疑。后來(lái)的生產(chǎn)實(shí)際證明,這種懷疑成氣,在甲醇合成裝置中合成為粗甲醇。甲醇合成裝是多余的。置引進(jìn)了托普索甲醇合成技術(shù)，采用一-臺管殼式反2甲醇合成裝置簡(jiǎn)述應器,裝填MK-121甲醇合成催化劑。2010年1 月14日升溫還原結束,1月21日投入生產(chǎn)，截止到20122.1工藝 流程簡(jiǎn)述年4月30日，實(shí)際運行時(shí)間共計約7968h,累計生產(chǎn)來(lái)自低溫甲醇洗工段的新鮮原料氣，與來(lái)自氫甲醇43.03萬(wàn)t。運行期間,甲醇合成裝置表現出良好回收的滲透氣(富氫氣)混合,進(jìn)入合成氣壓縮機一的操作穩定性、較高的轉化率和催化劑活性,以及較段升壓至合成壓力，隨后和噴人的一-小部分高壓鍋好的適應性。爐給水混合,- .起進(jìn)入第一原料氣中間換熱器,被來(lái)自甲醇反應器的氣體加熱，原料氣預熱后進(jìn)人脫硫1甲醇合成技術(shù)的選擇罐脫除COS和HS。甲醇合成裝置是甲醇生產(chǎn)關(guān)鍵工序之一，關(guān)系脫硫罐是--個(gè)裝有ZnO脫硫劑的簡(jiǎn)單的固定床到整套生產(chǎn)裝置經(jīng)濟效益的優(yōu)劣。其中起核心作用反應器,采用托普索HTZ -5型催化劑。的是催化劑的性能和由催化劑性能決定的合成效率、來(lái)自循環(huán)氣壓縮機的循環(huán)氣,在第二原料氣中循環(huán)倍率、合成氣消耗,及由此決定的裝置規模一間換熱器被預熱后,與來(lái)自脫硫罐的原料氣混合。資大小和動(dòng)力消耗?；旌虾蟮暮铣蓺庥身敳窟M(jìn)人甲醇反應器,進(jìn)行甲醇咸陽(yáng)化工在2005年項目籌建時(shí),對國內、國外合成反應。甲醇合成技術(shù)和甲醇生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了廣泛的調查。合成反應器出口反應氣體的溫度約為230~259C,當時(shí)以華東理工大為代表的絕熱一管殼外冷復合型出塔氣分為兩部分，分別在第一-和第二中間換熱器甲醇合成反應器，有運行業(yè)績(jì)的最大規模是20萬(wàn)t被合成新鮮氣和循環(huán)氣冷卻，再進(jìn)人循環(huán)水冷卻器甲醇/ao以杭州林達公司開(kāi)發(fā)的均溫型甲醇合成反應中 被進(jìn)一步冷卻至40C。此時(shí)大部分甲醇冷凝下來(lái),器技術(shù),有2套20萬(wàn)t的運行業(yè)績(jì);國外商業(yè)化經(jīng)典氣液混合物在高壓分離器中進(jìn)行氣液分離，粗甲醇低壓氣相法甲醇合成工藝技術(shù)主要有德國魯奇、丹減壓進(jìn)入低壓分離器進(jìn)行閃蒸，除去液體甲醇中溶麥托普索英國戴維和日本三菱瓦斯工藝等。其中以解的大部分氣體后，粗甲醇被送往中間罐區的粗甲德國魯奇、丹麥托普索和英國戴維技術(shù)較好,業(yè)績(jì)較醇罐，再用粗甲醇泵送往精餾工段。多。經(jīng)過(guò)多個(gè)回合與多家專(zhuān)利商的技術(shù)談判,最終確系統排出的弛放氣,進(jìn)人氫回收裝置回收氫氣認采用托普索公司甲醇合成技術(shù)。甲醇合成反應熱由反應器殼側的飽和水汽移但對于60萬(wàn)t甲醇/a(300天)生產(chǎn)能力的合出。 副產(chǎn)2.7~3.88MPaG的飽和蒸汽。王劍鋒:托普索甲醇合成技術(shù)的應用與實(shí)踐第4期2.2主要設 備簡(jiǎn)介3.3催化劑還原設備名稱(chēng)設備規格MK-121型甲醇合成催化劑,是以氧化銅為主體φ 2900 x 94 x 6375V=148.4m?的銅鋅鋁系催化劑。使用前須經(jīng)過(guò)還原才具有活性，脫硫保護反應器催化劑容積V=45.1m’工業(yè)上一般采用合成氣，或純氫氣進(jìn)行催化劑的還甲醇合成反應器φ 3905 x 69 x 7700催化劑容積V=43.1m’原，單純采用氫氣的還原反應式如下:第一中間換熱器φ 1100 x 59 x 10375(立式、列管式)F=876.1m2CuO+ H2→Cu+ H2O△H450K = -89.00 kJ/mol第二中間換熱器φ 1658 x 79x 15020(立式、列管式)F=1741m2水冷器φ 2266 x 83 x 10(臥式列管式)F=2375m2氧化銅的還原也可以采用CO,須注意的是,由高壓分離器φ 2400x 76x 3845,V=21m2于CO參與的還原反應熱效應，是用H2作為還原劑低壓分離器φ 1600x 8x 5350, V=11.93m'的兩倍，在采用含有CO的合成氣進(jìn)行催化劑還原合成塔汽包φ 2400x 43 x 1000, V=49.2m3時(shí),應當適當調節較低的CO濃度,保證催化劑安全。新鮮氣壓縮機Q=225750Nm/h W=5090kW2010年01月09日至01月14日，在托普索公進(jìn)口:5.2Mpa,出口:9.05Mpa循環(huán)壓縮機Q=453181Nm/h司專(zhuān)家的指導下，咸陽(yáng)化工進(jìn)行了甲醇合成催化劑進(jìn)口:8.5Mpa,出口:9.05Mpa, 1 1200rpm的還原。本次還原采用了外購氫氣,由鋼瓶提供,以蒸汽透平驅動(dòng)機進(jìn)氣流量29.498t /ht=-380C空分裝置提供的氮氣作為載體。催化劑床層的溫度壓力2.5Mpa N=6121kW由汽包壓力來(lái)控制。還原過(guò)程中,托普索專(zhuān)家現場(chǎng)指導,并用便攜式在線(xiàn)氫分析儀,對合成塔人口及出口3甲醇合成裝置生產(chǎn)情況介紹氣體氫濃度進(jìn)行分析。3.1 MK-121甲醇合成催化劑物化性能3.3.1還原的條件CuO(wt%)>55系統壓力0.5~0.7MPa(G)ZnO( wt%)21-25溫度最高230C .AL2O,(wt%)8-10 .空速.400~600 Nm/h規格6x 4mm還原氣含0~4%(V%)H2的N2堆密度( kg/l)1.253.3.2還原 過(guò)程操作溫度200~310C(1)系統氮氣充壓至0.3MPa,啟動(dòng)壓縮機,投人操作壓力4.0~ 12.5Mpa .開(kāi)工加熱器。3.2催化劑的裝填(2)合成塔出口溫度達到90C時(shí),投人托普索公甲醇裝置有1臺φ3905mm合成塔,列管規格為司提供的氫氣在線(xiàn)分析儀器,對儀表進(jìn)行了校驗。φ44 mm x 2mmx 7700 mm,共4405根。甲醇合成塔(3)合成塔入口溫度150C,出口約190 ,開(kāi)始.內裝填托普索MK-121型催化劑，裝填工作是在托加入氫氣,H2濃度控制在0.5%,并逐步增加到1.5%，普索專(zhuān)家的現場(chǎng)指導及檢查確認下進(jìn)行的。數量及至此還原進(jìn)程持續8h。裝填情況見(jiàn)圖1。(4)在出口溫度穩定的情況下,逐步提高H2濃度到2%。持續24h,期間床層熱點(diǎn)溫度最高升至240°C,溫升60%。為了控制還原速度,壓縮機防喘振回路閥全開(kāi)。- MK-12I.6x 4mm43.1m2(5)第32~56h,壓縮機防喘振回路閥開(kāi)度控制到390575% ,分離器收集到的水分量與理論量-致。第43h,已經(jīng)有少量氫氣穿透床層。氣12”瓷球，1.2m'當入口氫氣含量和出口氫氣含量相同時(shí),汽包壓1"瓷球, 3.56m'雙層10x I0x2絲網(wǎng)力緩慢增加到2.4MPa(床層溫度220C),而氫氣含量維持在2% ,以確保床層頂部催化劑被全部還原。2”瓷球.8.31m’'(6)在出口溫度穩定的情況下,將入口H2濃度提圖1催化劑裝填示意圖高到4%~6%,維持3h,以確保全部催化劑被還原。第4期神莘科技(7)還原結束后,系統用氮氣進(jìn)行置換,出口溫2012年上半年累計生產(chǎn)甲醇325780.48t，甲醇度控制在220C合成裝置運行平穩,副產(chǎn)物非常低,在1200ppm以下，3.3.3還原 曲線(xiàn)合成塔出口溫度控制在238C，碳效率達到97.7%,C0轉化率最高達到83.5%,表現出良好的性能特征。220裝置最大負荷達到110%,見(jiàn)表2。200表2 MK-121 催化劑初期和中期運行數據武19012人塔氣體組成新鮮循環(huán) 操作操作0粗甲日期(v%)氣量氣量溫度壓力轉化醋T人口率產(chǎn)量T出口H2 CO CO2 N2 Nm'/h Nm/h CMpa %thT汽包H2人口2010.1.22 73.50 7.58 2.04 9.53 62869 113100 225 4.5 82.1 29.8H出口2010.7.27 74.31 12.73 1.48 7.62 151581 275800 235 6.8 83.3 66.4時(shí)間h2011.1221 76.62 12.20 3.46 6.83 203625 366000 235 7.9 81.6 91.74生產(chǎn)情況介紹2011.1226 75.31 1.98 3.22 7.43 201810 363000235 8.0 83.5 91.12010年1月14日甲醇合成催化劑還原結束,直.2012.2.29 73.00 13.88 2.76 8.67 199208 386179 237 7.9 75.4 89.6到1月21日氣化裝置投料產(chǎn)出合成氣,甲醇合成裝2012.5.9 70.27 17.71 1.98 7.62 196897 361000 237 7.9 77.3 87.0置產(chǎn)出合格甲醇。試生產(chǎn)期間,甲醇裝置一直處于低5結束語(yǔ)負荷運行狀態(tài),最高負荷70% ,全年共生產(chǎn)3454.4h,生產(chǎn)甲醇10.99萬(wàn)t。2011 年1~9月，系統消缺整通過(guò)兩年來(lái)運行實(shí)踐證明，托普索甲醇合成技改,2011年9月再次試生產(chǎn),11月達到滿(mǎn)負荷運行，術(shù)工藝先進(jìn),設計合理,系統中設計的脫硫保護器，11年12月對系統進(jìn)行了性能考核。裝置各項技術(shù)指對保護合成催化劑、延長(cháng)催化劑的壽命起到了很好標基本達到設計值。表1是性能考核結果。的作用?？傮w上實(shí)現反應器設計與催化劑性能緊密表1性能考核結果的結合,系統高效、可靠。序號工藝技術(shù)指標設計值實(shí)際生產(chǎn)值MK-121催化劑的CO轉化率達到或超過(guò)了設1甲醇反應 器出口甲醇濃度(v%) 14.6317.14計指標，催化劑具有很高的選擇性、活性和穩定性，具循環(huán)倍率1.77-2.261.8-1.9備良好的操作穩定性和彈性范圍。經(jīng)濟技術(shù)指標先粗甲醇高級醇含量( wt% )0.17~0.25 < 0.12%進(jìn),可實(shí)現低能耗、低消耗、低三廢排放,低成本運行合成氣消耗(Nm%t)22562311目標,經(jīng)濟效益顯著(zhù)。。壓縮機動(dòng)力蒸汽消耗(2.5MPa,33.430.6360C, l/h)6付產(chǎn)蒸汽量(4)1.111.15作者簡(jiǎn)介:王劍鋒( 1971-),現供職于陜西成陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限7合成塔壓降( kPa)170~. 300170~200公司質(zhì)量技術(shù)部,從事化工工藝技術(shù)管理工作。The Application and Practice of Topsoe Methanol Synthesis TechnologyW ANG Jianfeng(Shaanxi Xianyang Chemical Industry Co., Ltd, Xianyang, Shaanxi, 712000)Abstract: This paper introduces the application of Topsoe methanol synthes is technology in Xianyang Chemical Industry Co., Ltd. It is provedthrough the production practice that with advanced technology, reasonable design, low energy consumption, high selectivity, activity andstability of catalyst, Topsoe methanol synthesis technology has favorable operation stability and elastic range.Key Words: Methanol Synthesis; Catalyst; Application; Performance Assessment(收稿日期:2012-09-24責任編輯:楊靜)