低壓甲醇合成技術(shù)和等溫冷管型低壓甲醇合成塔

第43卷第2期化肥設計Apr. 20052005年4月Chemical Fertilizer Design33●低壓甲醇合成技術(shù)和等溫冷管型低壓甲醇合成塔劉華彥'，陳運根',劉春伏2(1.浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院,浙江杭州310014; 2.云浮硫鐵礦企業(yè)集團公司化工廠(chǎng),廣東云浮527343)摘要: 介紹了國內外低壓甲醇合成技術(shù)的發(fā)展現狀,論述了等溫冷管型低壓甲醇合成塔的結構形式、工藝流程和使用特點(diǎn)，總結了該塔的生產(chǎn)應用實(shí)例。關(guān)鍵詞:低壓甲醇合成;等溫冷管型甲醇合成塔;雙合成系統串聯(lián)中圖分類(lèi)號: TQ223. 121文獻標識碼: B文章編號: 1004 - 8901 (2005)02 - 0033 - 03Low pressure Methanol Synthesis and Isothermic Cold Tube Type of Low PressureMethanol Synthesis ConverterLIU Hue-yan, CHEN Yun- gen, LIU Chun-hua(1. Chemical Material College, Zhejiang Industrial University, Hangzhou Zhejiang 310014 China;2. Yunfu Sulfur lIron stone Enterprise Group Company Chemical Plant, Yunfu Guangdong 527343 China )Abstract: The present developmental status of low pressure methanol synthesis technology at home and outland has been introduced, the cons -tructual type, process flow and application characteristic of isothermnic cold tube type of low pressure methanol synthesis converter have been discussed,and the productive application example of this converter has been summarized.Key words: low pressure methanol synthesi; isothermic cold tube type of methanol synthesis converter; serial combination of bi-syntheis system由于低壓甲醇合成壓力低,綜合能耗較低，因填催化劑，殼程用沸騰水移熱(見(jiàn)圖1)。該類(lèi)型塔此，國內外大規模甲醇生產(chǎn)采用較普遍。低壓合成的催化劑床層溫差較小,↓氣體進(jìn)口的壓力為5~ 10 MPa,采用銅基催化劑，反應溫度操作比較平穩，轉化率也為200~280 C,空速為6 000~10 000 h~'。較高，還能副產(chǎn)中壓蒸甲醇合成反應放熱量大,而甲醇催化劑耐熱性汽。但由于殼程占據空間差,活性溫度范圍較窄。低壓下合成甲醇轉化率又大，催化劑裝填系數小較高壓下低，催化劑裝量大。因此，低壓甲醇合成(~35%)，設備投資大，塔不僅要求催化劑床層溫差小,轉化率高,催化劑同時(shí)為解決熱膨脹應力問(wèn)$壽命長(cháng)，操作方便,而且為了提高設備生產(chǎn)強度應題必須采用2種不同膨脹盡可能地提高催化劑裝填系數。系數的特殊不銹鋼材質(zhì),↓氣體出口且管材需進(jìn)口，因而設備1當前國內外低壓 甲醇合成技術(shù)造價(jià)高。圖1 Lurgi 管殼式甲醇塔目前,低壓甲醇塔主要有英國ICI絕熱型冷激Topste的三塔絕熱徑向合成塔串聯(lián)的合成裝式和德國Lurgi管殼式低壓甲醇合成塔。置,塔間采取水加熱器移熱。三菱超轉化率合成塔ICI冷激式甲醇塔采用四段絕熱床層，層間采(即SPC塔)是Lurgi塔的改進(jìn)型(見(jiàn)圖2),其結構取3次冷激。這種類(lèi)型的甲醇塔雖然結構簡(jiǎn)單,生是在催化劑管中插一逆 流冷管,催化劑裝填于內外產(chǎn)能力較大,但是床層軸向溫差大，而且為了降溫.管間的環(huán)形空間。人塔氣體進(jìn)人內冷管自下而上流需加入冷激氣,使出口氣濃度下降,從而降低了合作者簡(jiǎn)介:劉華彥(1969年-),男，湖北天門(mén)人，1995 年畢業(yè)于浙成效率，空時(shí)得率較低，催化劑壽命也短。江大學(xué)化工系化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，碩士,副教授,主要從事催化反應工Lurgi管殼式甲醇塔采取列管式結構,管程裝程、過(guò)程系統工程的教學(xué)和科研工作。34●化肥設計2005年第43卷動(dòng),與內外管間的反應氣為節省的等溫冷管型低壓甲醇合成塔(見(jiàn)圖5)。體換熱，床層的反應熱分別由殼程的沸騰水和內冷出口基9管的冷氣移走，不僅冷管的移熱能力強，而且床層沸騰水反應更能沿最佳溫度曲線(xiàn)進(jìn)行,因此轉化率將明顯氣體出口. 氣體入口提高。圖2冷管管殼式低壓Linde螺旋管合成塔,甲醇合成塔采用螺旋水冷管，用鍋爐水移去管外催化劑層反氧化鋁球出塔應熱。其結構比直形冷管更為可靠。日本東洋工圖4 U形管式低壓甲醇塔圈5等溫冷管型低壓 甲醇塔程公司(TEC)的MRF合成塔采用立式鍋爐水冷卻管移熱,鍋爐給水從底部通人冷卻管,產(chǎn)生的蒸汽該合成塔由外筒和內件兩部分組成。外筒包括匯集在蒸汽室,反應氣體在床層中呈徑向流動(dòng)。該上封頭、簡(jiǎn)體、下封頭;內件包括隔板、冷管膽、支塔阻力小,冷卻管的傳熱系數也高。承圈。其中冷管膽由引氣管、上環(huán)管、并流冷管、為了適應生產(chǎn)能力在2500t/d以上的大型甲逆流冷管、下環(huán)管組焊而成,通過(guò)支承圈支撐在外醇合成裝置, Lurgi公司開(kāi)發(fā)了管殼式和冷管式合筒壁上，其下方裝填氧化鋁球,冷管外裝填催化成塔串聯(lián)的組合型合成裝置，分別采用水冷和氣冷劑。 上封頭頂部焊有進(jìn)氣管，下封頭底部焊有出氣移熱，工藝流程見(jiàn)圖3。原料氣先進(jìn)人冷管式合成管,在其上方焊有擋板,在下封頭擋板外圍焊接催塔管內逆流移熱,預熱后氣體從塔頂部離開(kāi)進(jìn)入管化劑卸料口。上封頭 與隔板、筒體與隔板間采用填殼式合成塔管內催化劑床層反應,管外用沸騰水移料密封,用螺栓緊固,下封頭與筒體間焊接。引氣熱，出塔氣進(jìn)入冷管式合成塔上部催化劑床層繼續管與隔板間采用填料函密封。反應,出冷管塔的氣體經(jīng)回收熱量、降溫、分醇后,在裝填催化劑前先打開(kāi)外簡(jiǎn)頂蓋，即上封頭,進(jìn)入再循環(huán)。該裝置循環(huán)量比較小，為現行甲醇塔取出隔板，再在冷管膽下方填滿(mǎn)氧化鋁球,然后裝的1/2,節省能耗。填催化劑至接近逆流冷管口,蓋上隔板，在填料函高磨↑處安裝填料，最后吊裝上封頭，安裝密封填料,用螺栓緊固。更換催化劑時(shí)，只需打開(kāi)卸料口,催化氣冷式劑即隨氧化鋁球同時(shí)卸出。反應器正常生產(chǎn)時(shí)，經(jīng)預熱后的原料氣從進(jìn)氣口人查冷式塔,氣體通過(guò)引氣管、上環(huán)管,經(jīng)并流冷管預熱至放空氣-下環(huán)管混合后分布到逆流冷管進(jìn)- -步預熱,氣體上--2升到催化劑層反應，自上而下流動(dòng)，邊反應邊移粗甲醇鍋爐進(jìn)水熱，直至冷管膽底部出床層，通過(guò)氧化鋁球從出氣圖3組合型合 成塔的甲醇合成回路口出塔。床層溫度控制在~ 240心。低壓甲醇合成近年來(lái)，林達公司的U形管均溫型低壓甲醇工藝流程見(jiàn)圖6。該合成塔具有以下優(yōu)點(diǎn):塔已在哈氣化成功應用，并初步取得成效。U形管合成塔一一廢熱鍋炯r 一水冷器式低壓甲醇塔是國內開(kāi)發(fā)的一種塔型，其床層溫差小，轉化率較高,催化劑裝填系數也高。U型管式甲醇分離器一+去精餾低壓甲醇塔結構示意見(jiàn)圖4。原料氣壓縮機-..弛放氣2等 溫冷管型低壓甲醇合成塔及工藝圖6等溫冷 管型低壓甲醇合成塔工藝流程目前，筆者按照市場(chǎng)發(fā)展的需要,在多年研發(fā)(1)與冷激式低壓甲醇塔相比，床層溫差大幅氨、甲醇反應器的基礎上，又開(kāi)發(fā)了一種床層溫度度減小，有利于甲醇合成反應,轉化率高，副反應分布理想、反應效率高、催化劑裝填系數高、催化少,催化劑壽命長(cháng)，空時(shí)得率高(可提高~ 50%),劑壽命長(cháng)、結構更加可靠、裝卸更為方便、投資大操作穩定、方便,還可副產(chǎn)蒸汽。(下轉第 46頁(yè))46●化肥設計2005年第43卷變脫塔噴淋密度應稍高于半脫塔的。這樣液體霧化易堵塔?？蛇x擇以浸汁法經(jīng)萃取、蒸發(fā)加入純堿等效果好，液相為分散相,氣相為連續相,使變脫塔輔料制取的熟化栲膠,使用時(shí)僅需將其溶解在60內的反應處于氣膜控制狀態(tài)，堿液就更有利于選擇C的堿性溶液中,稍許加熱，待溶解后即可均勻地性地吸收硫化氫,有利于防止堵塔。補人系統，避免了因生栲膠熟化不好或熟化過(guò)程中(5)栲膠液成分的控制變脫采用栲 膠脫硫的的溫度、堿度、空氣量、熟化時(shí)間等條件掌握不當工藝條件和效果與半脫不同，由于變換氣壓力高,而出現脫硫效率差、凈化度低、阻力大等現象。二氧化碳分壓高,栲膠液在脫硫過(guò)程中吸收二氧化(2)正確制備栲膠液溶釩要在堿液中進(jìn)行。碳較多,溶液組分中NaHCO3和NaCO,的成分比先將制備槽加人適量(制備槽的1/2~1/3)的清水,例失調，脫硫液的pH值偏低，造成脫硫液活性差,然后用蒸汽加熱器直接升溫，當溫度升至40~ 45堿耗高。我公司中壓變脫原始開(kāi)車(chē)時(shí)由于栲膠液成C時(shí)加堿，當溫度上升到85~90 C時(shí)，將五氧化分與半脫一致,造成變脫吸收二氧化碳較多，二氧二釩加人制備槽,維持溫度在90~95 C，保證30化碳損失多，脫硫成本高。經(jīng)過(guò)改進(jìn),將變脫液成~40min的反應時(shí)間，而后將栲膠脫硫劑加進(jìn)槽分進(jìn)行了調整，根據系統硫化氫的含量來(lái)調節栲膠內，一般15 min可溶解,此時(shí)即可取樣分析,成分液組分,把這些成分的控制適當放寬,既可有效地合格后用泵打人系統即可。保證脫硫率,又能降低脫硫成本。(3)穩定溶液組分每天都按指 標添加脫硫輔表1變換氣脫硫栲膠液成分g/L料,不能一次加得過(guò)多,也不可間隔時(shí)間太長(cháng)，溶.成分pH NaCO3 NaHOO3 栲膠NaVO3 懸浮S NaS2O3液的組分要穩定，不能忽高忽低，否則脫硫成本指標8.0~9.0 1~3 5~15 0.5~1.0 0.3~0.8≤0.5≤50高，脫硫效率也會(huì )下降。組分8.302.3320.65.4 0.2 1.0(4)強化熔硫,優(yōu)化再生熔 硫操作不能間斷,要連續熔硫,強化熔硫操作,優(yōu)化再生系統,4變脫工藝管理定期分析再生前后栲膠液中的HS~含量,以監控再(1)確保脫硫輔料質(zhì)量脫硫輔料要 選擇質(zhì)量生效率。好的橡碗栲膠,以免脫硫塔填料內有雜質(zhì),積硫多,修改稿日期: 2004-12-08(上接第34頁(yè))(2)與管殼式低壓甲醇塔相比，床層溫差更小化劑床層，在~230 C進(jìn)行反應,出塔氣經(jīng)廢鍋回.(Ot≤10 C),結構簡(jiǎn)單,無(wú)特殊材質(zhì)要求。催化劑收熱量,副產(chǎn)0.5 MPa蒸汽。出廢鍋氣體經(jīng)熱交換裝填系數可達~65%，比管殼式提高1倍,冷管比器降溫至~70 C,再經(jīng)水冷卻器降溫,至醇分離器傳熱面積減少~ 70%,不需特殊不銹鋼，設備投資分離粗醇后部分氣體放空,其余返回循環(huán)機?？纱蠓冉档?。此外，塔阻力也比管殼式塔小。循環(huán)氣弛放氣(3)冷管布置得更加合理,床層等溫性佳，多原料氣n冷副線(xiàn)重環(huán)管結構,穩妥可靠,裝卸催化劑也更為方便。子塔氣采取DN2000等溫冷管型低壓甲醇合成塔裝自子填催化劑16.5m3,在入塔氣量為128 000 m3/h,人“換熱氣廠(chǎng)出氣塔塔氣體積分數中00~7%, 0O2~3%，合成壓力在5.0 MPa的條件下，可生產(chǎn)甲醇5萬(wàn)t/ao如采取管[3J-粗甲醇-用霜h精甲醇.殼式合成塔，直徑需擴大到2.6m以上。圖7雙合成 系統串聯(lián)生產(chǎn)工藝流程1-二合- -壓縮機; 2- 甲醇分離器; 3- -甲醇中間槽; 4-水冷器;3等溫冷管型低壓甲醇合成塔的應用5-氣氣換熱器; 6~廢熱鍋爐; 7-開(kāi)工電爐; 8-甲醇合成塔四川某廠(chǎng)采用天然氣為原料生產(chǎn)甲醇,原生產(chǎn)后系統采用本院研制的φ1 400等溫冷管型低能力為15 000 tla,采用φ1 600管殼式合成塔，現壓甲醇合成塔, 設計能力為1. 5~2萬(wàn)tla,裝填催生產(chǎn)能力需擴大1倍。廠(chǎng)方經(jīng)調研,決定采用管殼化劑7.8m'。該塔目前剛投人使用，已達到床層溫式和冷管式合成塔,2個(gè)合成系統串聯(lián)生產(chǎn)(見(jiàn)圖差≤5 C,塔阻約為18 kPa的初步效果,運行情況7),即將老系統作為前一-級,其醇后氣作為后一級還待進(jìn)- -步考驗。的氣源,氣體經(jīng)熱交預熱至~150 C后人塔進(jìn)入催修改稿日期: 2005-03-20