城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇設備的設計

河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2007年第24卷設計與計算城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇設備的設計李福達,楊志敏河南省化工設計院有限公司,河南鄭州450052)摘要計針對城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的特定生產(chǎn)條件在堅持引進(jìn)消化吸收的前提下借鑒集成國內外先進(jìn)適用技術(shù)設計了甲醇合成塔、甲醇分離器、中間換熱器等甲醇合成的關(guān)鍵設備從而保證了城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇項目的順利竣工投產(chǎn)和長(cháng)期穩定良好運行。關(guān)鍵詞城市煤氣;甲醇合成塔;甲醇分離器;設計中圖分類(lèi)號Q223.121文獻標識碼書(shū)文章編號:003-3467(2007)2-0038-02河南義馬煤氣化工程是經(jīng)國務(wù)院批準的國家重少一半的供氣能力對于調峰不是最佳選擇。點(diǎn)建設項目是利用澳大利亞政府貸款和國內配套城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇是煤氣調峰的最佳選擇。該資金建設的大型煤化工項目是河南省乃至全國煤項目對我們的設計提出了較為苛刻的要求按公稱(chēng)炭行業(yè)首家實(shí)施煤炭就地轉化生產(chǎn)城市煤氣的社會(huì )能力設計最大能力可達年產(chǎn)8萬(wàn)t最小也能在每公益性工程。建成投產(chǎn)五年來(lái),城市煤氣產(chǎn)量由年3萬(wàn)t的低負荷下正常運行這樣在最大負荷生2001年的463萬(wàn)Nm3提高到2006年的3.6億產(chǎn)時(shí)每天生產(chǎn)的甲醇可吃掉一臺爐子所產(chǎn)的氣最Nm3甲醇產(chǎn)量達到年產(chǎn)26萬(wàn)t基本滿(mǎn)足了義馬至小負荷時(shí)每天消耗氣量約20萬(wàn)Nm3調峰能力可達鄭州沿途200多公里、十幾個(gè)縣市數萬(wàn)戶(hù)居民的生三分之一。針對這種要求我們對方案進(jìn)行了多次活用氣和工業(yè)用氣有力地支持了河南經(jīng)濟與和諧認真的研究和討論對操作彈性較大的主要設備大社會(huì )的建設膽探索集成與創(chuàng )新尤其是對必須連續生產(chǎn)的甲醇l997年河南省化工設計院承接了義馬氣化廠(chǎng)合成的關(guān)鍵設備進(jìn)行認真細致的比選其中有甲醇年產(chǎn)5萬(wàn)t甲醇的設計任務(wù),當時(shí)國家建設該廠(chǎng)的合成塔、中間換熱器和甲醇分離器等。主要目的是生產(chǎn)城市煤氣,以解決義馬、洛陽(yáng)、鄭州城市及沿線(xiàn)周邊地區的居民及企業(yè)用氣減輕大1甲醇合成塔的設計開(kāi)發(fā)氣污染。眾所周知居民用氣因受時(shí)、日、季節的不甲醇合成反應器有lCI多段絕熱段間冷激型、同用氣量變化很大。按照燃氣行業(yè)的常規做法,Lmgi殼副產(chǎn)蒸汽型、 Casale軸徑向流動(dòng)型、 Linde時(shí)、日的調峰一般由當地用氣的城市解決季節的調均溫型、TopsΦpe徑向流動(dòng)型等多種型式。在綜合峰由氣源廠(chǎng)來(lái)解決。調峰措施有兩種:-是采用增剖析了諸多類(lèi)型的反應器型式后我們認為 Lurgi減氣化爐開(kāi)停臺數;二是采用與消耗煤氣的化工產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)。我們通過(guò)多方案比較最終選擇了城市煤管殼式比較適合義馬氣化廠(chǎng)城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的工氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的方案使甲醇正常負荷生產(chǎn)時(shí)可消耗況條件該反應器由幾千根管組合而成每根管子相臺爐子的產(chǎn)氣量相當于8萬(wàn)匕a甲醇的產(chǎn)量并當于一個(gè)反應器沒(méi)有放大效應操作彈性較大洞且要求有較大的操作彈性,調峰能力至少要達到三時(shí)該反應器具有操作簡(jiǎn)單、溫度易于控制、副產(chǎn)中壓分之一。因此必須對甲醇生產(chǎn)的甲醇合成反應器蒸汽催化劑裝卸方便、開(kāi)工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。等關(guān)鍵設備進(jìn)行改進(jìn),以增加反應器的操作彈性。1.1甲醇合成塔結構的改進(jìn)而氣源廠(chǎng)解決的方法無(wú)非是多開(kāi)一臺或少開(kāi)一臺氣中國煤化工反應器的基礎上對甲化爐該氣化廠(chǎng)的設計能力是每天生產(chǎn)凈煤氣120醇CNMHG凈煤氣工況和物料熱萬(wàn)Nm3三臺氣化爐為二開(kāi)一備停開(kāi)一臺就等于減量衡算對甲醇合成反應器在總體結構上按照傳統收稿日期2006-12-12作者簡(jiǎn)介李福達(1945-)男高級工程師從事化工設備的設計與開(kāi)發(fā)工作電話(huà)(0371)8567838。第2期李福達等城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇設備的設計39管殼式等溫反應器進(jìn)行主體設計并對高徑比、反應對于一定直徑的殼體欲使其管程能裝填足夠多的器直徑及部分內部結構形式進(jìn)行改進(jìn)。確定合適的催化劑就應當在其中盡量多地排列管子使換熱管高徑比為2.92塔徑Φ3000布置3709根Φ38×的壁厚減少到最薄這就要求設計者應根據材料的2的換熱管洏相同塔徑Φ3000的Irs殼式等溫選擇和制造工藝的可能性綜合考慮管間距的最←反應器的高徑比為3.13Φ38×2的換熱管僅布置值。為此管材的選擇也非常重要。齊魯二化引進(jìn)355根即降低反應器高徑比約6.71%縮短了換西德魯奇年產(chǎn)10萬(wàn)t甲醇合成塔的管子采用瑞典熱管布置間距相當于增加換熱管數量4.33%。3RE60雙相不銹鋼雙相不銹鋼克服了一般奧氏體1.2在換熱管的適當位置增設攴撐破膜環(huán)不銹鋼具有應力腐蝕破裂敏感性的缺陷其顯微組甲醇合成反應是一強放熱反應,反應溫度為織細具有更高的強度和耐均勻腐蝕的能力湯另一突200~280℃空速為6000~10000h-。隨著(zhù)反應出特點(diǎn)是其線(xiàn)熱膨脹系數遠小于奧氏體不銹鋼與的進(jìn)行合成反應器的換熱器必須能將甲醇合成反碳鋼接近這一特點(diǎn)對這臺設備至關(guān)重要因為前面應熱及時(shí)移走以避免合成反應器觸媒床層升溫過(guò)已分析過(guò)這臺設備殼體必須為低合金高強度鋼。殼熱使催化劑燒結而導致無(wú)法正常生產(chǎn)。甲醇合成反程在這種操作壓力(4.6MPa)下無(wú)法設置膨脹節應器換熱器的管外熱載體為沸水在和甲醇合成反換熱管若采用奧氏體不銹鋼,管子和管板將無(wú)法承應器換熱過(guò)程中管殼的沸水迅速汽化時(shí)易形成渦受這樣大的溫度應力。與奧氏體不銹鋼相比雙相流上升使換熱器形成振動(dòng)而影響換熱器旳使用壽不銹鋼旳導熱系數大適合制作熱交換器的管芯換命。在甲醇合成反應器換熱管外壁增加彈性擋圈熱效率比奧氏體不銹鋼高。與第一代雙相不銹鋼相開(kāi)頭的卡環(huán)有效地破除蒸汽渦流上升時(shí)產(chǎn)生的汽比第二代2)05雙相不銹鋼的含碳量更低且添加了液不均相從而增加傳熱系數冋同時(shí)起到加固作用,氮耐局部腐蝕能力強具有較高的抗焊后熱影響區防止汽化渦流上升沖擊支撐板而引起換熱器振動(dòng)。內晶間腐蝕能力。我院曾為濮陽(yáng)甲醇廠(chǎng)設計過(guò)這種合成塔自1991年投產(chǎn)以來(lái)使用情況良好沒(méi)備直徑為26m而當時(shí)2中間換熱器的設計齊魯二化引進(jìn)西德魯奇年產(chǎn)10萬(wàn)t甲醇合成塔直中間換熱器主要是利用經(jīng)過(guò)合成反應的出塔高徑是2.8m。溫氣體將進(jìn)入合成塔前的合成氣加熱盡量提高進(jìn)1.3材料的國產(chǎn)化設計塔溫度是這臺設備設計的關(guān)鍵。作為國內第一臺國產(chǎn)化的甲醇合成反應器沒(méi)設2.1采用單管程換熱器計難度很大機械設計要求高設備復雜制造困難為了減小換熱器直徑采用單管程換熱器這就對材料及制造方面的難度都很高瀧其是直徑大時(shí),使換熱管長(cháng)度達12m由于熱膨脹量大只能采用浮對設計和制造以及材料的選擇就更加困難頭式擔管程出氣管又不能直接穿出外殼因為這樣根據工藝計算反應器直徑應為3m沒(méi)計壓力出氣管與外殼之間密封是個(gè)難題。為此我們采用5.6MPa設計溫度300℃。在這樣的直徑壓力和了出氣管在殼體內收縮的結構因管、殼程間只存在溫度條件下國內材料的選擇是一個(gè)很棘手的難題,阻力壓差填料密封可以解決問(wèn)題尤其是筒體材料的選擇因為在同樣條件下其厚度2.2增大傳熱系數比球形封頭大一倍必須采用高強鋼來(lái)減薄筒體厚增大傳熱系數使被加熱合成氣走管內縮小換度。通過(guò)詳細調查和査閱資料發(fā)現在鍋爐制造行熱管管徑且管內增設類(lèi)似靜態(tài)混合器結構的擾流業(yè)大量使用的13 MnMonbr(BHW35)板材塑性好,元件。脆轉變溫度低焊接性能好焊接工藝簡(jiǎn)單,減2.3避免羰基鐵的生成了制造難度增強了設備制造的可靠性,雖含Mo量聲內樸王端其化物生成的條件,為避免不到0.5M(實(shí)際為0.3Mo),強度指標稍低于羰基中國煤化壁加以特殊處理。l8 MnMoNbR(兩者a1分別是570MPa和590CNMHGMPa )o但作為簡(jiǎn)體所接觸的介質(zhì)是水作為管板可3高效復合型甲醇分離器的設計在管程側堆焊抗氬腐蝕材料,可以完全滿(mǎn)足使用要甲醇合成后的氣體從冷凝器出來(lái)后大部分甲求(下轉第52頁(yè)盛裝催化劑的換熱管是這臺設備的核心部件河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2007年第24卷柔性連續耐高溫抗腐蝕碳纖維抽油杄的硏制兩個(gè)項東華魯恒升化工股份有限公司建成開(kāi)車(chē)后實(shí)現了目日前通過(guò)了山東省科技廳組織的技術(shù)鑒定。長(cháng)周期穩定高效運行年產(chǎn)合成氨突破32萬(wàn)t。這混雜纖維增強復合材料的開(kāi)發(fā)及其應用研究項套裝置的運營(yíng)成功將徹底改變我國大型化肥裝置長(cháng)目利用碳纖維、金屬纖維及無(wú)機礦物纖維等作為混期依賴(lài)進(jìn)口的局面。1月18日中國石油和化學(xué)工雜增強纖維充分發(fā)揮了碳纖維諴摩質(zhì)輕、金屬纖維業(yè)協(xié)會(huì )、山東華魯恒升化工股份有限公司舉辦自主高強導熱、無(wú)機纖維耐熱價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)利用環(huán)保型的創(chuàng )新與核心競爭力——華魯恒升可持續發(fā)展戰略高改性樹(shù)脂作為基體達到無(wú)粉塵污染和低有機物排峰論壇總結探討化工行業(yè)實(shí)現自主創(chuàng )新走可持續放的雙重效果制備的復合材料具有良好性能。所發(fā)展道路的新模式研制的混雜纖維增強復合材料組成設計先進(jìn)材料由山東華魯恒升公司承擔的這一項目是全國來(lái)源廣泛制作工藝簡(jiǎn)單應用前景廣闊?；市袠I(yè)第一套依托自主技術(shù)建設的國產(chǎn)化項目,柔性連續耐高溫抗腐蝕碳纖維抽油杄旳硏制采項目采用擁有囯內自主知識產(chǎn)權的潔凈煤氣化及大用酚醛樹(shù)脂為基體羥基硅油為固化增韌體系成功型化肥國產(chǎn)化裝置成套技術(shù)采用我國分布廣泛、價(jià)研制了新一代碳纖維抽油杄既具有高的比強度、比格低廉旳煙混煤取代價(jià)高緊缺的無(wú)煙煤為主要原模量、疲勞強度、耐磨性又具有耐腐蝕性、耐髙溫、料在當前石油、夭然氣日益緊缺旳情況下,可以有較高的韌性等性能。該項目開(kāi)發(fā)的拉擠生產(chǎn)過(guò)程計效地緩解原料限供和漲價(jià)帶給化肥企業(yè)的壓力具算機模擬技術(shù)可有效優(yōu)化現有生產(chǎn)工藝所開(kāi)發(fā)的有較大的發(fā)展空間同時(shí)對中小氮肥企業(yè)實(shí)現產(chǎn)業(yè)耐高溫抗腐蝕抽油杄生產(chǎn)和系統作業(yè)計算杋軟件系升級也提供了技術(shù)支持。統能夠有效地指導礦場(chǎng)作業(yè)。專(zhuān)家認為該項目的投產(chǎn)實(shí)現了我國大氮肥技術(shù)、裝備和原料結構的重大突破改寫(xiě)了我國大型化大氮肥可持續發(fā)展新模式肥建設依靠引進(jìn)的歷史,對促進(jìn)我國化肥和裝備制國家十五”重大科技攻關(guān)項目—全國首套造業(yè)的發(fā)展具有重要意義大氮肥裝置國產(chǎn)化技改示范工程于2004年底在山(上接第39頁(yè))螺栓不斷變形伸長(cháng)開(kāi)始微量泄漏合成氨生產(chǎn)的中醇被冷凝下來(lái)流入粗甲醇儲槽氣體中還有少量甲壓變換使用的熱交換器就出現類(lèi)似的現象在生產(chǎn)醇進(jìn)入甲醇分離器依靠分離器將剩余的甲醇分離。過(guò)程中需經(jīng)常擰緊大法蘭的螺栓。為避免此種麻為了提高分離器的分離效率我們在多套甲醇裝置煩有些設計不設置大法蘭而將其直接焊死在停車(chē)的設計中嘗試采用了各種形式的分離方式如用洗檢修時(shí)將其割開(kāi)然后再將其焊死?？紤]到以上的滌方法將氣體中的甲醇吸收吸收的稀甲醇液送預原因這兩臺設備不設置大法蘭而只設置人孔法蘭塔吸收后的氣體經(jīng)過(guò)多級分離除去夾帶物。根據為使密封可靠采用金屬環(huán)墊片密封效果很好。義馬氣化廠(chǎng)城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的特點(diǎn)我們要設計出操作彈性大的分離器即要適應較大的氣量和洗5實(shí)施效果滌液量的變化為此我們將板式塔、旋流板、旋風(fēng)、絲河南義馬城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇裝置自2001年11網(wǎng)等多種結構巧妙組合取得較好的效果。月開(kāi)車(chē)運行截止2006年12月30日累計連續生4密封結構可靠性的設計產(chǎn)61個(gè)月正常日產(chǎn)城市煤氣91×104Nm3、甲醇240t最高日產(chǎn)甲醇345t正常生產(chǎn)調峰能力為35甲醇合成反應器和中間換熱器兩臺設備工作條萬(wàn)NV凵中國煤化工件相近都在中溫300℃)中(5MPa左右)下工CNMHG主要設備的開(kāi)發(fā)設計作。根據以往的經(jīng)驗在這種條件下法蘭密封很難是先進(jìn)合理的買(mǎi)現了城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇裝置的穩保證因為即使按墊片所需密封比壓的要求將連接定、高效運行甲醇、煤氣產(chǎn)量在較大范圍內可以調螺栓擰緊但在工作過(guò)程中由于溫度和壓力的原因節使城市煤氣質(zhì)量完全達到了國家標準