50萬t／a甲醇項(xiàng)目合成反應(yīng)器設(shè)計(jì)與工業(yè)應(yīng)用

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1、50萬t／a甲醇項(xiàng)目合成反應(yīng)器設(shè)計(jì)與工業(yè)應(yīng)用引?言???兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)50萬t甲醇合成裝置采用華東理工大學(xué)“絕熱—管殼外冷復(fù)合式反應(yīng)器”專利技術(shù)，其建成投產(chǎn)，對(duì)兗礦高硫煤能夠得到充分有效利用，減少資源浪費(fèi)，使煤炭行業(yè)向高附加值碳一化工方向轉(zhuǎn)化等方面，具有重要意義。1?國(guó)內(nèi)外甲醇合成反應(yīng)器概述???甲醇工業(yè)始于20世紀(jì)初，到20世紀(jì)60年代，甲醇工業(yè)取得重大進(jìn)展。1966年英國(guó)ICI公司首先推出了低壓甲醇合成工藝——ICI工藝，此為低壓法生產(chǎn)甲醇的開端。1971年原西德Lurgi公司成功開發(fā)

2、另一著名低壓法工藝——Lurgi工藝。???所有中、低壓法甲醇裝置工藝過程類似，在壓力為5.0MPa～15.0MPa、溫度為205℃～266℃之間操作。各種中、低壓甲醇工藝的主要區(qū)別在于反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、反應(yīng)熱的移走及回收利用方式的不同，另外，所用催化劑亦有差異。1.1?國(guó)外低壓甲醇合成反應(yīng)器???國(guó)外目前比較成熟且已工業(yè)化的低壓甲醇合成塔有：Lurgi管殼式反應(yīng)器、東洋公司(TEC)的MRF型反應(yīng)器、Linde螺旋管反應(yīng)器、英國(guó)ICI公司低壓法甲醇合成塔、三菱瓦斯超級(jí)合成塔(SPC)、美國(guó)空氣產(chǎn)品和化學(xué)品

3、公司(APCI)漿態(tài)床反應(yīng)器。1.2?國(guó)內(nèi)管殼式反應(yīng)器???國(guó)內(nèi)低壓甲醇裝置建設(shè)始于20世紀(jì)70年代，最早引進(jìn)的是ICI公司的冷激型低壓甲醇合成塔，裝置數(shù)量不多，哈爾濱氣化廠的1套4萬t／a冷激型低壓甲醇合成塔已改為杭州林達(dá)公司的均溫型甲醇合成塔。雖然冷激型低壓甲醇合成塔大型化比管殼式甲醇合成塔容易得多，但由于其操作性能不好，目前已不是低壓甲醇技術(shù)發(fā)展的主流。后來國(guó)內(nèi)新建的甲醇裝置除川維甲醇廠采用東洋工程公司的甲醇合成塔外，大都采用魯奇公司的第一代低壓管殼式甲醇合成塔。???國(guó)內(nèi)研究開發(fā)甲醇反應(yīng)器較早的

4、單位有華東理工大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、杭州林達(dá)公司等。其中，華東理工大學(xué)早期研發(fā)中高壓甲醇合成塔，20世紀(jì)80年代，受國(guó)家委托開始依托上海焦化“三聯(lián)供”項(xiàng)目，研究大型低壓甲醇合成技術(shù)，其主要成果之一是絕熱—管殼復(fù)合反應(yīng)器。1.3?本項(xiàng)目甲醇合成反應(yīng)器的選擇???與高壓法工藝相比，中、低壓法工藝在投資和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面都具有顯著優(yōu)勢(shì)。以天然氣為原料的甲醇廠，高壓法能耗達(dá)64.8GJ／t甲醇，而大型低壓法裝置為29.5GJ／t～31.5GJ／t甲醇。20世紀(jì)70年代后國(guó)外新建的大中型甲醇裝置全部采用低壓法，

5、超大型裝置(大于50萬t／a)采用中壓法，高壓法漸趨淘汰。高、中、低壓法甲醇生產(chǎn)主要操作條件列于表1。???從目前國(guó)內(nèi)外甲醇工業(yè)發(fā)展情況來看，預(yù)計(jì)以副產(chǎn)蒸汽、等溫合成為特征的中低壓合成工藝將是今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)甲醇合成的主流工藝。本項(xiàng)目甲醇規(guī)模為50萬t／a，宜選用低壓法工藝。???根據(jù)全廠蒸汽平衡方案，本項(xiàng)目甲醇合成副產(chǎn)蒸汽利用變換工藝余熱過熱后，并入2.5MPa(G)蒸汽管網(wǎng)，用于驅(qū)動(dòng)蒸汽透平，因此需選用副產(chǎn)中壓蒸汽的甲醇合成塔。???本項(xiàng)目?jī)艋瘹鈮毫?.2MPa(A)，如果合成壓力為5.8MP

6、a(A)(凈化氣補(bǔ)在循環(huán)氣入口)，根據(jù)有關(guān)計(jì)算，受設(shè)備運(yùn)輸尺寸及管道尺寸限制，單系列和雙系列均達(dá)不到日產(chǎn)甲醇1500t且留有10％余量的設(shè)計(jì)要求，需要采用3個(gè)系列。3個(gè)系列不僅占地多、操作管理麻煩，而且投資較高。因此，根據(jù)國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，必須提高合成壓力。根據(jù)華東理工大學(xué)計(jì)算，合成壓力提高到8.3MPa(A)后，單系列(2個(gè)φ3800mm合成塔并聯(lián)操作)可以滿足設(shè)計(jì)要求。???華東理工大學(xué)開發(fā)的水冷串氣冷甲醇合成塔專利技術(shù)目前正在2個(gè)10萬t／a增產(chǎn)改造到15萬t／a的廠試點(diǎn)，但都未開車，用于本項(xiàng)目存在

7、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，不推薦采用。???根據(jù)有關(guān)技術(shù)交流掌握的情況，本項(xiàng)目如采用國(guó)外技術(shù)，投資將比采用國(guó)內(nèi)技術(shù)高4000萬元以上；項(xiàng)目實(shí)施周期較長(zhǎng)，而運(yùn)行費(fèi)用方面并無顯著優(yōu)勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)已工業(yè)化的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低壓等溫合成甲醇裝置最大規(guī)模為20萬t／a。從項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度、投資、超限設(shè)備運(yùn)輸、技術(shù)成熟可靠等方面綜合考慮后，本項(xiàng)目擬采用8.3MPa等溫甲醇合成方案，反應(yīng)器采用華東理工大學(xué)專利技術(shù)，2臺(tái)并聯(lián)操作。2?甲醇合成工藝流程和反應(yīng)操作條件2.1?甲醇合成工藝流程???甲醇合成采用雙塔并聯(lián)操作。甲醇合成工藝流程示

8、于圖1(只給出單塔情況)。新鮮氣在離心式透平壓縮機(jī)內(nèi)加壓至8.2MPa(A)，與循環(huán)氣以1∶5的比例混合，混合氣在換熱器中，與反應(yīng)器出口氣體換熱，升溫至約225℃(按反應(yīng)后期情況)，然后進(jìn)入絕熱—管殼反應(yīng)器。在反應(yīng)器內(nèi)，氣體流經(jīng)反應(yīng)管，在催化劑作用下，CO、CO2加氫合成甲醇，反應(yīng)熱傳給殼程的沸騰水，產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽包，反應(yīng)器出口氣溫度約254℃，含甲醇6.2％左右，在換熱器內(nèi)經(jīng)換熱后，溫度為95℃，然后經(jīng)水冷卻，溫度降到40℃以下。經(jīng)甲醇分