低压甲醇合成技术和等温冷管型低压甲醇合成塔

第43卷第2期化肥设计Apr. 20052005年4月Chemical Fertilizer Design33●低压甲醇合成技术和等温冷管型低压甲醇合成塔刘华彦'，陈运根',刘春伏2(1.浙江工业大学化材学院,浙江杭州310014; 2.云浮硫铁矿企业集团公司化工厂,广东云浮527343)摘要: 介绍了国内外低压甲醇合成技术的发展现状,论述了等温冷管型低压甲醇合成塔的结构形式、工艺流程和使用特点，总结了该塔的生产应用实例。关键词:低压甲醇合成;等温冷管型甲醇合成塔;双合成系统串联中图分类号: TQ223. 121文献标识码: B文章编号: 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由于低压甲醇合成压力低,综合能耗较低，因填催化剂，壳程用沸腾水移热(见图1)。该类型塔此，国内外大规模甲醇生产采用较普遍。低压合成的催化剂床层温差较小,↓气体进口的压力为5~ 10 MPa,采用铜基催化剂，反应温度操作比较平稳，转化率也为200~280 C,空速为6 000~10 000 h~'。较高，还能副产中压蒸甲醇合成反应放热量大,而甲醇催化剂耐热性汽。但由于壳程占据空间差,活性温度范围较窄。低压下合成甲醇转化率又大，催化剂装填系数小较高压下低，催化剂装量大。因此，低压甲醇合成(~35%)，设备投资大，塔不仅要求催化剂床层温差小,转化率高,催化剂同时为解决热膨胀应力问$寿命长，操作方便,而且为了提高设备生产强度应题必须采用2种不同膨胀尽可能地提高催化剂装填系数。系数的特殊不锈钢材质,↓气体出口且管材需进口，因而设备1当前国内外低压 甲醇合成技术造价高。图1 Lurgi 管壳式甲醇塔目前,低压甲醇塔主要有英国ICI绝热型冷激Topste的三塔绝热径向合成塔串联的合成装式和德国Lurgi管壳式低压甲醇合成塔。置,塔间采取水加热器移热。三菱超转化率合成塔ICI冷激式甲醇塔采用四段绝热床层，层间采(即SPC塔)是Lurgi塔的改进型(见图2),其结构取3次冷激。这种类型的甲醇塔虽然结构简单,生是在催化剂管中插一逆 流冷管,催化剂装填于内外产能力较大,但是床层轴向温差大，而且为了降温.管间的环形空间。人塔气体进人内冷管自下而上流需加入冷激气,使出口气浓度下降,从而降低了合作者简介:刘华彦(1969年-),男，湖北天门人，1995 年毕业于浙成效率，空时得率较低，催化剂寿命也短。江大学化工系化学工程专业，硕士,副教授,主要从事催化反应工Lurgi管壳式甲醇塔采取列管式结构,管程装程、过程系统工程的教学和科研工作。34●化肥设计2005年第43卷动,与内外管间的反应气为节省的等温冷管型低压甲醇合成塔(见图5)。体换热，床层的反应热分别由壳程的沸腾水和内冷出口基9管的冷气移走，不仅冷管的移热能力强，而且床层沸腾水反应更能沿最佳温度曲线进行,因此转化率将明显气体出口. 气体入口提高。图2冷管管壳式低压Linde螺旋管合成塔,甲醇合成塔采用螺旋水冷管，用锅炉水移去管外催化剂层反氧化铝球出塔应热。其结构比直形冷管更为可靠。日本东洋工图4 U形管式低压甲醇塔圈5等温冷管型低压 甲醇塔程公司(TEC)的MRF合成塔采用立式锅炉水冷却管移热,锅炉给水从底部通人冷却管,产生的蒸汽该合成塔由外筒和内件两部分组成。外筒包括汇集在蒸汽室,反应气体在床层中呈径向流动。该上封头、简体、下封头;内件包括隔板、冷管胆、支塔阻力小,冷却管的传热系数也高。承圈。其中冷管胆由引气管、上环管、并流冷管、为了适应生产能力在2500t/d以上的大型甲逆流冷管、下环管组焊而成,通过支承圈支撑在外醇合成装置, Lurgi公司开发了管壳式和冷管式合筒壁上，其下方装填氧化铝球,冷管外装填催化成塔串联的组合型合成装置，分别采用水冷和气冷剂。 上封头顶部焊有进气管，下封头底部焊有出气移热，工艺流程见图3。原料气先进人冷管式合成管,在其上方焊有挡板,在下封头挡板外围焊接催塔管内逆流移热,预热后气体从塔顶部离开进入管化剂卸料口。上封头 与隔板、筒体与隔板间采用填壳式合成塔管内催化剂床层反应,管外用沸腾水移料密封,用螺栓紧固,下封头与筒体间焊接。引气热，出塔气进入冷管式合成塔上部催化剂床层继续管与隔板间采用填料函密封。反应,出冷管塔的气体经回收热量、降温、分醇后,在装填催化剂前先打开外简顶盖，即上封头,进入再循环。该装置循环量比较小，为现行甲醇塔取出隔板，再在冷管胆下方填满氧化铝球,然后装的1/2,节省能耗。填催化剂至接近逆流冷管口,盖上隔板，在填料函高磨↑处安装填料，最后吊装上封头，安装密封填料,用螺栓紧固。更换催化剂时，只需打开卸料口,催化气冷式剂即随氧化铝球同时卸出。反应器正常生产时，经预热后的原料气从进气口人查冷式塔,气体通过引气管、上环管,经并流冷管预热至放空气-下环管混合后分布到逆流冷管进- -步预热,气体上--2升到催化剂层反应，自上而下流动，边反应边移粗甲醇锅炉进水热，直至冷管胆底部出床层，通过氧化铝球从出气图3组合型合 成塔的甲醇合成回路口出塔。床层温度控制在~ 240心。低压甲醇合成近年来，林达公司的U形管均温型低压甲醇工艺流程见图6。该合成塔具有以下优点:塔已在哈气化成功应用，并初步取得成效。U形管合成塔一一废热锅炯r 一水冷器式低压甲醇塔是国内开发的一种塔型，其床层温差小，转化率较高,催化剂装填系数也高。U型管式甲醇分离器一+去精馏低压甲醇塔结构示意见图4。原料气压缩机-..弛放气2等 温冷管型低压甲醇合成塔及工艺图6等温冷 管型低压甲醇合成塔工艺流程目前，笔者按照市场发展的需要,在多年研发(1)与冷激式低压甲醇塔相比，床层温差大幅氨、甲醇反应器的基础上，又开发了一种床层温度度减小，有利于甲醇合成反应,转化率高，副反应分布理想、反应效率高、催化剂装填系数高、催化少,催化剂寿命长，空时得率高(可提高~ 50%),剂寿命长、结构更加可靠、装卸更为方便、投资大操作稳定、方便,还可副产蒸汽。(下转第 46页)46●化肥设计2005年第43卷变脱塔喷淋密度应稍高于半脱塔的。这样液体雾化易堵塔。可选择以浸汁法经萃取、蒸发加入纯碱等效果好，液相为分散相,气相为连续相,使变脱塔辅料制取的熟化栲胶,使用时仅需将其溶解在60内的反应处于气膜控制状态，碱液就更有利于选择C的碱性溶液中,稍许加热，待溶解后即可均匀地性地吸收硫化氢,有利于防止堵塔。补人系统，避免了因生栲胶熟化不好或熟化过程中(5)栲胶液成分的控制变脱采用栲 胶脱硫的的温度、碱度、空气量、熟化时间等条件掌握不当工艺条件和效果与半脱不同，由于变换气压力高,而出现脱硫效率差、净化度低、阻力大等现象。二氧化碳分压高,栲胶液在脱硫过程中吸收二氧化(2)正确制备栲胶液溶钒要在碱液中进行。碳较多,溶液组分中NaHCO3和NaCO,的成分比先将制备槽加人适量(制备槽的1/2~1/3)的清水,例失调，脱硫液的pH值偏低，造成脱硫液活性差,然后用蒸汽加热器直接升温，当温度升至40~ 45碱耗高。我公司中压变脱原始开车时由于栲胶液成C时加碱，当温度上升到85~90 C时，将五氧化分与半脱一致,造成变脱吸收二氧化碳较多，二氧二钒加人制备槽,维持温度在90~95 C，保证30化碳损失多，脱硫成本高。经过改进,将变脱液成~40min的反应时间，而后将栲胶脱硫剂加进槽分进行了调整，根据系统硫化氢的含量来调节栲胶内，一般15 min可溶解,此时即可取样分析,成分液组分,把这些成分的控制适当放宽,既可有效地合格后用泵打人系统即可。保证脱硫率,又能降低脱硫成本。(3)稳定溶液组分每天都按指 标添加脱硫辅表1变换气脱硫栲胶液成分g/L料,不能一次加得过多,也不可间隔时间太长，溶.成分pH NaCO3 NaHOO3 栲胶NaVO3 悬浮S NaS2O3液的组分要稳定，不能忽高忽低，否则脱硫成本指标8.0~9.0 1~3 5~15 0.5~1.0 0.3~0.8≤0.5≤50高，脱硫效率也会下降。组分8.302.3320.65.4 0.2 1.0(4)强化熔硫,优化再生熔 硫操作不能间断,要连续熔硫,强化熔硫操作,优化再生系统,4变脱工艺管理定期分析再生前后栲胶液中的HS~含量,以监控再(1)确保脱硫辅料质量脱硫辅料要 选择质量生效率。好的橡碗栲胶,以免脱硫塔填料内有杂质,积硫多,修改稿日期: 2004-12-08(上接第34页)(2)与管壳式低压甲醇塔相比，床层温差更小化剂床层，在~230 C进行反应,出塔气经废锅回.(Ot≤10 C),结构简单,无特殊材质要求。催化剂收热量,副产0.5 MPa蒸汽。出废锅气体经热交换装填系数可达~65%，比管壳式提高1倍,冷管比器降温至~70 C,再经水冷却器降温,至醇分离器传热面积减少~ 70%,不需特殊不锈钢，设备投资分离粗醇后部分气体放空,其余返回循环机。可大幅度降低。此外，塔阻力也比管壳式塔小。循环气弛放气(3)冷管布置得更加合理,床层等温性佳，多原料气n冷副线重环管结构,稳妥可靠,装卸催化剂也更为方便。子塔气采取DN2000等温冷管型低压甲醇合成塔装自子填催化剂16.5m3,在入塔气量为128 000 m3/h,人“换热气厂出气塔塔气体积分数中00~7%, 0O2~3%，合成压力在5.0 MPa的条件下，可生产甲醇5万t/ao如采取管[3J-粗甲醇-用霜h精甲醇.壳式合成塔，直径需扩大到2.6m以上。图7双合成 系统串联生产工艺流程1-二合- -压缩机; 2- 甲醇分离器; 3- -甲醇中间槽; 4-水冷器;3等温冷管型低压甲醇合成塔的应用5-气气换热器; 6~废热锅炉; 7-开工电炉; 8-甲醇合成塔四川某厂采用天然气为原料生产甲醇,原生产后系统采用本院研制的φ1 400等温冷管型低能力为15 000 tla,采用φ1 600管壳式合成塔，现压甲醇合成塔, 设计能力为1. 5~2万tla,装填催生产能力需扩大1倍。厂方经调研,决定采用管壳化剂7.8m'。该塔目前刚投人使用，已达到床层温式和冷管式合成塔,2个合成系统串联生产(见图差≤5 C,塔阻约为18 kPa的初步效果,运行情况7),即将老系统作为前一-级,其醇后气作为后一级还待进- -步考验。的气源,气体经热交预热至~150 C后人塔进入催修改稿日期: 2005-03-20