某180万吨甲醇制烯烃MTO/MTP项目甲醇合成工艺技术选型对比

2012-03-07 14:14:30 来源: 编辑:中国煤化工网人评论

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        目前,在世界上广泛采用的甲醇合成技术为多段冷激式甲醇合成塔、管壳式甲醇合成塔、多段径向甲醇合成塔(TEC MRF合成塔)、三菱超级甲醇合成塔、绝热式甲醇合成塔(TOPSOE 3塔)。
        a)多段冷激式甲醇合成塔
        多段冷激式甲醇合成塔是采用固定床4段冷激式绝热轴向流动甲醇合成塔,段间采用菱形分布系统将冷激气体喷入降温,以调节合成塔内温度,ICI甲醇合成塔属于这种形式。
        由于冷凝踏结构简单,也适用于大型化,目前世界上早期大型甲醇装置中,以采用多段冷激式甲醇合成塔为最多。
        然而,存在的主要问题有:
        (a).不能回收甲醇合成产生的高位热能,合成回路循环气量大;
        (b).存在催化剂段间反混现象,合成塔出口甲醇含量低;
        (c).催化剂的时空产率不高,用气较大。
        因此,目前大型装置已很少使用。
        b)管壳式甲醇合成塔
        管壳式甲醇合成塔是反应器管间副产蒸汽的等温反应器,管内装填催化剂,由管间沸水移出反应热量,并产生中压蒸汽lurgi的和TOPSOE的管式甲醇合成塔为此种形式。
        与多段冷激式甲醇合成塔相比,管壳式合成塔有以下特点:
        (a) 甲醇反应条件温和,副反应较少。
        (b) 回收高位能的甲醇合成反应热产生3.5MPa中压蒸汽,热量利用合理。
        (c)甲醇合成塔出口气体的甲醇含量较高,循环气量小。
        (d)合成塔设备材料特殊,制造费用较高。
        (e)单塔生产能力有限,大型装置需多系列操作。
        c)多段径向甲醇合成塔(TEC MRF合成塔)
        日本TEC公司开发了一种新的甲醇合成反应器,它是多段、间接冷却、径向流动的反应器,简称为MRF反应器。该反应器由外筒、催化剂筐以及许多垂直的沸水管,即反应器的冷却管组成,冷却管埋于催化剂层中,合成气由外进入触媒层,然后径向流动通过催化剂层进行反应,反应后的气体汇集于中心管,由下部出去。MRF反应器有以下特点:
        (a)气体径向流动,流道短,流通截面大,因此压降很小,约为轴向反应器的十分之一。
        (b)回收废热副产中压蒸汽,压力比管壳式塔副产蒸汽压力低0.8MPa。蒸汽利用困难。
        (c)炉水在双套管内强制循环,循环泵功率较大。
        (d)泵维修的工作量较大。
        d)双套管甲醇反应器(日本三菱超级甲醇合成塔)
        日本的MHI(Mitsubishi Heavy Industries)和MGC(Mitsubishi Gas Chemical Company)两公司联合开发了SPC塔简称超级甲醇合成塔,此合成塔相当于一个垂直的简单双套管换热器,催化剂装在内管和外管之间,沸水则在管壳间循环,原料气从下面进入内管,被加热后的气体进入催化剂床,反应气被外面的沸水冷却,同时被里面的气体冷却,催化剂的温度在进口较高而出口较低,使操作温度更接近最佳温度曲线,该反应器的特点是:
        (a)单程转化率高,8MPa压力下,可以得到14%的出口甲醇浓度。
        (b)能量回收好,每吨甲醇可副产1~1.1吨的中压蒸汽(在给水预热的条件下)。
        (c)合成塔相当于一个预热器来预热入口气体
        (d)合成塔反应管内阻力降与管式塔相当。
        (e)要求催化剂的低温选择性及活性都好。
        (f)下部软管连接,若损坏很难维修。
        (g)催化剂的冷壁效应不可忽视。
        (h)装置大型化有限
        e)绝热式甲醇合成塔
        对于大型或超大型的单系列甲醇装置,TopsΦe工艺采用三台串联绝热式甲醇合成塔,在第一、第二甲醇合成塔出口设废热锅炉回收热量,第三甲醇塔出口气体预热第一甲醇合成塔的入口气体,TopsΦe的绝热式甲醇合成塔与多段冷激合成塔相比有以下优点:
        (a)较高的单程转化率。
        (b)较低的催化剂用量。
        (c)热量回收好。
        (d)设计简单,设备制造容易,便于运输。
        (e)单系列生产能力大。
        缺点是设备台数多,流程复杂,投资较大。挪威2500t/d甲醇装置就采用了TopsΦe三台串联工艺。在国内的甲醇装置中,采用最多、最成熟的是管壳式甲醇合成塔。在年产20万吨的甲醇装置中,合成气中的CO含量高,有效气体浓度很高,管壳式甲醇合成塔可以有效的带走合成甲醇反应热,使甲醇在低温下进行,可避免大量副产物发生。
        在国内少数装置中,采用均温型甲醇合成塔。靠反应层间的冷管内的冷气传热,带走合成反应热,内部结构复杂,副产蒸汽压力低于1.1MPaA低压蒸汽,规模大,实现冷管的均匀分布困难,而且冷管易拉裂,冷管维修困难。装置放大后,内部冷管的分布与大阀兰盖密封处理较复杂。
        DPT/JM公司的合成塔为蒸汽上升式合成塔,采用径向流反应,管内为上升蒸汽,壳侧为触媒床层。反应器内催化剂装填系数高,床层压降小,可采用小颗粒高活性催化剂,合成塔出口甲醇浓度较高,约为11.2%vol。副产蒸汽压力为2.0MPa。
        虽然管壳式塔的投资高,但由于其副产的3.5MPa中压蒸汽过热后,可以作为合成压缩机、冰机等的驱动蒸汽,大大减少了装置的消耗,而且由于煤气化带有大量的低位热,采用均温型甲醇合成塔,势必造成低压蒸汽的浪费,装置消耗增加。所以年产180万吨甲醇合成,推荐采用管壳式合成塔。暂按引进国外技术考虑。

 

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