均温型甲醇合成塔在大型甲醇装置中的应用

第36卷第1期化肥工业009年2月均温型甲醇合成塔在大型甲醇装置中的应用张安平,王学军1,周传华2,赵金龙2(1.陕西渭河煤化工集团有限责任公司渭南7140002.杭州林达化工技术工程有限公司310012摘要介绍了仍3000mm均温型合成塔在200kυ/a甲醇置上的运行情况,两年来的实际运行情况表明均温型合咸塔具有床层温度分布均匀、操作弹性大、CO单程转化率高(>75%)、结构简单等特点,应用前景广关键词均温型甲醇合成塔应用总结Use of Uniform- Temperature Methanol Reactor in Large Methanol UnitZhang Anping, Wang Xuejun, Zhou Chuanhua, Zhao Jinlong(1. Weihe Coal Chemical Group Co, Ltd. of Shaanxi Province Weinan 7140002. Hangzhou Linda Chemical Technology Engineering Co, Ltd. 310012)Abstract A description is given of the operation of a 03 000 mm uniform-temperature reactor ina 200 kt/a methanol unit. The actual operation for two years shows that the reactor has the features ofuniform distribution of temperature in the bed, high flexibility in operation, high single-p.con(>75%), and simple structure, so it has broad proKeywords unife陕西渭河煤化工集团有限责任公司200k/a二级废热锅炉(E2704)换热后进入中间换热器甲醇装置以6.5MPa德士古水煤浆加压气化技术(E2701)管程,与换热器壳程的入塔气体换热后为龙头,采用耐硫变换、低温甲醇洗制备合格的甲进入水冷器(E2702A/B)进一步冷却,温度降至醇合成气整个过程实现等压合成。其中甲醇合40℃以下进入甲醇分离器(V2702),分离出的液成装置的关键设备甲醇合成塔釆用了具有自主知体粗甲醇经减压闪蒸除去溶解在其中的大部分气识产权的杭州林达公司的均温型甲醇合成塔,甲体后送粗甲醇贮槽(V272AB)。醇合成系统工作压力为52MPa,合成塔内装填从V2702上部出来的气体作为循环气大部NC307型低压甲醇合成催化剂50m3,系统副产分返回循环气压缩机(C2701),经加压后循环使1.0MPa和0.34MPa低压蒸汽。用。另有一小部分气体作为弛放气,先通过弛放1工艺流程气洗涤塔(T2701)用密封水洗涤吸收其中的甲醇蒸气,再经弛放气压缩机(c2702)加压后送老厂釆用德士古水煤浆加压气化技术生产的水煤变换工段回收。气经耐硫变换、低温甲醇洗之后进入脱硫剂罐甲醇合成工艺流程框图如图1所示。(V2701),经常温氧化锌进一步脱硫后,与来自循环气压缩机出口的循环气混合,然后进入中间换2合成系统主要设备热器(E270)壳程,与来自二级废锅(E2704)的甲醇合成系统主要设备见表1。高温出塔气体换热,换热后的气体(约110℃)从中国煤化工顶部进入甲醇合成塔(R2701),反应后的气体从CNMHGR270l底部排出。03000mm均温型合成塔结构如图2所示。出R2701的气体经一级废热锅炉(E2703)进塔气由上部进入合成塔经多根引气管进人上第36卷第1期化肥工业2009年2月新鲜气v201c70驰放气E703P702v01图1甲醇含成工艺流程框图表1甲醇合成系统主要设备规格、型号/mm数量/台甲合成塔3000x14000开工加热器9l200×28x5643一级废热锅炉1488/2400×44/25x10399二级废热锅炉1488/2400×425x11399图2的000mm均温型合成塔结构简图中间换热器1600x40×16008进是成功的。水冷器1600x56x13653催化剂的升温还原情况甲醇分离器240g400x16x7316催化剂升温还原过程所使用的还原气是本公4V-1S司合成氨装置液氮洗分子筛后的净化气,其压力集气环,然后均匀分布至多排下行管与催化剂层为52MPa,其组成(体积分数)为:CO2.6%,H2换热,再并人下集气环,均匀分布至多排上行管与965%。系统釆用氮气循环催化剂还原压力根催化剂层再次换热,达到反应温度后出上行管进据循环机的最大打气量控制在07-0.8MPa。入催化剂层进行合成反应并与管内冷气换热,反2006年5月5日13:00起开始升温,至5月应气由下部出塔。合成塔内装有4根测温热电7日17:00,共耗时52h,出物理水2508.72kg偶,共设28个测温点,同平面4个测温点按不同5月7日17:00开始加氢还原截止5月11日插入深度均匀分布于7个平面,从而有利于操作15:30还原结束,共耗时94.5h,还原阶段累计人员更好地掌握催化剂层的反应情况和温度分出水11264.65kg。初次加氢入塔气含氢体积分布,以便进行相关操作。数为0.52%,还原结束前小时出水量小于8kg达该均温型合成塔是林达公司由的2000mm7h,还原结束时合成塔进、出口气含氢体积分数型合成塔直接放大至03000mm型,虽然存在分别为2122%和21.00%。NC307型甲醇合成定的风险,但经过近两年的实际应用,表明放大改催化剂升温还原情况见表2。表2NC07型甲醇合成催化剂升温还原情况塔出口升温速率/进塔气含H2入塔压力/人塔气流量/出水速率出水量阶段累计温度℃(℃·h)体积分数/%MPa(m3/·h1)(kg·h)7室温-7070-17040-14020120.805252104170-1800.2-0.59.0-19.0WH中国煤化工o863.97CNMHG20 10369 560.7主:1)升温阶段出水总碌2508.72kg,还原阶段出水总晴11264.65k升温还原总出水鬟1373.37kg第36卷第l期化肥工业2009年2月在整个升温还原过程中,出水均匀温度易于使系统压力不断下降,导致前、后系统压差增大控制且分布均匀,催化剂还原较彻底,且做到了低无形中增大了新鲜气量反应随之更加剧烈,如此温下多出水。升温还原结束后的床层温度分布见形成恶性循环。表3。均温型反应器在出现此类问題时,处理起来表3升温还原结束后的床层温度分布就体现出明显的优势:由于本身床层温差小,就允T15212-28许快速降低反应器入口温度,增大循环量,从而有218.9216.7214.3217.2效降低床层温度,以稳定系统反应,而又不会因入220.4219.0217.5口温度降得过低而导致床层局部垮温或整体垮220.4218.1218.5220.2220.0220.9温,这对稳定生产是非常有利的。221.0218.5221.4在装置运行初期,由于操作人员缺乏操作经220.6验,在前系统工况大幅度波动时,为了控制床层不220.8219.3超温,大幅降低反应器入口温度,又为了防止床层温度下降过快而减小循环量,造成入塔气体温度5甲醇合成系统运行情况总结过低且分布不均匀,使整个床层换热不均匀,最终(1)系统导气及轻负荷生产出现局部温度下降而另外一部分温度上升的偏温甲醇装置于2000年5月11日23:00导气进现象。在处理这类问题时充分考虑了均温型反行生产。导气前催化剂床层温度已升至20℃左应器的特点通过不断提高入塔气温度同时加大右,温度分布均匀,系统压力0.6MPa随着新鲜循环量以利于气体人塔后的均匀分布,使入塔气气量的增加,系统压力不断上升,当系统压力达到与整个床层均匀换热从而将低温部分的温度慢约.0MPa时,催化剂床层温度开始出现上升趋慢提起来而又能减缓高温部分温度的上升趋势势,表明反应已开始进行,随即采取不同手段调整最终将整个催化剂床层温度调整至趋于均匀。床层温度,以优化系统反应。12日13:00甲醇分总的来说,均温型反应器在温度控制上是比离器出现液位,表明已产出粗甲醇产品,随后系统较容易的操作弹性大对合成气的质量有很强的进入低负荷生产。低负荷下的生产情况见表4适应性表4低负荷下的生产情况(3)系统结蜡情况对于均温型反应器,由于催化剂床层温度分新鲜气21400m3/h(标态),24.1℃,517MPa布均匀且利于控制减少了副反应的发生,从而大循环气143000m3/h(标态)30.2℃3,23MPa大减少了石蜡的生成。2007年5月装置大检修人塔气139.6℃,3.22MPa224.6℃,3.16MPa,q(H2)=87.49时共清理出石蜡约30kg。据了解,使用同样催出塔气(CO)=1.00%,(CO2)=0.38%化剂而使用不同甲醇合成反应器的装置,石蜡的n7/℃234.8,242.5,235.4,236.4,232,7,228.6,226.5生成量明显多于本套装置。18-14℃232.3,239.1,234.6,225.2,226.3,224.9,221.4(4)装置性能考核T1521℃234.0,243.2,241.2,236.8,233.0,230.8,232.3甲醇装置建成投产以来,由于种种原因,系统1228/℃229.3,239.5,241.9,236.3,230.8,29.7,223.6直处于低负荷运行状态。为了尽早实现达标达(2)反应器温度的控制产,并在2007年大检修前将所有问题暴露出来,由于采用德士古水煤浆气化工艺制气来自对甲醇合成装置进行了72h性能考核性能考核气化装置的水煤气含CO体积分数高达30%左数据见表5。本次性能考核时间是2007年4月右其它惰性组分体积分数<1%,且催化剂又处10日至4月16日,其中4月13日下午甲醇合成于初期高活性阶段,所以对有效组分的变化非常段V凵中国煤化工(标态)2b甲敏感,稍不注意就有可能出现温度快速上升。生CNMHG量为634.3t,平产初期曾频繁出现此现象,前系统CO体积分数均负何率为57b%,甲程转化率达到75%以上涨0.2%,床层温度就开始上升,由于反应加剧上,并且催化剂床层温度分布均匀热点温度基本第36卷第1期化肥工业2009年2月寝5装置性能考核数据为该项目开发研究的气冷均温大型甲醇合成生产情况塔及甲醇合成技术成功应用于水煤浆加压气化为00704-14T10原料气的等压合成工艺,在强放热条件下具有固新鲜气63400m3/h(标态),245℃5.08MPa定床甲醇合成床层径向和轴向温度均匀、温差小循环气274000m3/h(标态),365℃,4.88MP操作稳定、控制方便催化剂生产强度大CO转化塔气972℃484MPa,φ(H2)=8451%φ(CO)=759%,q(CO2)=0.72%率高等优良性能;研制开发出的年产甲醇200k2267℃,463MPa,φ(H2)=88.12%的大型均温型甲醇合成塔,在结构上通过上、下行出气(co)+=130,4c9)-04%冷管的优化设计达到了缩小轴向和平面温差提T17/℃233.0,237.6,244.8,246.6,245.5,249.5,237.3升热点温度位置的目的;催化剂装填在管间装填8-14℃237.9,239.3,244.8,226.4,230.2,229.4,22.5系数达70%以上,反应器体积小,壳体和内件自n521/246.6,2529,253.5,251.5,248.0,242.9,244.9由伸缩,避免了热应力;壳体结构设计合理,简单2228/℃233.0,2398,252.8,246.5,240.0,237.2,225.2可靠,催化剂装卸方便,制造安装维修容易;用低2007404-15T10:00合金钢和国产不锈钢替代进口双相不锈钢,大大新鲜气62800m3/h(标态),252℃,5.08降低了投资;工厂运行表明,该合成塔完全满足水循环气274000m3/h(标态),36.3℃,488MPa煤浆加压气化和等压合成工艺,各项运行及经济入塔气98.4t,485NPaq(H2)=84.67%(CO)=7.32%,q(CO2)=0.68%指标良好,为煤制甲醇装置大型化提供了成功示2247℃.4.65MPaq(H2)=88.13%范;其整体技术达到国内同行业领先水平,属于甲出塔气(CO)=1.25%,q(CO2)=0.43%醇合成塔的重大技术创新;建议进一步加大推广们7/℃231.2,235.6,242.9,243.8,241.5,245.7,233.8应用并完善系统工艺及装置的配套性能。T8-14/℃234.3,235.1,240.1,22.3,226.7,226.5,221.2T52l/℃244.2,250.1,253.8,249.7,246.4,241.3,243.56结语7228/℃229.3,23.4,246.4,242.1,235.8,234.4222.62007年4月性能考核后,甲醇装置运行情况稳定在252℃左右,平面温差<15℃,轴向温差直良好,2007年创下连续运行100d的记录装<19℃,基本达到设计值。只是由于前系统和弛置负荷率保持在80%以上,目前日均产精甲醇放气压缩机的原因,甲醇合成系统没有加至满负50t以上。荷,但从性能考核数据来看待不利因素消除后,两年来的实际运行情况表明:甲醇装置达到设计能力是毋庸质疑的(1)合成塔床层温度分布均匀,同平面、同轴5)科技成果鉴定情况向温差小温度控制容易操作弹性大;200年8月14日,陕西省科技厅组织并主(2)合成塔反应效率高,进出塔CO差值大于持对列入陕西省重大科技项目的陕西渭河煤化工6%,CO单程转化率达到75%以上;集团有限责任公司和杭州林达化工技术工程有限(3)合成塔内部结构简单装卸催化剂容易,公司共同完成的“均温型甲醇合成塔的大型化研外形尺寸小,易于工业生产大型化。究开发”项目进行了科技成果鉴定。鉴定意见(收稿日期2008-11-1)办办办必办办办办办办办小办办办办必办办办办办办办办办办办必必办办办办办必工艺适应的操作范围广,产品质量稳定,产品合格大庆建设200k/a氨酸法造粒复合肥生产率高能有效地解决复合肥结块问题,与传统的团装置粒法造粒相比,复合肥产品颗粒的光洁度、外观颜大庆龙根肥业有限公司计划新建年产200kt色有较大的改善。此法生产的三元复合肥料养分的氨酸法造粒复合肥生产装置。氨酸法造粒工艺浓中国煤化工),P2O3水溶率大是一种先进的复合肥生产技术,该工艺是在料浆CNMHG层中通入气氨,同时加入少量的硫酸在造粒过程(川化集团有限责任公司成都中完成中和反应,并提高磷酸一铵的中和度。该610301汪家铭)