Lurgi甲醇合成塔与Davy甲醇合成塔的比较

第40卷第4期化工设计通讯2014年8月Chemical Engineering Design Communications●67●Lurgi甲醇合成塔与Davy甲醇合成塔的比较邓刚荣(中海石油建滔化工有限公司，海南东方572600)摘要:通过对600kt/aLurgi甲醇装置和800kt/aDavy甲醇装置的比较，介绍Lurgi甲醇合成塔和Davy甲醇合成塔在设计原理、结构特点、材料选择、催化剂装填及工艺操作等方面的异同。关键词: Lurgi 甲醇合成塔; Davy甲醇合成塔;结构特点;材料选择;催化剂装填;工艺操作中图分类号: TQ223. 12+ 1文献标志码: B文章编号: 1003-6490(2014 )04-0067-03Compare Lurgi Methanol Synthesis Reactor with Davy Methanol Synthesis ReactorDENG Gang-rong(CNOOC Kingbord Chemical Co .Ltd .. Dongfang Hainan 572600 ,China)Abstract Compare the 600 kt/a Lurgi methanol plant with the 800 kt/a Davy methanol plantsimilarities and differences between the both reactors include design principle ,structural features ,material selection ,cataly st loading and precess operation ,etc.Key words : Lurgi methanol synthesis reactor ; Davy methanol synthesis reactor ; structuralfeatures ; material selection ; catalyst loading ; precess operation中海石油建滔化工有限公司600 kt/a甲醇装剂层高度为6~7m，扩大生产能力采用增加塔径置，由德国Lurgi公司进行主装置的工艺设计和的方法，我公司Lurgi 合成塔催化剂层高10 m,关键设备供货，其合成塔为Lurgi专利设备，意塔内径5.1 m,合成塔高16.2m，内陆运输极为大利BELLELI公司制造，装置于2006年9月不便;③因为壳程为锅炉水产蒸汽移热，壳程投产; 800kt/a甲醇装置由英国Davy公司进行压力决定汽化压力为2~4MPa,在采用提高甲基础工艺设计，由中国成达工程公司进行详细设醇合成压力提高生产能力时，管内外压差和管板计，其合成塔为Davy专利设备，韩国DOOSAN上下压差增加，管板厚度增加;④换热管管板、公司制造，装置于2010年10月投产。两套装置壳体采用固定焊接，使用中易因热应力而损坏，均采用大型低压合成甲醇工艺技术，主要原料为对设计、材料、加工制造要求高，可靠性较差;天然气，均由转化、压缩、合成、精馏等工段组⑤合成塔直径大、管板厚、管子多，投资大。成。现就Lurgi甲醇合成塔与Davy甲醇合成塔Lurgi管壳式甲醇合成塔技术在大型化时,作一对比介绍。早年采用双塔并联方法，在控制运输限宽前提下，合成压力提高至8.0MPa以上，日产可达1合成塔结构特点2000t左右。近年采用Lurgi水冷-气冷联合反1.1 Lungi 甲醇合成塔应器技术，已有Atlas日产5000t大甲醇装置投Lurgi公司开发的管壳式甲醇合成塔，是- -产; 即采用1台气冷塔串联2台并联的水冷塔，种轴向副产蒸汽的合成塔(SRC)。其优点是，温3台合成塔均为管壳式轴向塔，约2/3的催化剂差小，副产蒸汽压力较高，操作上易控制。存在装在气冷塔中，由于气冷塔与水冷塔串联，催化的问题是，①管内装催化剂，容积率低，同样剂床层总高达10m以上，故采用降低循环比的生产能力设备体积相对较大;②因为是轴向塔，方法以减少进塔气量来降低塔压降。为防止塔阻力过大，合成塔高径比小，- -般催化Lurgi联合反应器技术在我国大甲醇装置中.收稿日期: 2013-12-24作者简介:邓刚荣(1969-)， 男，四川阆中人，高级机械工程师，从事甲醇装置设备技术管理和生产维护工作。68●化工设计通讯第40卷应用受到两方面的限制。-是要求催化剂温区宽2合成塔材料选择(表1)(220~-280°C)，这是因为，气冷反应器是逆流冷管型，底部催化剂温度低，故要求催化剂低温(1)反应管材料的选择原则。Lurgi 公司的活性好，而水冷反应器控制在较高温度下。反应管壳式甲醇合成塔的管程介质是合成气，合成气器必须选用德国南方公司生产的C79-7G (Me-会在一定的条件下与反应管中的镍(Ni)反应生gaM ax700 )催化剂;对于国内催化剂，低温230成羰基化合物，会导致催化剂失活，所以，反应~250C活性相对较好、使用时间长，而在管应选含镍量较低的双相不锈钢，如ASME250°C以上温度使用时，催化剂活性下降明显,SA-789M标准中的S31803、S31500 材料，其对甲醇转化率低,副反应增加。因此,国内催化剂能应的国产双相钢材料为00Cr18Ni5M o3N、否适应Lurgi联合反应器还未知,而采用国外催00Cr18Ni5Mo3Si2; Davy 公司的径向蒸汽上升化剂费用高。二是压降大,两台轴向塔串联操作，塔管程介质是水和蒸汽(壳程介质为合成气)，其即使循环比降低- -半,塔压降仍大于0. 4 M Pa。选择了铬钼合金钢SA213-T22。1.2 Davy甲醇合成塔(2)壳体材料选择原则。主要考虑壳体材料对于大型甲醇装置，Davy 公司开发了改进和反应管材料二者之间的物理参数(线膨胀系数)型低压甲醇合成技术，即ILPM ,两个结构相同与双相钢的匹配性问题，SA387Gr. 11CL.2的线的径向流合成塔(RADIAL SRC )串联，均采用膨胀系数要更接近于双相钢管材，以减小由于管管内水冷产汽，管内蒸汽轴向上升，管外工艺气程-与壳程的温差而产生的轴向热应力。体径向流动。该塔与Lurgi管壳式塔一-样， 塔内表1合成塔使用材 料列表采用水冷,但催化剂装在管外，同等生产能力合项目LurgiDavy成塔直径比Lurgi管壳式塔小;气体径向流动,壳体SA387Gr.11CL. 2(1% Cr-SA387Gr. 22CI. 2(1% Crh Mo-Si) .% Mo-Si)阻力小;其换热管数和换热面积也减小。我公司封头SA387Gr.11Cl. 2(1% Cr- SA387Gr. 22CL. 2(1% CrDavy甲醇合成塔进口压力为8.41 MPa。存在的k Mo-Si)问题是，①合成塔内部结构复杂，制造难度大，反应管SA789U NSS31500SA213-T22(18Cr-5Ni-3Mo) .对设计、材料、加工制造要求高，投资成本大;SA336F11Cl. 3(1% Cr-k SA336F22CI 3(1% Cr-k '②催化剂装填分层进行,操作空间狭小，装填时管板Mo-Si) + Weld overlayMo-Si)十Weld overlayTP347LInconel 625间较长;③换热管束若有泄漏，检修极其困难。对特大型甲醇装置，Davy公司提出LCM3催化剂装填甲醇合成技术。先期提出用气冷-水冷串联反应器，原料气先在TCC气冷反应器反应，出塔气3.1 Lurgi 甲醇合成塔再进入管内水冷反应器，管内水吸收管外反应催化剂型号KATALCO 51-7S;生产厂 家JMC热，副产中压蒸汽。但是由于甲醇合成是开始反公司;化学成分CuO 64%、ZnO 24%、Al2O3 10% ;应的前部反应速度快，反应热大，因此需要更强形状圆柱形;尺寸5. 4X3.6mm;颜色黑色;抗的换热能力，气冷塔TCC在前作为主塔的方案侧压强度最小值170N; 堆密度1.4~1. 6 kg/L;难以满足移热要求。最近Davy公司提出水冷催化剂装填总体积约98.7 m;包装形式桶装。SRC在前，串联气冷TCC的大型甲醇合成技术耐火球为球型，规格为φ(3/8>)" (1"= 25.4 mm);方案(NITROGEN+ SYNGAS NO. 290)，来适主要成分为A2O3、Si02, 颜色为白色。应甲醇合成反应热前大后小的情况，但是该流程装填技术要求:耐火球装人量42m°,在合中经过水冷管式塔的反应气需经塔外中间换热器成塔的底部通过人孔先装人约80%体积的耐火由200 °C以上降温到100°C左右，再进气冷TCC球，扒平，尽量多装，再从上面装人剩余的约反应器的冷管，吸收管外催化剂层反应热，热量20%体积的耐火球，从合成塔上部装填耐火球时回收和副产蒸汽量也减少;同时，若采用这一技应注意防止管内架桥现象出现,随时监测其高度,术，甲醇合成塔由径向SRC改为轴向SRC和轴保持空管长度10m,即将耐火球装到下管口处;向TCC串联，合成塔阻力也增加几倍。催化剂从顶部人孔装入，装填总体积98.7m',每第4期邓刚荣: Lurgi甲醇合成塔与Davy甲醇合成塔的比较根反应管催化剂装填量为0. 012749m’，且必须要月和2013年1月两次更换时采用庄信万丰51-7S求每一根反应管的催化剂装填高度为10m;催型甲醇合成催化剂。Lurgi 甲醇合成塔具有结蜡化剂装填从最远离人孔的反应管开始，由远及少，温度控制平稳，操作简单方便，催化剂装卸近;装填前，催化剂应过筛，筛子的规格以筛孔方便，还原、钝化时间短等特征。自装置投产以(3mm)小于催化剂颗粒直径即可;装填时催化来，Lurgi甲醇合成塔- -直运行良好;在两次压剂自由下落到管口的高度应小于1m。力容器全面检验中，未发现超温及其他问题。3.2 Davy甲醇合成塔4.2 Davy甲醇合成塔催化剂型号KATALCO 51-9; 生产厂家JMC从合成气压缩机出来的新鲜合成气分成两部公司;化学成分CuO、ZnO、AlO3、MgO;形状分，分别作为第一甲醇合成塔D121和第二甲醇圆柱形;尺寸5.3X5. 1mm;颜色黑色;堆密度合成塔D122的进料。其中，大约三分之二与1.190 kg/L;包装形式120 L塑料桶装;耐火球规D121的循环进料气混合，再通过E121换热，格φ13 mm、φ6mm,球形，白色。人塔气加热到229 °C,进入D121,由中心沿径装填技术要求:耐火球装填量，φ13mm的向流经催化剂层参加反应。反应后的气体流经4.94m3 , φ6mm的11.51m'，合成塔底部装人φ6E121管程，再进入第-甲醇水冷器E122中进.mm的耐火球，在中心管与催化剂框间装φl3 mm-步冷却， 然后在第一甲醇分离器D321中分离的耐火球;催化剂装填量65. 8m2 ,采用径向对称出粗甲醇。从D321出来的循环气与来自J111剩装填的方法，装填时催化剂自由下落的高度不大余的合成气混合，然后在循环气压缩机J121中于1m;催化剂装填高度最大约10130mm，1m2压缩，再进入E123换热到261 °C,然后穿过催化剂使合成塔平均料位升高135 mm。D122中心管、绝热层，进入催化剂床层反应。合成塔D121/D122是立式容器，内装1 308.4合成塔工艺操作根换热管，催化剂床层温度的调节均通过控制汽4.1 Lurgi 甲醇合成塔包压力、进口温度来实现。从转化最终冷却器F-01004出来的转化气逐800kt/a甲醇装置从2010年10月开车至级降温到40°C，与变压吸附单元来的H2组成今，2011年12月更换催化剂-一次，两次均使用新鲜合成气，经压缩机C-02001 I/I从庄信万 丰甲醇合成催化剂。因合成塔结构方面的1. 76MPa压缩至10.5MPa,其后新鲜合成气与原因， 使用过程中有床层催化剂超温，还原、钝循环气在进出口换热器E-02002 中混合并预热至化时间长， 结蜡严重等特征。220°C，然后进人甲醇合成塔R-02001。R-02001是一个管壳式反应器，管内装催化5结束语剂，管外被沸腾的水包围着。在管内，H2、CO通过对Lurgi甲醇合成塔和Davy甲醇合成和CO2反应生成甲醇和水，反应放出的热被反塔的比较，可以看出其各自的优缺点及异同。从应器壳体和上部的中压蒸汽汽包F-02001之间循操作和使用的角度出发，我们更倾向于选择环的锅炉水吸收，反应温度的控制通过调节F-Lurgi公司的管壳式甲醇合成塔，其结构简单,02001出口的蒸汽压力来实现。催化剂装填容易且高效，便于操作、维护及检修。反应气离开R-02001的温度约为255°C,进参考文献:人E-02002的管程，与反应器人口气逆流换热，再通过E-02003、E-02004 最终冷却至40°C,粗.[1]刘华彦，陈运根、一种新型前置式甲醇合成塔介绍[J].化工设计通讯，2005， 31 (3): 17~18.甲醇在甲醇分离器F-02002中分离后，进人精馏[2] 刘鸿生，朱德林.国内外低压甲醇合成塔简介[J].化肥系统;大部分未反应的气体则送往循环气压缩机设计，2004, 43 (6): 29~32.C-02002再利用。[3]刘宏建，盛于蓝。Lurgi 和ICI低压甲醇合成工艺比较[J].煤化工，2001, 29 (1): 18~19.2006年9月600kt/a 甲醇装置投产，到目[4]李琼玖，唐嗣荣，顾子樵，等.近代甲醇合成工艺与合成前已经成功使用3炉催化剂，其中，首炉催化剂塔技术(上)、(下)[J]. 化肥设计，2003，42 (6): 5~使用德国南方化学C79-7 GL催化剂，2010年110; 2004，43 (1): 3~8.