大型甲醇合成工艺技术方案选择

2012年第27期SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATIONO百家论剑O科技信息大型甲醇合成工艺技术方案选择杨斌淡立君(兖州煤业榆林能化有限公司甲醇厂生产技术部陕西榆林719000【摘要】本文介绍了国内外各种大型甲醇合成工艺技术方案,译论述了60万吨/年甲醇厂甲醇合成装置工艺技术方震的选用及应用效【关键词】甲醇合成;技术比较;方案选择0前言设备紧凑,开停车方便;合成反应过程中副反应少故粗甲醇中杂甲醇是一种重要的基本有机化工原料。在农药、医药、染料、香料质含量少,质量高涂料以及三大合成材料生产中都需要甲醇作为原料或作为溶剂。以甲其缺点是反应器结构较复杂。(3)TEC的新型反应器合成甲醇工艺醇为化工原材料其下游产品达到100多种,实现工业化的产品也有将近30种其中比较有竞争力的产品主要有甲醛、二甲醚、醋酸、甲酸催化剂筐和许多垂直的沸水管组成,沸水管埋于催化床中。合成气由甲酯、甲胺碳酸二甲酯、乙二醇甲基叔丁基醚MTBE、乙烯(MO甲中心管进入径向流过催化床,反应后气体汇集于催化剂筐与外筒之醇制乙烯)、丙烯(MP甲醇制丙烯)等等因此甲醇工业具有非常广阔间的环形集流流道中向上流动,由上部引出。反应热传给冷管内沸水的市场前景。使其蒸发成蒸汽1国外甲醇合成工艺技术概况该反应器床层压降小,气体循环所需动力大幅度减少,床层温度分布均匀,甲醇生成的浓度和速度可大幅度提高反应温度容易控制,1923年德国BASF公司在合成氨工业化的基础上,首先用锌铝催化剂用量减少,反应器结构紧凑。催化剂在高温高压的条件下,实现了由一氧化碳和氢合成甲醇的工业4) MHUMGC管壳冷管复合型甲醇合成反应器化生产,从此逐步淘汰了由木材干馏制甲醇的生产方法。由于工业合该反应器为Irg反应器的改进型,由日本三菱公司开发,该反应成甲醇成本低,产量大促进了甲醇工业的迅猛发展。甲醇消费市场的器是在管壳反应器的催化管内加一根冷管,用于预热原料气,其主要扩大,又促使甲醇生产工艺不断改进生产成本不断下降,生产规模日特点是益增大。1966年英国ICI公司成功地实现了铜基催化剂的低压合成次通过的转化率高;可以高位能回收热量;在反应器中预热原甲醇工艺随后又实现了当时更为经济的中压法合成甲醇工艺。与此料气,可以省去一个换热器同时德国Lurg公司也成功地开发了中低压合成甲醇工艺。(5) Topsoe(托普索)径向流甲醇合成反应器虽然由CO加H2合成甲醇的工艺至今已有80年历史,尽管催化合成系统由三台绝热操作的径向流反应器组成,反应器之间设置剂、工艺流程和主要设备的发展到现在已相当完善但世界各国仍在外部换热器移走热量,气体在床层中向心流动该反应器特点是:不断地开发研究新型催化剂、新的合成工艺和新型反应器径向流动,压降较小,可增大空速,提高产量;目前甲醇的生产工艺路线主要是采用铜基催化剂的ICI中压法可使用小粒径催化剂,提高粒内效率因子,提高宏观反应速度;可低压法及Lmg低压法、中压法和采用锌铬催化剂的高压法。二十世纪方便地增大生产规模在直径不变的情况下增加反应器高度,即可增七十年代中期以后不但新建厂全部采用低压法,而且老厂扩建或改造大生产规模单系列能力可达20吨电以上。也几乎都采用低压工艺。在今后一段时期内,高中压法将逐步由低压(6inde(林德)等温型甲醇合成反应器Linde等温型甲醇合成反应器,其结构与髙效螺旋盘管换热器相对甲醇合成工艺来讲,甲醇合成反应器是其核心设备,甲醇合成似,盘管内为沸水,盘管外放置催化剂反应热通过盘管内沸水移走反应器的形式基本决定了甲醇合成工艺的系统设置在选择甲醇合成其反应器特点是工艺中,要考虑合成反应器的操作灵活性操作灵敏性、催化剂的生产基本上在等温下操作,可防止催化剂过热;控制蒸汽压力调节床强度、操作维修的方便性、反应热的回收利用等因素对于大型的单系层温度冷却盘管与气流间为错流传热系数较大列甲醇装置,还必须要考虑运输的方便性问题7)液相法甲醇合成反应器技术国外的合成甲醇反应器主要有以下几种形式:1985年, Air product& Chemical公司开发了以液相热载体和浆(1)CI多段冷激型甲醇合成反应器态床反应器为基础的液相甲醇合成新技术,即 LPMEOH技术。铜催化ICI甲醇合成塔(反应器)为多段冷激型,其主要优点有:剂颗粒悬浮在惰性液体中,比传统固定床反应器温度更易控制。单塔操作,生产能力大;控温方便;冷激采用菱形分布器专利技由于液相合成中使用了热容高,导热系数大的惰性液体,可以使术,催化剂层上下惯通催化剂装卸方便。甲醇的合成反应在等温条件下进行,同时,由于分散在液相介质中的其主要缺点是:催化剂的比表面积非常大加速了反应过程反应温度和压力也下降反应器因有部分气体与未反应气体之间的返混催化剂空时产率很多,但该技术尚需要工程化的验证不高,用量较大;仅能回收低品位热能(2)Lumg低压甲醇合成工艺及反应器2国内甲醇合成工艺技术概况Lurgi低压甲醇合成工艺采用列管式反应器,CuO/ZnO基催化剂国内甲醇技术的开发和实现工业化的历史也有几十年,在甲醇合汽反应温度通过控制反应器壳程中饱和水的压力来调节,操作温度合成反应器的开发中开发成功单套管及双套管反应器。在甲醇新型Lurgi低压合成甲醇反应器的优点主要有:反应器的开发中,也有较大的技术突破尤其是九十年代以后,有最大规模达到5~8万吨/年的国内自主开发的甲醇新型反应器应用于工业合成甲醇反应器催化剂床层内温度较为均匀大部分床层温度在化。250-255℃之间,温度变化小,催化剂使用寿命长,并允许原料气中含近几年,国内甲醇技术国产化方面取得了很大进展有较高的CO;南化、西南化中国煤化工压甲醇合成催化剂能准确、灵敏地控制反应温度催化剂床层的温度可以通过调节15-20万吨年蒸汽压力控制;得专利的低压甲CNMHG合型”气固相催化反回收的反应热位能高热量利用合理:反应器出口甲含量较高,应器。它充分发挥了鲁奇管壳式反应器的优点又克服了其缺点,节省催化剂利用率高了投资,可节约大量的外汇投资,目前国内运行的最(下转第501页494科技信息O百家论剑OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2012年第27期表12)螺杆钻具质量不稳定,再加上井号并段(m)(m)钻头型号|钻并方法|平均机械钻速全井平均机械钻速m)部小井眼钻进转速扭矩排量钻压等(m/h)都受到很大的限制。解决适应深部小直设计径井眼使用的小尺寸动力工具是提高小TK12130263112R1951复合钻进51直径井眼机械钻速的关键TK12l5148138-45003112Ds751AB复合钻进3)由于钻头转速过快,使钻达地层ADIl剥落的岩石颗粒遭受的研磨强度同常规17553112DS751AB复合钻进转盘钻井相比有很大提高。因此返到地AD221234-41543112Ms1952s转盘钻进10745.73面的岩屑颗粒极为细小,对于砂岩而言AD71504-4403112Ds751AB转盘钻进10.89基本成为粉末。对岩屑清洗后,即使含AD4126518-4转盘钻进有砂岩地层,砂岩颗粒也所剩无几而难666以挑出,岩屑则主要是以泥岩颗粒为主,s119-21940-40243112QP9LAB转盘钻进13.033.45给通过岩屑录井来寻找和发现油气层的TK3302840-4731FS2563BG转盘钻进5.85办法带来困难TK0222056-48384l3S2563BG转盘钻进4)钻时的快慢可以很好的反映地层的岩性,但是由于机械钻速的提高,还造TK275193346422413Ms1952s复合钻进10.864.56戎了钻时反映地层性质的可靠性大为降由通常的70转分钟左右提高到240转分钟左右,从而大大提高了钻参厂钻具本身的旋转速度,从而减轻了钻具的疲劳损伤减5认识和建议少了钻具事故。从现状和发展趋势来看旋转钻井仍将是油气工业最主要的钻井方法。无论是钻何种类型的油气井,还是采用何种旋转钻井方式都存3)充分利用钻井液的水功率达到机械破岩和水力破岩目的降低在着钻井效率问题这也是钻井技术研究与发展的本质所在。影响钴了柴油机的机械功耗,降低了生产成本。井效率的主要问题可归结为钻进时的间断”。目前造成“间断”的主要4)在定向井钻进中复合旋转钻井方式在一定程度上兼备转盘钻原因包括:接单根、更换钻头和底部钻具组合、钻具失效井眼失稳和井下动力钻的优点,既可连续控制井眼轨迹和减少起下钻次数同漏、塌、喷、卡、阻)纠斜作业、非随钻测量,以及多层次井身结构等。为时还能提高机械钻速,是一种比较高效的可控钻井方式了减少钻进间断”,必须不断研究和提高钻井整体技术和装备水平(2)复合钻井的缺点1)缺点是:需定排量工作,有横向振动;对油基钻井液敏感,不适提高钻井技术的研究与开发力度利应在高密度钻井液中工作;橡胶定子耐高温性差,轴承易损坏,不宜于高温深井作业责任编辑:王静](上接第44页)大装置为约50万吨年反应热移出更方便,床层压降小等优点。国内杭州林达化工技术工程公司开发的低压均温合成甲醇反应就目前应用最广、采用最多的合成甲醇技术当数Lnrg和C技器,在全部触媒床层中采用可自由伸缩活动的冷管用管内冷气吸收术这两种技术发展历史最长积累的实践经验最多在世界建厂也最管外催化剂床层中的甲醇反应热管内冷气与触媒层中反应气先后进多,拥有不同规模的甲醇合成装置,并且目前达到的单系列合成甲醇行并流换热和逆流间接换热,触媒装填系数从30%提高到70%,因而装置能力也最大。相同直径反应器产能高轴向温度差小,温度均匀,延长了触媒寿命,Lugi工艺甲醇合成塔,反应温度均匀,转化率较高,反应副产物提高甲醇产量。少,原料消耗低,副产物少,加上国外目前建设的大型/超大型甲醇装360万吨/年甲醇合成工艺的比较与选择置多采用Lng工艺,大型装置工业化经验多,工艺成熟其次,就一台反应器和两台反应器来比说 lurgi公司都可以提供,兖矿榆林60万吨甲醇装置是国内首套最大的甲醇生产装置,单按设备造价比一台反应器比两台反应器省,但其直径接近5米要醇合成塔的放大问题目前还无先例存在较大的技术风险目前国外同的运输方案因而要增加一笔可观的大件运输费且建设时虽然国内有20万吨年的煤制甲醇装置在运行,但解决60万吨年甲采取特的甲醇装置(单系列)生产能力一般在40-150万吨年,整体效益明根据以上分析,考虑到合成塔的运输问题兖矿榆林甲醇合成装显。另一方面采用国外甲醇合成技术投资较大,设备制造周期长。同置采用Iug双合成塔(气冷和管壳水冷)生产60万吨/年甲醇,按单时考虑榆林地处中国西部大件设备运输困难,无论采用何种技术,单系统设计。台反应器均难以实现。考虑厂址及大件运输的因素解决的办法或采用3台管壳式合成4结语塔并联;或采用鲁奇两塔串联工艺或利用基于国内技术的林达均温合兖矿榆林60万吨/年甲醇合成装置最终引进德国鲁奇公司气冷成塔与华东理工绝热_管壳塔相结合的两塔串联工艺。前者虽稳妥,串水冷反应器工艺技术,配套使用德国南方化学公司生产的铜基C-但设备吨位比两塔串联大合成塔出口甲醇浓度低、合成回路循环气797GL型甲醇合成催化剂。2008年12月29日甲醇合成装置打通流量大,以至造成回路设备体积及功耗都增大其次,三塔并联控制和操程产出合格甲醇产品。截止2011年底,甲醇合成装置已稳定运行3作难度更高、也使运行和维修费用增加。而釆用后者两塔串联工艺,年。设计吨精甲醇消耗合成气为2250Nm2,开车初期实际消耗合成气投资省、合成循环功耗小、运行维护成本低综合经济指标好。但因国2153Nm3,后期实际消耗合成气2272Nm,圆满达到了设计预期的效内技术尚无先例且两塔串联合成回路的工程和系统设计、以及工厂果A甲醇装置甲醇合成技术按引进鲁奇两塔串联工艺考虑作者简介:杨斌,男,兖州煤业榆林能化有限公司甲醇厂生产技术部助理目前无论国内国外建设甲醇装置,大多采用低压法技术。低压法工程师。与中高压法相比,具有消耗定额低能耗低,成本低,产品质量高等优淡立君,女,兖中国煤化工中心,助理工程师。点。在反应器方面有TEC的MRF多段径向流动反应器托普索三个CNMHG并联激冷绝热径向流合成塔,三菱重工的管壳冷管复合反应器等这[赉任编辑:王迎迎些反应器比传统的低压合成法反应器具有转化率高,反应器体积小,