DN 1400等溫冷管型低壓甲醇塔的開發(fā)與應用

　　1 前言
　　近年來隨著甲醇市場的走俏，國內(nèi)正新建或在建一批大型甲醇廠，采用的都是低壓合成技術(shù)。究其原因，低壓單醇不僅生產(chǎn)規(guī)模大，而且由于合成壓力低(～5MPa)，綜合能耗低，甲醇質(zhì)量好，投資也相對較少，經(jīng)濟效益好。
　　目前，國內(nèi)低壓甲醇合成塔多采用管殼式的Lurgi塔，也有ICI的多段冷激等塔型的使用。自從我國自主開發(fā)成功均溫型低壓甲醇塔并取代生產(chǎn)強度較差、引進的多段冷激塔后，在市場中充分顯示了較強的競爭力。
　　浙江工業(yè)大學自20世紀70年代成功開發(fā)了單管折流式合成塔內(nèi)件后，在氨和甲醇合成領(lǐng)域中得到了大面積推廣應用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
目前，浙江工業(yè)大學在單管折流式(即等溫型或均溫型)內(nèi)件于中壓聯(lián)醇及高壓單醇成功開發(fā)與應用的基礎上，又研發(fā)了新型等溫冷管型低壓甲醇塔(專利號：20041008453．x)。第一臺DN1400合成塔在四川智捷天然氣化工有限公司30kt／a甲醇技改項目中得到了成功應用，取得了明顯的效益。
　　2 設計方案及特點
　　四川智捷公司采用天然氣為原料生產(chǎn)甲醇，原生產(chǎn)能力為15000t／a，采用~1600管殼式合成塔，裝填5．5m3催化劑，現(xiàn)生產(chǎn)能力需擴大一倍。經(jīng)過調(diào)研，最后決定采用管殼式和冷管式合成塔，二個合成系統(tǒng)串聯(lián)生產(chǎn)，即將老系統(tǒng)作為前一級，其醇后氣作為后一級的氣源，氣體經(jīng)熱交預熱至～150℃后人塔進催化劑床層，在～230℃反應，出塔氣經(jīng)廢鍋回收熱量，副產(chǎn)0．5MPa蒸汽。出廢鍋氣體經(jīng)熱交降至～70℃ ，再經(jīng)水冷降溫，至醇分分離粗醇后氣體部分放空，其余返回循環(huán)機。用蒸汽(或電)加熱器升溫還原。工藝流程見圖1。項目工程設計全部由中國成達公司承擔。
 
    本合成塔結(jié)構(gòu)見圖2，它由外筒加內(nèi)件二大部件組成。內(nèi)件采用多重環(huán)管(n≥6)的單管折流式冷管膽，塔內(nèi)不設換熱器，內(nèi)件亦無筒體。冷管膽用井字架支撐在外簡壁上。內(nèi)件上部設有上隔板，主要用于冷管膽引氣管的密封，還與外筒法蘭進行密封，采取榫槽面結(jié)構(gòu)。使用不銹鋼纏繞墊片。外筒上、下采用球形封頭，上封頭裝有新型獨特的氣體分布器，下封頭內(nèi)裝有圓桶形觸媒擋板，連接出氣管。封頭底部還焊有三根卸觸媒管。下封頭內(nèi)裝填氧化鋁球，其上方充滿甲醇催化劑，整個床層呈連續(xù)相，觸媒連同氧化鋁球可以連續(xù)自卸。
該合成塔具有以下優(yōu)點：
(1)與冷激式低壓甲醇塔相比，床層溫差大幅度減小，有利于甲醇合成反應，轉(zhuǎn)化率高，副反應少，催化劑壽命長，空時得率高(可提高～50％)，操作穩(wěn)定，方便，還可副產(chǎn)蒸汽。
(2)與管殼式低壓甲醇塔相比，床層溫差還小(△t≤10℃)，結(jié)構(gòu)簡單，無特殊材質(zhì)要求。催化劑裝填系數(shù)可達～65％，比管殼式提高一倍，冷管型傳熱面積減少-70％，不需特殊不銹鋼，設備投資可大幅度降低。之外，塔阻也比管殼式小。
(3)與U形管低壓甲醇塔相比，由于冷管布置更加合理，床層等溫性佳，多重環(huán)管結(jié)構(gòu)，穩(wěn)妥可靠，裝卸催化劑也更為方便。
 3 催化劑裝填與升溫還原
     我們采用浙江工業(yè)大學研發(fā)的等溫冷管型低壓甲醇塔，其中內(nèi)件由浙江某機械廠制作。合成塔催化劑容積為7．8m3，實裝XNC一98型催化劑11噸，粒度為φ5×5mm (原設計為 ×5mm)。
     本次催化劑采取低氫還原，升溫還原方案由西南化工研究設計院催化劑廠制訂(見表1)。計劃65小時，在實際執(zhí)行過程中進行了適當調(diào)整。從2005年3月24日10時開始升溫。由于老系統(tǒng)需繼續(xù)生產(chǎn)，新系統(tǒng)是在邊生產(chǎn)的條件下邊還原，因現(xiàn)場只能啟用一臺13．3m3／min循環(huán)機，N2補氣壓力又受到限制(～1．1MPa)，故還原壓力低，還原空速小(<1000h-1)，實際時間比計劃延長～30h。還原過程中床層溫差較小， 出水旺而均勻(個別時間達70kg／h)，還原出水較為徹底。本期催化劑還原出水1961kg，其中物理水302kg(比理論量少～100kg)， 占理論出水量的93％。還原結(jié)束前，床層底部溫度達220℃ 。此時床層軸向溫差5℃ ，三個平面溫差<2℃ ，最后連續(xù)出水1．6kg／h，還原視為基本結(jié)束。在3月28日8時開始換氣提壓轉(zhuǎn)入輕負荷生產(chǎn)。在此階段壓力提到～4．0MPa。溫差7．2℃ 。平面溫差1～1．9℃ ，塔壓差18kPa。甲醇流量～1．7m3／h。生產(chǎn)情況正常。這次升溫還原過程較為順利。內(nèi)件的優(yōu)良性能及安裝到位從而保證了較小的床層溫差，催化劑還原徹底且還原后活性較好，盡管還原過程受空速限制，即使在實際還原中水汽曾高達～7g／m ，仍然對其活性影響不大。

　　4 初步使用情況
　　由于申請增加指標的天然氣量目前尚未到位，另外考慮到老系統(tǒng)需要檢修，故停開老系統(tǒng)，以確保整個新系統(tǒng)的投運與考查。
    在目前轉(zhuǎn)化供氣尚未完全滿量的工況下。即轉(zhuǎn)化氣流量為11458Nm3／h， 組成(％)為：CH45．29、CO 10．88、co2 10．29、H2 73．54；人塔氣壓力4．9MPa，人塔氣溫度167．3℃ ，人塔氣組成(％)：CH4 16．25、CO 2．32、co2 2．12、H279．31，床層熱點溫度229．4℃ 。軸向溫差10℃ 。平面溫差0．5～1．7℃ 。出塔氣溫223．7℃ ，出塔氣量68515Nm ／h，塔阻75．2kPa(如采用φ9 ×5催化劑，則塔阻可降至50kPa以下)，比原管殼式塔阻低得多。系統(tǒng)各節(jié)點溫度見表2。精甲醇產(chǎn)量～l8．5t俄(最高達l9．7t俄)，副產(chǎn)0．36-0．5MPa蒸汽～2670 ／h，吹掃氣量2201Nm3／h，送轉(zhuǎn)化爐燃燒。

　　5 經(jīng)濟效益分析
　　這次30kt／a甲醇技改項目總投資約二千萬元(整個系統(tǒng)新建)。粗醇系統(tǒng)與老系統(tǒng)相比減少一臺汽包，增加一臺廢鍋和一臺蒸汽加熱器，由于更新了造價更低的合成塔，該部分投資將近節(jié)省～110萬元。
     新系統(tǒng)目前生產(chǎn)能力已超過15kt／a的設計要求，現(xiàn)產(chǎn)量比老系統(tǒng)增加～l5％，如果轉(zhuǎn)化供氣量再增加，該系統(tǒng)生產(chǎn)能力完全可達20kt／a。
     目前生產(chǎn)天然氣單耗1030m3，相應降低了30 ，電耗480kW·h，下降50～60kW·h。另外，副產(chǎn)蒸汽量還能增加～l2％ ，進水冷溫度還降低～20℃ ，能使冷卻水用量有所減少?？傊@次30kt／a甲醇技改項目完成得比較滿意。