第40卷第4期化工設(shè)計(jì)通訊2014年8月Chemical engineering design communicationsLurgi甲醇合成塔與Dawy甲醇合成塔的比較鄧剛榮(中海石油建滔化工有限公司,海南東方572600)摘要:通過(guò)對(duì)600k/ a Lurgi甲醇裝置和8o0kt/ a Davy甲醇裝置的比較,介紹 Lurgi甲醇合成塔和Dawy甲醇合成塔在設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料選擇、催化劑裝填及工藝操作等方面的異同。關(guān)鍵詞: Lurgi甲醇合成塔;Dawy甲醇合成塔;結(jié)構(gòu)特點(diǎn);材料選擇;催化劑裝填;工藝操作中圖分類(lèi)號(hào):TQ23.121文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1003-6490(2014)4-006-0Compare Lurgi Methanol Synthesis Reactor with Davy Methanol Synthesis ReactorDENG GanCNOOC 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 betw een the both reactors include design principle, structural features,material selection catalyst loading and precess operation etcKey words Lurgi methanol sy nthesis reactor; Davy methanol sy nthesis reactor structuralfeatures: material selection; catalyst loading; precess operation中海石油建滔化工有限公司600kt/a甲醇裝劑層高度為6~7m,擴(kuò)大生產(chǎn)能力采用增加塔徑置,由德國(guó) Lurgi公司進(jìn)行主裝置的工藝設(shè)計(jì)和的方法,我公司 Lurgi合成塔催化劑層高10m關(guān)鍵設(shè)備供貨,其合成塔為 Lurgi專(zhuān)利設(shè)備,意塔內(nèi)徑5.1m,合成塔高16.2m,內(nèi)陸運(yùn)輸極為大利 BELLELⅠ公司制造,裝置于2006年9月不便;③因?yàn)闅こ虨殄仩t水產(chǎn)蒸汽移熱,殼程投產(chǎn);800kt/a甲醇裝置由英國(guó)Davy公司進(jìn)行壓力決定汽化壓力為2~4MPa,在采用提高甲基礎(chǔ)工藝設(shè)計(jì),由中國(guó)成達(dá)工程公司進(jìn)行詳細(xì)設(shè)醇合成壓力提高生產(chǎn)能力時(shí),管內(nèi)外壓差和管板計(jì),其合成塔為Dawy專(zhuān)利設(shè)備,韓國(guó)υ OOSAN上下壓差增加,管板厚度增加;④換熱管管板、公司制造,裝置于2010年10月投產(chǎn)。兩套裝置殼體采用固定焊接,使用中易因熱應(yīng)力而損壞,均采用大型低壓合成甲醇工藝技術(shù),主要原料為對(duì)設(shè)計(jì)、材料、加工制造要求高,可靠性較差;天然氣,均由轉(zhuǎn)化、壓縮、合成、精餾等工段組⑤合成塔直徑大、管板厚、管子多,投資大。成?，F(xiàn)就 Lurgi甲醇合成塔與Davy甲醇合成塔Lurgi管殼式甲醇合成塔技術(shù)在大型化時(shí),作一對(duì)比介紹早年采用雙塔并聯(lián)方法,在控制運(yùn)輸限寬前提1合成塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)下,合成壓力提高至8.0MPa以上,日產(chǎn)可達(dá)t左右。近年采用Lurg水冷一氣冷聯(lián)合反1.1Iuri甲醇合成塔應(yīng)器技術(shù),已有Atas日產(chǎn)5000t大甲醇裝置投Lurgi公司開(kāi)發(fā)的管殼式甲醇合成塔,是一產(chǎn);即采用1臺(tái)氣冷塔串聯(lián)2臺(tái)并聯(lián)的水冷塔,種軸向副產(chǎn)蒸汽的合成塔(SRC)。其優(yōu)點(diǎn)是,溫3臺(tái)合成塔均為管殼式軸向塔,約2/3的催化劑差小,副產(chǎn)蒸汽壓力較高,操作上易控制。存在由干氣冷塔與水冷塔串聯(lián),催化的問(wèn)題是,①管內(nèi)裝催化劑,容積率低,同樣dHE中國(guó)煤化工故采用降低循環(huán)比的生產(chǎn)能力設(shè)備體積相對(duì)較大;②因?yàn)槭禽S向塔,CNMH(氐塔壓降為防止塔阻力過(guò)大,合成塔高徑比小,一般催化Lurgi聯(lián)合反應(yīng)器技術(shù)在我國(guó)大甲醇裝置中收稿日期:2013-12-24作者簡(jiǎn)介:鄧剛榮(1969—),男,四川閬中人,高級(jí)機(jī)械工程師,從事甲醇裝置設(shè)備技術(shù)管理和生產(chǎn)維護(hù)工作?；ぴO(shè)計(jì)通訊第40卷應(yīng)用受到兩方面的限制。一是要求催化劑溫區(qū)寬(220~280℃),這是因?yàn)?氣冷反應(yīng)器是逆流合成塔材料選擇(表1)冷管型,底部催化劑溫度低,故要求催化劑低溫(1)反應(yīng)管材料的選擇原則i公司的活性好,而水冷反應(yīng)器控制在較高溫度下。反應(yīng)管殼式甲醇合成塔的管程介質(zhì)是合成氣,合成氣器必須選用德國(guó)南方公司生產(chǎn)的C79-7G(Me-會(huì)在一定的條件下與反應(yīng)管中的鎳(Ni)反應(yīng)生gaLax700)催化劑;對(duì)于國(guó)內(nèi)催化劑,低溫230成羰基化合物,會(huì)導(dǎo)致催化劑失活,所以,反應(yīng)250℃活性相對(duì)較好、使用時(shí)間長(zhǎng),而在管應(yīng)選含鎳量較低的雙相不銹鋼,如ASME250℃以上溫度使用時(shí),催化劑活性下降明顯,SA-789M標(biāo)準(zhǔn)中的S31803、S31500材料,其對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率低,副反應(yīng)增加。因此,國(guó)內(nèi)催化劑能應(yīng)的國(guó)產(chǎn)雙相鋼材料為00Cr18Ni5Mo3N、否適應(yīng)Lurg聯(lián)合反應(yīng)器還未知,而采用國(guó)外催Cr18Ni5Mo3Si2;Davy公司的徑向蒸汽上升化劑費(fèi)用高。二是壓降大,兩臺(tái)軸向塔串聯(lián)操作,塔管程介質(zhì)是水和蒸汽(殼程介質(zhì)為合成氣),其即使循環(huán)比降低一半,塔壓降仍大于0.4MPa選擇了鉻鉬合金鋼SA213-T22。1.2Dawy甲醇合成塔(2)殼體材料選擇原則。主要考慮殼體材料對(duì)于大型甲醇裝置,Dawy公司開(kāi)發(fā)了改進(jìn)和反應(yīng)管材料二者之間的物理參數(shù)(線(xiàn)膨脹系數(shù))型低壓甲醇合成技術(shù),即ILPM,兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同與雙相鋼的匹配性問(wèn)題,SA387Gr.11C.2的線(xiàn)的徑向流合成塔( RADIAL SRC)串聯(lián),均采用膨脹系數(shù)要更接近于雙相鋼管材,以減小由于管管內(nèi)水冷產(chǎn)汽,管內(nèi)蒸汽軸向上升,管外工藝氣程與殼程的溫差而產(chǎn)生的軸向熱應(yīng)力。體徑向流動(dòng)。該塔與 Lurgi管殼式塔一樣,塔內(nèi)表1合成塔使用材料列表采用水冷,但催化劑裝在管外,同等生產(chǎn)能力合成塔直徑比 Lurgi管殼式塔小;氣體徑向流動(dòng)殼體5A387c1cl.2(1 X Cr- SA387G:2C.2(1C阻力小;其換熱管數(shù)和換熱面積也減小。我公司12 Mo-SiDavy甲醇合成塔進(jìn)口壓力為8.41MPa。存在的封頭SA37:1C.2(14Cr5A3G.:2C.2(1xCr問(wèn)題是,①合成塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造難度大,反應(yīng)管SA79UNS50SA213-T22對(duì)設(shè)計(jì)、材料、加工制造要求高,投資成本大②催化劑裝填分層進(jìn)行,操作空間狹小,裝填時(shí)管板Mosi)+ Weld overlay Mo-si)+ Weld overlay間較長(zhǎng);③換熱管束若有泄漏,檢修極其困難TP3471Inconel 625對(duì)特大型甲醇裝置,Davy公司提出LCM甲醇合成技術(shù)。先期提出用氣冷一水冷串聯(lián)反應(yīng)3催化劑裝填器,原料氣先在TCC氣冷反應(yīng)器反應(yīng),出塔氣3.1Iug甲醇合成塔再進(jìn)入管內(nèi)水冷反應(yīng)器,管內(nèi)水吸收管外反應(yīng)催化劑型號(hào) KATALCO51-7S;生產(chǎn)廠(chǎng)家JMC熱,副產(chǎn)中壓蒸汽。但是由于甲醇合成是開(kāi)始反公司;化學(xué)成分CuO64%、ZnO24%、AO310%;應(yīng)的前部反應(yīng)速度快,反應(yīng)熱大,因此需要更強(qiáng)形狀圓柱形;尺寸5.4×3.6mm;顏色黑色;抗的換熱能力,氣冷塔TCC在前作為主塔的方案?jìng)?cè)壓強(qiáng)度最小值170N;堆密度1.4~1.6kg/L;難以滿(mǎn)足移熱要求。最近Davy公司提出水冷催化劑裝填總體積約987m;包裝形式桶裝SRC在前,串聯(lián)氣冷TCC的大型甲醇合成技術(shù)耐火球?yàn)榍蛐?規(guī)格為中(3/8)(1"=25.4mm)方案( NITROGEN+ SYNGAS NO.290),來(lái)適主要成分為AkO3、SiO,顏色為白色。應(yīng)甲醇合成反應(yīng)熱前大后小的情況,但是該流程術(shù)要求:耐火球裝人量42m3,在合中經(jīng)過(guò)水冷管式塔的反應(yīng)氣需經(jīng)塔外中間換熱器成中國(guó)煤化工士入約80%體積的耐火由200℃以上降溫到100℃左右,再進(jìn)氣冷TCCCNMHG從上面裝入剩余的約反應(yīng)器的冷管,吸收管外催化劑層反應(yīng)熱,熱量20%體積的耐火球,從合成塔上部裝填耐火球時(shí)回收和副產(chǎn)蒸汽量也減少;同時(shí),若采用這一技應(yīng)注意防止管內(nèi)架橋現(xiàn)象出現(xiàn),隨時(shí)監(jiān)測(cè)其高度,術(shù),甲醇合成塔由徑向SRC改為軸向SRC和軸保持空管長(zhǎng)度10m,即將耐火球裝到下管口處向TCC串聯(lián),合成塔阻力也增加幾倍。催化劑從頂部人孔裝入,裝填總體積98.7m3,每第4期鄧剛榮: Lurgi甲醇合成塔與Davy甲醇合成塔的比較·69根反應(yīng)管催化劑裝填量為0.012749m3,且必須要月和2013年1月兩次更換時(shí)采用莊信萬(wàn)豐517S求每一根反應(yīng)管的催化劑裝填高度為10m;催型甲醇合成催化劑。 Lurgi甲醇合成塔具有結(jié)蠟化劑裝填從最遠(yuǎn)離人孔的反應(yīng)管開(kāi)始,由遠(yuǎn)及少,溫度控制平穩(wěn),操作簡(jiǎn)單方便,催化劑裝卸近;裝填前,催化劑應(yīng)過(guò)篩,篩子的規(guī)格以篩孔方便,還原、鈍化時(shí)間短等特征。自裝置投產(chǎn)以(3mm)小于催化劑顆粒直徑即可;裝填時(shí)催化來(lái), Lurgi甲醇合成塔一直運(yùn)行良好;在兩次壓劑自由下落到管口的高度應(yīng)小于1m力容器全面檢驗(yàn)中,未發(fā)現(xiàn)超溫及其他問(wèn)題。3.2Dawy甲醇合成塔4.2Dawy甲醇合成塔催化劑型號(hào) KATALCO51-9;生產(chǎn)廠(chǎng)家JMC從合成氣壓縮機(jī)出來(lái)的新鮮合成氣分成兩部公司;化學(xué)成分CuO、ZmO、AO、MgO;形狀分,分別作為第一甲醇合成塔D121和第二甲醇圓柱形;尺寸5.3×5.1mm;顏色黑色;堆密度合成塔Dl22的進(jìn)料。其中,大約三分之二與1.190kg幾L;包裝形式120L塑料桶裝;耐火球規(guī)D121的循環(huán)進(jìn)料氣混合,再通過(guò)E121換熱,格ψ3mm、46mm,球形,白色入塔氣加熱到229℃,進(jìn)入D121,由中心沿徑裝填技術(shù)要求:耐火球裝填量,∮3mm的向流經(jīng)催化劑層參加反應(yīng)。反應(yīng)后的氣體流經(jīng)4.94m3,46mm的11.51m3,合成塔底部裝入斬E121管程,再進(jìn)入第一甲醇水冷器E122中進(jìn)mm的耐火球,在中心管與催化劑框間裝∮3mm步冷卻,然后在第一甲醇分離器D321中分離的耐火球;催化劑裝填量65.8m3,采用徑向?qū)ΨQ(chēng)出粗甲醇。從D321出來(lái)的循環(huán)氣與來(lái)自J11剩裝填的方法,裝填時(shí)催化劑自由下落的高度不大余的合成氣混合,然后在循環(huán)氣壓縮機(jī)J21中于1m;催化劑裝填高度最大約10130mm,1m3壓縮,再進(jìn)入E123換熱到261℃,然后穿過(guò)催化劑使合成塔平均料位升高135mD122中心管、絕熱層,進(jìn)入催化劑床層反應(yīng)4合成塔工藝操作合成塔D121/D122是立式容器,內(nèi)裝1308根換熱管,催化劑床層溫度的調(diào)節(jié)均通過(guò)控制汽4.1Iur甲醇合成塔包壓力、進(jìn)口溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。從轉(zhuǎn)化最終冷卻器F-01004出來(lái)的轉(zhuǎn)化氣逐800kt/a甲醇裝置從2010年10月開(kāi)車(chē)至級(jí)降溫到40℃,與變壓吸附單元來(lái)的H2組成今,2011年12月更換催化劑一次,兩次均使用新鮮合成氣,經(jīng)壓縮機(jī)C-02001I/Ⅱ從莊信萬(wàn)豐甲醇合成催化劑。因合成塔結(jié)構(gòu)方面的1.76MPa壓縮至10.5MPa,其后新鮮合成氣與原因,使用過(guò)程中有床層催化劑超溫,還原、鈍循環(huán)氣在進(jìn)岀口換熱器E02002中混合并預(yù)熱至化時(shí)間長(zhǎng),結(jié)蠟嚴(yán)重等特征220℃,然后進(jìn)入甲醇合成塔R02001R02001是一個(gè)管殼式反應(yīng)器,管內(nèi)裝催化5結(jié)束語(yǔ)劑,管外被沸騰的水包圍著。在管內(nèi),H2、CO通過(guò)對(duì) Lurgi甲醇合成塔和Davy甲醇合成和CO2反應(yīng)生成甲醇和水,反應(yīng)放出的熱被反塔的比較,可以看出其各自的優(yōu)缺點(diǎn)及異同。從應(yīng)器殼體和上部的中壓蒸汽汽包F-02001之間循操作和使用的角度出發(fā),我們更傾向于選擇環(huán)的鍋爐水吸收,反應(yīng)溫度的控制通過(guò)調(diào)節(jié)F·Lurg公司的管殼式甲醇合成塔,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,02001出口的蒸汽壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)催化劑裝填容易且高效,便于操作、維護(hù)及檢修。反應(yīng)氣離開(kāi)R-02001的溫度約為255℃,進(jìn)入E-02002的管程,與反應(yīng)器入口氣逆流換熱,參考文獻(xiàn)再通過(guò)E-02003、E-02004最終冷卻至40℃,粗1]劉華彥,陳運(yùn)根,一種新型前置式甲醇合成塔介紹[J甲醇在甲醇分離器F-02002中分離后,進(jìn)入精餾中國(guó)煤化工:17~18系統(tǒng);大部分未反應(yīng)的氣體則送往循環(huán)氣壓縮機(jī)CNMHG甲醇合成塔簡(jiǎn)介[]·化肥C-02002再利用[3]劉宏建,盛于藍(lán). Lurgi和lCI低壓甲醇合成工藝比較2006年9月600kt/a甲醇裝置投產(chǎn),到目J].煤化工,2001,29(1):18~14]李瓊玖,唐酮榮,顧子樵,等.近代甲醇合成工藝與合成前已經(jīng)成功使用3爐催化劑,其中,首爐催化劑塔技術(shù)(上)、(下)[J.化肥設(shè)計(jì),2003,42(6):5使用德國(guó)南方化學(xué)C79-7GL催化劑,2010年110;2004,43(1):3~8