河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2007年第24卷設計與計算城市煤氣聯產甲醇設備的設計李福達,楊志敏河南省化工設計院有限公司,河南鄭州450052)摘要計針對城市煤氣聯產甲醇的特定生產條件在堅持引進消化吸收的前提下借鑒集成國內外先進適用技術設計了甲醇合成塔、甲醇分離器、中間換熱器等甲醇合成的關鍵設備從而保證了城市煤氣聯產甲醇項目的順利竣工投產和長期穩(wěn)定良好運行。關鍵詞城市煤氣;甲醇合成塔;甲醇分離器;設計中圖分類號Q223.121文獻標識碼書文章編號:003-3467(2007)2-0038-02河南義馬煤氣化工程是經國務院批準的國家重少一半的供氣能力對于調峰不是最佳選擇。點建設項目是利用澳大利亞政府貸款和國內配套城市煤氣聯產甲醇是煤氣調峰的最佳選擇。該資金建設的大型煤化工項目是河南省乃至全國煤項目對我們的設計提出了較為苛刻的要求按公稱炭行業(yè)首家實施煤炭就地轉化生產城市煤氣的社會能力設計最大能力可達年產8萬t最小也能在每公益性工程。建成投產五年來,城市煤氣產量由年3萬t的低負荷下正常運行這樣在最大負荷生2001年的463萬Nm3提高到2006年的3.6億產時每天生產的甲醇可吃掉一臺爐子所產的氣最Nm3甲醇產量達到年產26萬t基本滿足了義馬至小負荷時每天消耗氣量約20萬Nm3調峰能力可達鄭州沿途200多公里、十幾個縣市數萬戶居民的生三分之一。針對這種要求我們對方案進行了多次活用氣和工業(yè)用氣有力地支持了河南經濟與和諧認真的研究和討論對操作彈性較大的主要設備大社會的建設膽探索集成與創(chuàng)新尤其是對必須連續(xù)生產的甲醇l997年河南省化工設計院承接了義馬氣化廠合成的關鍵設備進行認真細致的比選其中有甲醇年產5萬t甲醇的設計任務,當時國家建設該廠的合成塔、中間換熱器和甲醇分離器等。主要目的是生產城市煤氣,以解決義馬、洛陽、鄭州城市及沿線周邊地區(qū)的居民及企業(yè)用氣減輕大1甲醇合成塔的設計開發(fā)氣污染。眾所周知居民用氣因受時、日、季節(jié)的不甲醇合成反應器有l(wèi)CI多段絕熱段間冷激型、同用氣量變化很大。按照燃氣行業(yè)的常規(guī)做法,Lmgi殼副產蒸汽型、 Casale軸徑向流動型、 Linde時、日的調峰一般由當地用氣的城市解決季節(jié)的調均溫型、TopsΦpe徑向流動型等多種型式。在綜合峰由氣源廠來解決。調峰措施有兩種:-是采用增剖析了諸多類型的反應器型式后我們認為 Lurgi減氣化爐開停臺數;二是采用與消耗煤氣的化工產品聯產。我們通過多方案比較最終選擇了城市煤管殼式比較適合義馬氣化廠城市煤氣聯產甲醇的工氣聯產甲醇的方案使甲醇正常負荷生產時可消耗況條件該反應器由幾千根管組合而成每根管子相臺爐子的產氣量相當于8萬匕a甲醇的產量并當于一個反應器沒有放大效應操作彈性較大洞且要求有較大的操作彈性,調峰能力至少要達到三時該反應器具有操作簡單、溫度易于控制、副產中壓分之一。因此必須對甲醇生產的甲醇合成反應器蒸汽催化劑裝卸方便、開工簡單等優(yōu)點。等關鍵設備進行改進,以增加反應器的操作彈性。1.1甲醇合成塔結構的改進而氣源廠解決的方法無非是多開一臺或少開一臺氣中國煤化工反應器的基礎上對甲化爐該氣化廠的設計能力是每天生產凈煤氣120醇CNMHG凈煤氣工況和物料熱萬Nm3三臺氣化爐為二開一備停開一臺就等于減量衡算對甲醇合成反應器在總體結構上按照傳統(tǒng)收稿日期2006-12-12作者簡介李福達(1945-)男高級工程師從事化工設備的設計與開發(fā)工作電話(0371)8567838。第2期李福達等城市煤氣聯產甲醇設備的設計39管殼式等溫反應器進行主體設計并對高徑比、反應對于一定直徑的殼體欲使其管程能裝填足夠多的器直徑及部分內部結構形式進行改進。確定合適的催化劑就應當在其中盡量多地排列管子使換熱管高徑比為2.92塔徑Φ3000布置3709根Φ38×的壁厚減少到最薄這就要求設計者應根據材料的2的換熱管洏相同塔徑Φ3000的Irs殼式等溫選擇和制造工藝的可能性綜合考慮管間距的最←反應器的高徑比為3.13Φ38×2的換熱管僅布置值。為此管材的選擇也非常重要。齊魯二化引進355根即降低反應器高徑比約6.71%縮短了換西德魯奇年產10萬t甲醇合成塔的管子采用瑞典熱管布置間距相當于增加換熱管數量4.33%。3RE60雙相不銹鋼雙相不銹鋼克服了一般奧氏體1.2在換熱管的適當位置增設攴撐破膜環(huán)不銹鋼具有應力腐蝕破裂敏感性的缺陷其顯微組甲醇合成反應是一強放熱反應,反應溫度為織細具有更高的強度和耐均勻腐蝕的能力湯另一突200~280℃空速為6000~10000h-。隨著反應出特點是其線熱膨脹系數遠小于奧氏體不銹鋼與的進行合成反應器的換熱器必須能將甲醇合成反碳鋼接近這一特點對這臺設備至關重要因為前面應熱及時移走以避免合成反應器觸媒床層升溫過已分析過這臺設備殼體必須為低合金高強度鋼。殼熱使催化劑燒結而導致無法正常生產。甲醇合成反程在這種操作壓力(4.6MPa)下無法設置膨脹節(jié)應器換熱器的管外熱載體為沸水在和甲醇合成反換熱管若采用奧氏體不銹鋼,管子和管板將無法承應器換熱過程中管殼的沸水迅速汽化時易形成渦受這樣大的溫度應力。與奧氏體不銹鋼相比雙相流上升使換熱器形成振動而影響換熱器旳使用壽不銹鋼旳導熱系數大適合制作熱交換器的管芯換命。在甲醇合成反應器換熱管外壁增加彈性擋圈熱效率比奧氏體不銹鋼高。與第一代雙相不銹鋼相開頭的卡環(huán)有效地破除蒸汽渦流上升時產生的汽比第二代2)05雙相不銹鋼的含碳量更低且添加了液不均相從而增加傳熱系數冋同時起到加固作用,氮耐局部腐蝕能力強具有較高的抗焊后熱影響區(qū)防止汽化渦流上升沖擊支撐板而引起換熱器振動。內晶間腐蝕能力。我院曾為濮陽甲醇廠設計過這種合成塔自1991年投產以來使用情況良好沒備直徑為26m而當時2中間換熱器的設計齊魯二化引進西德魯奇年產10萬t甲醇合成塔直中間換熱器主要是利用經過合成反應的出塔高徑是2.8m。溫氣體將進入合成塔前的合成氣加熱盡量提高進1.3材料的國產化設計塔溫度是這臺設備設計的關鍵。作為國內第一臺國產化的甲醇合成反應器沒設2.1采用單管程換熱器計難度很大機械設計要求高設備復雜制造困難為了減小換熱器直徑采用單管程換熱器這就對材料及制造方面的難度都很高瀧其是直徑大時,使換熱管長度達12m由于熱膨脹量大只能采用浮對設計和制造以及材料的選擇就更加困難頭式擔管程出氣管又不能直接穿出外殼因為這樣根據工藝計算反應器直徑應為3m沒計壓力出氣管與外殼之間密封是個難題。為此我們采用5.6MPa設計溫度300℃。在這樣的直徑壓力和了出氣管在殼體內收縮的結構因管、殼程間只存在溫度條件下國內材料的選擇是一個很棘手的難題,阻力壓差填料密封可以解決問題尤其是筒體材料的選擇因為在同樣條件下其厚度2.2增大傳熱系數比球形封頭大一倍必須采用高強鋼來減薄筒體厚增大傳熱系數使被加熱合成氣走管內縮小換度。通過詳細調查和査閱資料發(fā)現在鍋爐制造行熱管管徑且管內增設類似靜態(tài)混合器結構的擾流業(yè)大量使用的13 MnMonbr(BHW35)板材塑性好,元件。脆轉變溫度低焊接性能好焊接工藝簡單,減2.3避免羰基鐵的生成了制造難度增強了設備制造的可靠性,雖含Mo量聲內樸王端其化物生成的條件,為避免不到0.5M(實際為0.3Mo),強度指標稍低于羰基中國煤化壁加以特殊處理。l8 MnMoNbR(兩者a1分別是570MPa和590CNMHGMPa )o但作為簡體所接觸的介質是水作為管板可3高效復合型甲醇分離器的設計在管程側堆焊抗氬腐蝕材料,可以完全滿足使用要甲醇合成后的氣體從冷凝器出來后大部分甲求(下轉第52頁盛裝催化劑的換熱管是這臺設備的核心部件河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2007年第24卷柔性連續(xù)耐高溫抗腐蝕碳纖維抽油杄的硏制兩個項東華魯恒升化工股份有限公司建成開車后實現了目日前通過了山東省科技廳組織的技術鑒定。長周期穩(wěn)定高效運行年產合成氨突破32萬t。這混雜纖維增強復合材料的開發(fā)及其應用研究項套裝置的運營成功將徹底改變我國大型化肥裝置長目利用碳纖維、金屬纖維及無機礦物纖維等作為混期依賴進口的局面。1月18日中國石油和化學工雜增強纖維充分發(fā)揮了碳纖維諴摩質輕、金屬纖維業(yè)協會、山東華魯恒升化工股份有限公司舉辦自主高強導熱、無機纖維耐熱價低等優(yōu)點利用環(huán)保型的創(chuàng)新與核心競爭力——華魯恒升可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略高改性樹脂作為基體達到無粉塵污染和低有機物排峰論壇總結探討化工行業(yè)實現自主創(chuàng)新走可持續(xù)放的雙重效果制備的復合材料具有良好性能。所發(fā)展道路的新模式研制的混雜纖維增強復合材料組成設計先進材料由山東華魯恒升公司承擔的這一項目是全國來源廣泛制作工藝簡單應用前景廣闊?；市袠I(yè)第一套依托自主技術建設的國產化項目,柔性連續(xù)耐高溫抗腐蝕碳纖維抽油杄旳硏制采項目采用擁有囯內自主知識產權的潔凈煤氣化及大用酚醛樹脂為基體羥基硅油為固化增韌體系成功型化肥國產化裝置成套技術采用我國分布廣泛、價研制了新一代碳纖維抽油杄既具有高的比強度、比格低廉旳煙混煤取代價高緊缺的無煙煤為主要原模量、疲勞強度、耐磨性又具有耐腐蝕性、耐髙溫、料在當前石油、夭然氣日益緊缺旳情況下,可以有較高的韌性等性能。該項目開發(fā)的拉擠生產過程計效地緩解原料限供和漲價帶給化肥企業(yè)的壓力具算機模擬技術可有效優(yōu)化現有生產工藝所開發(fā)的有較大的發(fā)展空間同時對中小氮肥企業(yè)實現產業(yè)耐高溫抗腐蝕抽油杄生產和系統(tǒng)作業(yè)計算杋軟件系升級也提供了技術支持。統(tǒng)能夠有效地指導礦場作業(yè)。專家認為該項目的投產實現了我國大氮肥技術、裝備和原料結構的重大突破改寫了我國大型化大氮肥可持續(xù)發(fā)展新模式肥建設依靠引進的歷史,對促進我國化肥和裝備制國家十五”重大科技攻關項目—全國首套造業(yè)的發(fā)展具有重要意義大氮肥裝置國產化技改示范工程于2004年底在山(上接第39頁)螺栓不斷變形伸長開始微量泄漏合成氨生產的中醇被冷凝下來流入粗甲醇儲槽氣體中還有少量甲壓變換使用的熱交換器就出現類似的現象在生產醇進入甲醇分離器依靠分離器將剩余的甲醇分離。過程中需經常擰緊大法蘭的螺栓。為避免此種麻為了提高分離器的分離效率我們在多套甲醇裝置煩有些設計不設置大法蘭而將其直接焊死在停車的設計中嘗試采用了各種形式的分離方式如用洗檢修時將其割開然后再將其焊死?？紤]到以上的滌方法將氣體中的甲醇吸收吸收的稀甲醇液送預原因這兩臺設備不設置大法蘭而只設置人孔法蘭塔吸收后的氣體經過多級分離除去夾帶物。根據為使密封可靠采用金屬環(huán)墊片密封效果很好。義馬氣化廠城市煤氣聯產甲醇的特點我們要設計出操作彈性大的分離器即要適應較大的氣量和洗5實施效果滌液量的變化為此我們將板式塔、旋流板、旋風、絲河南義馬城市煤氣聯產甲醇裝置自2001年11網等多種結構巧妙組合取得較好的效果。月開車運行截止2006年12月30日累計連續(xù)生4密封結構可靠性的設計產61個月正常日產城市煤氣91×104Nm3、甲醇240t最高日產甲醇345t正常生產調峰能力為35甲醇合成反應器和中間換熱器兩臺設備工作條萬NV凵中國煤化工件相近都在中溫300℃)中(5MPa左右)下工CNMHG主要設備的開發(fā)設計作。根據以往的經驗在這種條件下法蘭密封很難是先進合理的買現了城市煤氣聯產甲醇裝置的穩(wěn)保證因為即使按墊片所需密封比壓的要求將連接定、高效運行甲醇、煤氣產量在較大范圍內可以調螺栓擰緊但在工作過程中由于溫度和壓力的原因節(jié)使城市煤氣質量完全達到了國家標準