氮肥技術(shù)2008年第29卷第5期均溫型甲醇塔在渭化等壓甲醇裝置上的應(yīng)用張安平王學(xué)軍陜西渭河煤化工集團有限責(zé)任公司雙甲車間渭南714000)周傳華趙金龍(杭州林達化工技術(shù)工程有限公司310012)sAoso5ovM。 so5o9905.4。 wo5055942。摘要介紹了杭州林達公司的均溫型甲醇合成塔在渭化20×10a甲醇裝置上兩年來的運行情況和陜西省科技廳的專家鑒定意見充分顯示了國產(chǎn)化大型甲醇合成塔良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞均溫型甲醇合成塔應(yīng)用總結(jié)陜西渭河煤化工集團有限責(zé)任公司的20×化劑50m,并副產(chǎn)10MPa、0.34MPa兩個等級的10ta甲醇裝置是渭河集團公司適應(yīng)市場需求,迫低壓蒸汽。求多元化生產(chǎn)經(jīng)營,為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益最大化1甲醇合成系統(tǒng)工藝流程的新建裝置,為陜西省重點支持的化工項目,于由德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)的水煤2003年6月籌備建設(shè),2006年5月建成投產(chǎn),并氣經(jīng)耐硫變換、低溫甲醇洗合格后進入甲醇合成于2007年8月14日經(jīng)陜西省科技廳鑒定。整套界區(qū),先進入脫硫劑罐(V2701),經(jīng)常溫氧化鋅進裝置以65MPa德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)為龍步脫硫后,與來自循環(huán)氣壓縮機出口的循環(huán)氣頭,經(jīng)耐硫變換、低溫甲醇洗技術(shù)制備合格的甲混合進入中間換熱器(E2701)殼程與來自E2704醇合成氣,整個過程實現(xiàn)等壓合成。其中甲醇合(二級廢鍋)的高溫出塔氣體換熱換熱后的氣體成裝置的關(guān)鍵設(shè)備甲醇合成塔,采用了具有(約10℃)從頂部進入甲醇合成塔(R2701),反應(yīng)自主知識產(chǎn)權(quán)的杭州林達公司的均溫型甲醇合后的氣體從R2701底部排出。成塔,甲醇合成系統(tǒng)工作壓力為52MPa合成塔出R2701的氣體經(jīng)一級廢熱鍋爐(E2703)內(nèi)裝南京化工研究院的NC307低壓甲醇合成催二級廢熱鍋爐(E2704)換熱后進入中間換熱器器與冷卻塔設(shè)備,不僅可以達到節(jié)能節(jié)水的目器的傳熱效率,還可以延長蒸發(fā)式冷卻器的使用標(biāo),而且對發(fā)電廠安全經(jīng)濟運行有著重要意義。壽命。4實際應(yīng)用過程中可能存在的問題42腐蝕問題41結(jié)垢問題蒸發(fā)式冷卻器殼體、換熱盤管等由于常年處蒸發(fā)式冷卻器的冷卻流體環(huán)路封閉而不受于水與空氣的潮濕環(huán)境下需要熱浸鋅處理或采環(huán)境污染的影響,只是相對而言降低了系統(tǒng)結(jié)垢用不銹鋼材質(zhì),用鍍鋅鋼的周期性鈍化來防止的可能性。當(dāng)水被蒸發(fā)時,原來存在的雜質(zhì)還在“白銹”產(chǎn)生(白銹指積聚在鍍鋅鋼表面上的白水中,水中溶解的固體的濃度會不斷升高,如果色、蠟狀和破壞鋅層的腐蝕物)因浸鋅不均勻或這些雜質(zhì)和污物不能有效控制,就會引起結(jié)垢、厚度不夠若部分地方出現(xiàn)腐蝕將會嚴(yán)重影響其腐蝕和泥漿積聚從而降低傳熱效率。為了達到使用壽命。因此在訂貨技術(shù)協(xié)議中應(yīng)嚴(yán)格熱浸蒸發(fā)式冷卻器應(yīng)用的水質(zhì)要求使用時必須根據(jù)鋅或不銹鋼板的質(zhì)量要求。實際情況釆取相應(yīng)的水處理措施。應(yīng)控制循環(huán)水5結(jié)語使用周期,通過排污來控制雜質(zhì)的積聚。較先進在化肥、電力等高能耗行業(yè)中,采用蒸發(fā)式的冷卻器都采用了防結(jié)垢技術(shù)如電子防垢除垢冷卻器代替水冷器和冷卻塔不但可以達到節(jié)能裝置這些除垢裝置基本能控制水垢的生成。但節(jié)水中國煤化工濟運行以及提即使采用了防結(jié)垢技術(shù)也必須時刻注意結(jié)垢情高經(jīng)CNMHG況,隨時采取除垢措施,這樣不僅可以提高冷卻收稿日期:2008-07-04)第5期張安平等:均溫型甲醇塔在渭化等壓甲醇裝置上的應(yīng)用(E2701)管程,與換熱器殼程的入塔氣體換熱,后又進入水冷器(E272A/B)進一步冷卻溫度降到40℃以下,然后進入甲醇分離器(V2702)進行氣液分離。分離出的液體粗甲醇經(jīng)減壓閃蒸除去溶解在其中的大部分氣體后送往粗甲醇貯槽(V2712AB)。從分離器上部出來的氣體作為循環(huán)氣大部分返回循環(huán)氣壓縮機(C2701),經(jīng)加壓后循環(huán)使用。另有一小部分氣體作為弛放氣,先通過弛放氣洗滌塔(T201)用密封水洗滌吸收其中的甲醇蒸氣,后經(jīng)C2702(弛放氣壓縮機)加壓后送往老廠變換回收。工藝流程方塊圖見圖1。新鮮氣脫硫劑罐R270中間換熱器甲醇合成「E273V27E2702級廢鍋溶解氣甲醇分離圖2甲醇合成塔結(jié)構(gòu)簡圖V2712甲醇貯槽測溫?zé)犭娕?共設(shè)28個測溫點,同平面4個測溫圖1甲醇合成工藝方框流程圖點,按不同插入深度均勻分布于7個平面,從而2甲醇合成系統(tǒng)主要設(shè)備(見表1)有利于操作工更好的掌握催化劑層的反應(yīng)情況豪1甲醇合成系統(tǒng)主要設(shè)備和溫度分布,以便進行相關(guān)操作序號設(shè)備名稱規(guī)格型號數(shù)量(臺)渭化3000低壓均溫型合成塔是杭州林達1甲醇合成塔Φ3000×14000公司由Φ2000型合成塔直接放大為Φ3000型開工加熱器◆1200x28×5643的,雖然理論上工業(yè)裝置的放大存在一定的風(fēng)級廢鍋Φ11488/2400×44/25x103991險,但經(jīng)過在我廠甲醇裝置上近兩年的應(yīng)用表明級廢鍋11488/2400×425×113991這次放大改進是成功的5中間換熱器1600×40x160084催化劑的升溫還原情況6水冷器Φ1600×56x13653催化劑升溫還原使用的還原氣是我公司合7甲醇分離器◆2400×12x6520成氨裝置液氮洗分子篩后的凈化氣,壓力為8閃蒸罐Φ2400x16x731652MPa,其組成(體積分數(shù))為CO26%、H29循環(huán)機965%。系統(tǒng)采用氮氣循環(huán)催化劑還原壓力根據(jù)3Φ3000均溫型甲醇合成塔循環(huán)機的最大打氣量控制在07~08MPa合成裝置的關(guān)鍵設(shè)備合成塔結(jié)構(gòu)簡圖如圖22006年5月5日13時合成系統(tǒng)開始升溫,升所示。進塔氣由上部進入合成塔,經(jīng)多根引氣管溫過程共52h,出物理水250872kg。然后開始加進入上集氣環(huán),再均勻分布到多排下行管與催化氫還原至還原結(jié)束共945h,還原階段累計出水劑層換熱后又并入下集氣環(huán)均勻分布到多排1126465k初次加氫人塔氣氫濃度為052%,還上行管與催化劑層再次換熱,達到反應(yīng)溫度后出原中國煤化工達,還原結(jié)束時上行管進入催化劑層進行合成反應(yīng)并與管內(nèi)冷合CNMHG22%和21%氣換熱,反應(yīng)氣由下部出塔。合成塔內(nèi)裝有4根升溫還原情況見表2。氮肥技術(shù)2008年第29卷寢2渭化Nc307型甲醇合成催化劑升溫還原情況◆守出升溫速進氣人塔壓力八塔流量出人速率出水量階段累計(℃)(℃h)B濃度溫度(%) (MPa) (mh) (kg/h) (kg)升室溫201574040-1402120.8007-4023052還170~180020.2-0.507-90000702509031.126110180-19086397Ⅲ36146190-210-071~20136956原Ⅳ2016621022注:升溫階段出入總量250872kg,還原階段出水總量1126465kg,升溫還原總出水量13773.37kg在整個升溫還原過程中出水均勻溫度易于況的繼續(xù)進行。均溫型反應(yīng)器在出現(xiàn)此類問題時,控制且分布均勻,催化劑還原比較徹底,做到了處理起來就表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢,由于床層溫差小,低溫下多出水。升溫還原結(jié)束后的床層溫度分布就允許快速降低反應(yīng)器人口溫度,增大循環(huán)量,從見表3。而有效地降低床層溫度,以穩(wěn)定系統(tǒng)反應(yīng),而又不3催化劑床層溫度(℃)怕人口溫度降的過低而導(dǎo)致床層局部垮溫或整體T1-721892204220422022210221.42208垮溫,這對穩(wěn)定生產(chǎn)是非常有利的。T-14216.72190218.1220.0220.8220.6220.6在裝置運行初期,由于前系統(tǒng)工況大幅度波T-21214327521852190218521922193動加之操作工缺乏操作經(jīng)驗曾導(dǎo)致催化劑床層T22282172201206209221.42228220出現(xiàn)了幾次偏溫情況。操作工為了控制床層不超5甲醇合成系統(tǒng)的運行情況總結(jié)溫,大幅度降低反應(yīng)器入口溫度,又為了防止床層(1)系統(tǒng)導(dǎo)氣及輕負荷生產(chǎn)溫度下降過快而減小循環(huán)量造成入塔氣體溫度我廠甲醇裝置于2006年5月11日23:00過低且分布不均勻使整個床層換熱不均勻而最導(dǎo)氣進行生產(chǎn)。導(dǎo)氣前催化劑床層溫度已升至終出現(xiàn)局部溫度下降,另外一部分溫度上漲的偏220℃左右,分布均勻,系統(tǒng)壓力為06MPa,隨著溫現(xiàn)象。我們在處理這類問題時充分考慮了均溫新鮮氣量的增加系統(tǒng)壓力不斷上漲,當(dāng)系統(tǒng)壓力型反應(yīng)器的特點不斷提高入塔氣溫度,同時加大上漲至大約10MPa時,催化劑層溫度開始出現(xiàn)循環(huán)量以利于氣體人塔后的均勻分布,使入塔氣上漲趨勢,表明反應(yīng)已開始進行,隨后采取不同與整個床層均勻換熱,從而將低溫部分的溫度慢手段對床層溫度進行調(diào)整控制,以優(yōu)化系統(tǒng)反慢提起來,而又能減緩高溫部分的上漲趨勢最終應(yīng),在12日13:00時甲醇分離器出現(xiàn)液位,表明將整個催化劑床層溫度調(diào)整趨于均勻?？偟膩碚f已產(chǎn)出粗甲醇產(chǎn)品,隨后系統(tǒng)即進入低負荷生均溫型反應(yīng)器在溫度控制上是比較容易的操作彈性大,同樣適用于優(yōu)質(zhì)合成氣。(2)對于反應(yīng)器溫度的控制(3)系統(tǒng)結(jié)蠟情況由于我廠采用德士古水煤漿制氣,從氣化裝對于均溫型反應(yīng)器,由于催化劑床層溫度分置來的水煤氣中c0含量高達30%左右其他惰布均勻,且易于控制減少了副反應(yīng)地進行,從而性組分含量<1%,催化劑又處于初期高活性階大大減少了石蠟的生成,2007年5月裝置大檢修段所以對有效組分的變化非常敏感,稍不注意時共清理出石蠟約30kg,對比使用同樣催化劑而就有可能出現(xiàn)溫度快速上漲。在生產(chǎn)初期就頻繁使用不同甲醇合成反應(yīng)器的裝置,石蠟的生成量出現(xiàn)此類現(xiàn)象前系統(tǒng)CO上漲0.2%床層溫度就少,對生產(chǎn)沒有影響。開始上漲,由于反應(yīng)加劇系統(tǒng)壓力就不斷下降4)裝置性能考核導(dǎo)致前后系統(tǒng)壓差增大,無形中新鮮氣量就增大中國煤化工來由于種種原了,隨之反應(yīng)就更加劇烈如此形成惡性循環(huán)這因的CNMHG行狀態(tài),為了盡就要求必須盡快將系統(tǒng)反應(yīng)控制住,遏制這種情早實現(xiàn)達標(biāo)達產(chǎn),在2007年對甲醇合成裝置進行第5期張安平等:均溫型甲醇塔在渭化等壓甲醇裝置上的應(yīng)用了72h性能考核新鮮氣量加至6300Nm}h,三天6壓力和溫度(8月14日現(xiàn)場數(shù)據(jù)甲醇總產(chǎn)量為19028t,平均日產(chǎn)量為6343t,平均負荷率為97.6%,C0單程轉(zhuǎn)換率達到75%以項目循環(huán)機合成塔催化劑層溫度上,且催化劑床層溫度分布均勻,熱點溫度基本進口出口進口出口進床層熱點底部穩(wěn)定在252℃左右,平面溫差<15℃,軸向溫差壓力(MPa)4484.804.76457<19℃,基本達到設(shè)計值。只是由于前系統(tǒng)和弛溫度(℃)3384061092440242626002483放氣壓縮機的原因,甲醇合成系統(tǒng)沒有加至滿負表7氣體成分荷,但從性能考核數(shù)據(jù)來看,待影響問題解決后Hy甲醇裝置達到設(shè)計能力是毋庸質(zhì)疑的。進塔氣(%)9041.5284.87性能考核數(shù)據(jù)(2007年4月15日10:00)如出塔氣(%)1.16下。新鮮氣62800Nm沿h溫度252℃壓力508MPa鑒定意見認為“該項目開發(fā)研究的氣冷均循環(huán)氣27400Nmh溫度363℃壓力488MPa溫大型甲醇合成塔及甲醇合成技術(shù)成功應(yīng)用于入塔氣溫度984℃壓力485MPa水煤漿加壓氣化為原料氣的等壓合成工藝。在強入塔氣組成(%)H28467c07.32CO2068放熱條件下,具有固定床甲醇合成床層徑向和軸出塔氣溫度22.7℃壓力465MPa向的溫度均勻、溫差小操作穩(wěn)定、控制方便、催出塔氣組成(%)H28813c01,25C02043化劑生產(chǎn)強度大C0轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)良性能?！?溫度們-7(℃)231,2235.6242.9243.8“本項目研制開發(fā)出年產(chǎn)20萬噸甲醇的大型均241.5245.7233.8溫型甲醇合成塔,在結(jié)構(gòu)上通過上下行冷管的優(yōu)溫度T8-14(℃)2343235.1240.1223化設(shè)計,達到了縮小軸向和平面溫差提升熱點226.72265221.2溫度位置的目的;催化劑裝填在管間,裝填系數(shù)溫度T15-21(℃)24.2250.1253.82497達70%以上,反應(yīng)器體積小殼體和內(nèi)件自由伸24642413243.5縮,避免了熱應(yīng)力;殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,簡單可溫度T228(℃m293233424642421靠,催化劑裝卸方便制造安裝維修容易;用低合235.82344222.6金鋼和國產(chǎn)不銹鋼替代進口雙相不銹鋼,大大降(5)陜西省科技廳科技成果鑒定低了投資?！?“工廠運行表明該合成塔完全滿足200年8月14日陜西省科技廳組織并主水煤漿加壓氣化和等壓合成工藝各項運行及經(jīng)持對列陜西省重大科技項目的陜西渭河煤化濟指標(biāo)良好,為煤制甲醇裝置大型化提供了成功工集團有限責(zé)任公司和杭州林達化工技術(shù)工程示范。”;“其整體技術(shù)達到國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平有限公司共同完成的“均溫型甲醇合成塔的大型屬于甲醇合成塔的重大技術(shù)創(chuàng)新?！?“建議進一化研究開發(fā)”項目進行了科技成果鑒定?？萍艰b定幾天的甲醇合成運行數(shù)據(jù)見表4、步加大推廣應(yīng)用并完善系統(tǒng)工藝及裝置的配套表5表6、表7。性能。”。6結(jié)語日期班(t)二班()三班()日產(chǎn)()渭化甲醇裝置,2007年曾創(chuàng)下了連續(xù)運行8月11日20862174227.82653.84100天的驕人成績,進出塔CO差值高于6%,8月12日204521262128562995cO單程轉(zhuǎn)換率達到75%以上;裝置負荷率一8月13日21769223.30659.82直保持在80%以上,現(xiàn)在平均日產(chǎn)精甲醇550三日平均值64786以上。表5氣量(8月14日現(xiàn)場數(shù)據(jù)原料氣量(收稿日期:2008-07-17)循環(huán)氣量放空氣量(10Nm/h)(10/ h)(Nm h)中國煤化工63226.666134CNMHG