第40卷第4期化工設(shè)計(jì)通訊2014年8月Chemical Engineering Design Communications●67●Lurgi甲醇合成塔與Davy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:通過對(duì)600kt/aLurgi甲醇裝置和800kt/aDavy甲醇裝置的比較，介紹Lurgi甲醇合成塔和Davy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; Davy甲醇合成塔;結(jié)構(gòu)特點(diǎn);材料選擇;催化劑裝填;工藝操作中圖分類號(hào): TQ223. 12+ 1文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B文章編號(hào): 1003-6490(2014 )04-0067-03Compare Lurgi Methanol Synthesis Reactor with Davy Methanol Synthesis ReactorDENG Gang-rong(CNOOC 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 between the both reactors include design principle ,structural features ,material selection ,cataly st loading and precess operation ,etc.Key words : Lurgi methanol synthesis reactor ; Davy methanol synthesis reactor ; structuralfeatures ; material selection ; catalyst loading ; precess operation中海石油建滔化工有限公司600 kt/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10 m,關(guān)鍵設(shè)備供貨，其合成塔為L(zhǎng)urgi專利設(shè)備，意塔內(nèi)徑5.1 m,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Davy專利設(shè)備，韓國(guó)DOOSAN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)輸限寬前提下，合成壓力提高至8.0MPa以上，日產(chǎn)可達(dá)1合成塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2000t左右。近年采用Lurgi水冷-氣冷聯(lián)合反1.1 Lungi 甲醇合成塔應(yīng)器技術(shù)，已有Atlas日產(chǎn)5000t大甲醇裝置投Lurgi公司開發(fā)的管殼式甲醇合成塔，是- -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。存在裝在氣冷塔中，由于氣冷塔與水冷塔串聯(lián)，催化的問題是，①管內(nèi)裝催化劑，容積率低，同樣劑床層總高達(dá)10m以上，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，方法以減少進(jìn)塔氣量來降低塔壓降。為防止塔阻力過大，合成塔高徑比小，- -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。68●化工設(shè)計(jì)通訊第40卷應(yīng)用受到兩方面的限制。-是要求催化劑溫區(qū)寬2合成塔材料選擇(表1)(220~-280°C)，這是因?yàn)?，氣冷反?yīng)器是逆流冷管型，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。Lurgi 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gaM ax700 )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)~250C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°C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00Cr18Ni5M o3N、否適應(yīng)Lurgi聯(lián)合反應(yīng)器還未知,而采用國(guó)外催00Cr18Ni5Mo3Si2; 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- -半,塔壓降仍大于0. 4 M Pa。選擇了鉻鉬合金鋼SA213-T22。1.2 Davy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，Davy 公司開發(fā)了改進(jìn)和反應(yīng)管材料二者之間的物理參數(shù)(線膨脹系數(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題，SA387Gr. 11CL.2的線的徑向流合成塔(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)能力合項(xiàng)目LurgiDavy成塔直徑比Lurgi管殼式塔小;氣體徑向流動(dòng),殼體SA387Gr.11CL. 2(1% Cr-SA387Gr. 22CI. 2(1% Crh Mo-Si) .% Mo-Si)阻力小;其換熱管數(shù)和換熱面積也減小。我公司封頭SA387Gr.11Cl. 2(1% Cr- SA387Gr. 22CL. 2(1% CrDavy甲醇合成塔進(jìn)口壓力為8.41 MPa。存在的k Mo-Si)問題是，①合成塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，反應(yīng)管SA789U NSS31500SA213-T22(18Cr-5Ni-3Mo) .對(duì)設(shè)計(jì)、材料、加工制造要求高，投資成本大;SA336F11Cl. 3(1% Cr-k SA336F22CI 3(1% Cr-k '②催化劑裝填分層進(jìn)行,操作空間狹小，裝填時(shí)管板Mo-Si) + Weld overlayMo-Si)十Weld overlayTP347LInconel 625間較長(zhǎng);③換熱管束若有泄漏，檢修極其困難。對(duì)特大型甲醇裝置，Davy公司提出LCM3催化劑裝填甲醇合成技術(shù)。先期提出用氣冷-水冷串聯(lián)反應(yīng)器，原料氣先在TCC氣冷反應(yīng)器反應(yīng)，出塔氣3.1 Lurgi 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)KATALCO 51-7S;生產(chǎn)廠 家JMC熱，副產(chǎn)中壓蒸汽。但是由于甲醇合成是開始反公司;化學(xué)成分CuO 64%、ZnO 24%、Al2O3 10% ;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. 4X3.6mm;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. 6 kg/L;難以滿足移熱要求。最近Davy公司提出水冷催化劑裝填總體積約98.7 m;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)榍蛐停?guī)格為φ(3/8>)" (1"= 25.4 mm);方案(NITROGEN+ SYNGAS NO. 290)，來適主要成分為A2O3、Si02, 顏色為白色。應(yīng)甲醇合成反應(yīng)熱前大后小的情況，但是該流程裝填技術(shù)要求:耐火球裝人量42m°,在合中經(jīng)過水冷管式塔的反應(yīng)氣需經(jīng)塔外中間換熱器成塔的底部通過人孔先裝人約80%體積的耐火由200 °C以上降溫到100°C左右，再進(jìn)氣冷TCC球，扒平，盡量多裝，再從上面裝人剩余的約反應(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98.7m',每第4期鄧剛榮: Lurgi甲醇合成塔與Davy甲醇合成塔的比較根反應(yīng)管催化劑裝填量為0. 012749m’，且必須要月和2013年1月兩次更換時(shí)采用莊信萬豐51-7S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，Lurgi甲醇合成塔- -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)超溫及其他問題。3.2 Davy甲醇合成塔4.2 Davy甲醇合成塔催化劑型號(hào)KATALCO 51-9; 生產(chǎn)廠家JMC從合成氣壓縮機(jī)出來的新鮮合成氣分成兩部公司;化學(xué)成分CuO、ZnO、AlO3、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5.3X5. 1mm;顏色黑色;堆密度合成塔D122的進(jìn)料。其中，大約三分之二與1.190 kg/L;包裝形式120 L塑料桶裝;耐火球規(guī)D121的循環(huán)進(jìn)料氣混合，再通過E121換熱，格φ13 mm、φ6mm,球形，白色。人塔氣加熱到229 °C,進(jìn)入D121,由中心沿徑裝填技術(shù)要求:耐火球裝填量，φ13mm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 , φ6mm的11.51m'，合成塔底部裝人φ6E121管程，再進(jìn)入第-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φl3 mm-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. 8m2 ,采用徑向?qū)ΨQ出粗甲醇。從D321出來的循環(huán)氣與來自J111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)J121中于1m;催化劑裝填高度最大約10130mm，1m2壓縮，再進(jìn)入E123換熱到261 °C,然后穿過催化劑使合成塔平均料位升高135 mm。D122中心管、絕熱層，進(jìn)入催化劑床層反應(yīng)。合成塔D121/D122是立式容器，內(nèi)裝1 308.4合成塔工藝操作根換熱管，催化劑床層溫度的調(diào)節(jié)均通過控制汽4.1 Lurgi 甲醇合成塔包壓力、進(jìn)口溫度來實(shí)現(xiàn)。從轉(zhuǎn)化最終冷卻器F-01004出來的轉(zhuǎn)化氣逐800kt/a甲醇裝置從2010年10月開車至級(jí)降溫到40°C，與變壓吸附單元來的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-02001 I/I從莊信萬 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， 使用過程中有床層催化劑超溫，還原、鈍循環(huán)氣在進(jìn)出口換熱器E-02002 中混合并預(yù)熱至化時(shí)間長(zhǎng)， 結(jié)蠟嚴(yán)重等特征。220°C，然后進(jìn)人甲醇合成塔R-02001。R-02001是一個(gè)管殼式反應(yīng)器，管內(nèi)裝催化5結(jié)束語劑，管外被沸騰的水包圍著。在管內(nèi)，H2、CO通過對(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)溫度的控制通過調(diào)節(jié)F-Lurgi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R-02001的溫度約為255°C,進(jìn)參考文獻(xiàn):人E-02002的管程，與反應(yīng)器人口氣逆流換熱，再通過E-02003、E-02004 最終冷卻至40°C,粗.[1]劉華彥，陳運(yùn)根、一種新型前置式甲醇合成塔介紹[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2005， 31 (3): 17~18.甲醇在甲醇分離器F-02002中分離后，進(jìn)人精餾[2] 劉鴻生，朱德林.國(guó)內(nèi)外低壓甲醇合成塔簡(jiǎn)介[J].化肥系統(tǒng);大部分未反應(yīng)的氣體則送往循環(huán)氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)，2004, 43 (6): 29~32.C-02002再利用。[3]劉宏建，盛于藍(lán)。Lurgi 和ICI低壓甲醇合成工藝比較[J].煤化工，2001, 29 (1): 18~19.2006年9月600kt/a 甲醇裝置投產(chǎn)，到目[4]李瓊玖，唐嗣榮，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)C79-7 GL催化劑，2010年110; 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