河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2007年第24 卷設(shè)計城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇設(shè)備的設(shè)計算李福達, 楊志敏(河南省化工設(shè)計院有限公司, 河南鄭州450052 )摘要針對城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的特定生產(chǎn)條件在堅持引進消化吸收的前提下借鑒集成國內(nèi)外先進適用技術(shù),設(shè)計了甲醇合成塔、甲醇分離器、中間換熱器等甲醇合成的關(guān)鍵設(shè)備從而保證了城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇項目的順利竣工投產(chǎn)和長期穩(wěn)定良好運行。關(guān)鍵詞城市煤氣;甲醇合成塔;甲醇分離器;設(shè)計中圖分類號:TQ223. 121文獻標識碼:B文章編號:1003 - 3467( 2007 )02 -0038 -02河南義馬煤氣化工程是經(jīng)國務(wù)院批準的國家重少 -半的供氣能力對于調(diào)峰不是最佳選擇。點建設(shè)項目是利用澳大利亞政府貸款和國內(nèi)配套城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇是煤氣調(diào)峰的最佳選擇。該資金建設(shè)的大型煤化工項目，是河南省乃至全國煤項目對我們的設(shè)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(zhuǎn)化生產(chǎn)城市煤e氣的社會能力設(shè)計最大能力可達年產(chǎn)8萬t最小也能在每公益性.工程。建成投產(chǎn)五年來,城市煤氣產(chǎn)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(chǎn)時每天生產(chǎn)的甲醇可吃掉一臺爐子所產(chǎn)的氣,最Nm’,甲醇產(chǎn)量達到年產(chǎn)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(diào)峰能力可達鄭州沿途200多公里、十幾個縣市數(shù)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(jīng)濟與和諧認真的研究和討論,對操作彈性較大的主要設(shè)備大社會的建設(shè)。膽探索集成與創(chuàng)新,尤其是對必須連續(xù)生產(chǎn)的甲醇1997年河南省化工設(shè)計院承接了義馬氣化廠合成的關(guān)鍵設(shè)備進行認真細致的比選其中有甲醇年產(chǎn)5萬t甲醇的設(shè)計任務(wù),當時國家建設(shè)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(chǎn)城市煤氣，以解決義馬、洛陽、鄭州甲醇合成塔的設(shè)計開發(fā)三城市及沿線周邊地區(qū)的居民及企業(yè)用氣減輕大氣污染。眾所周知,居 民用氣因受時、日、季節(jié)的不甲醇合成反應(yīng)器有ICI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,Lurgi管殼副產(chǎn)蒸汽型、Casale軸徑向流動型、Linde時、日的調(diào)峰-般由當?shù)赜脷獾某鞘薪鉀Q季節(jié)的調(diào)均溫型、Topsde徑向流動型等多種型式。在綜合峰由氣源廠來解決。調(diào)峰措施有兩種:-是采用增剖析了諸多類型的反應(yīng)器型式后,我們認為Lurgi減氣化爐開停臺數(shù);二是采用與消耗煤氣的化工產(chǎn)管殼式比較適合義馬氣化廠城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的工品聯(lián)產(chǎn)。我們通過多方案比較最終選擇了城市煤況條件,該反應(yīng)器由幾千根管組合而成每根管子相氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的方案,使甲醇正常負荷生產(chǎn)時可消耗，當于一個反應(yīng)器,沒有放大效應(yīng)操作彈性較大;同-臺爐子的產(chǎn)氣量相當于8萬t/a甲醇的產(chǎn)量并.時該反應(yīng)器具有操作簡單、溫度易于控制、副產(chǎn)中壓且要求有較大的操作彈性,調(diào)峰能力至少要達到三分之一。因此必須對甲醇生產(chǎn)的甲醇合成反應(yīng)器蒸汽、催化劑裝卸方便、開工簡單等優(yōu)點。等關(guān)鍵設(shè)備進行改進,以增加反應(yīng)器的操作彈性。1.1 甲醇合成塔結(jié)構(gòu)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我們在Lurgi管殼式等溫反應(yīng)器的基礎(chǔ)上對甲化爐該氣化廠的設(shè)計能力是每天生產(chǎn)凈煤氣120醇合成塔進行改進設(shè)計根據(jù)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(yīng)器在總體結(jié)構(gòu)，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(shè)備的設(shè)計與開發(fā)工作電話( 0371 )68567838。第2期李福達等城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇設(shè)備的設(shè)計管殼式等溫反應(yīng)器進行主體設(shè)計并對高徑比、反應(yīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)形式進行改進。確定合適的催化劑就應(yīng)當在其中盡量多地排列管子使換熱管高徑比為2.92塔徑ψ3000布置3709根φ38x的壁厚減少到最薄,這就要求設(shè)計者應(yīng)根據(jù)材料的2的換熱管而相同塔徑φ3000的Lurgi殼式等溫選擇和制造工藝的可能性綜合考慮管間距的最小反應(yīng)器的高徑比為3.13 φ 38 x2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3 555根,即降低反應(yīng)器高徑比約6.71%縮短了換西德魯奇年產(chǎn)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(shù)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(shè)支撐破膜環(huán)不銹鋼具有應(yīng)力腐蝕破裂敏感性的缺陷其顯微組甲醇合成反應(yīng)是一-強放熱反應(yīng),反應(yīng)溫度為織細具有更高的強度和耐均勻腐蝕的能力;另一突200 ~280 C空速為6000~10 000 h-。隨著反應(yīng)出特點是其線熱膨脹系數(shù)遠小于奧氏體不銹鋼,與的進行合成反應(yīng)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(shè)備至關(guān)重要,因為前面應(yīng)熱及時移走,以避免合成反應(yīng)器觸媒床層升溫過已分析過這臺設(shè)備殼體必須為低合金高強度鋼。殼熱使催化劑燒結(jié)而導致無法正常生產(chǎn)。甲醇合成反程在這種操作壓力( 4.6 MPa )下無法設(shè)置膨脹節(jié)應(yīng)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(yīng)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(yīng)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的使用壽不銹鋼的導熱系數(shù)大適合制作熱交換器的管芯換命。在甲醇合成反應(yīng)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-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(chǎn)生的汽比第二代2205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(shù),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(nèi)晶間腐蝕能力。我院曾為濮陽甲醇廠設(shè)計過這種合成塔,自 1991年2中間換熱 器的設(shè)計投產(chǎn)以來使用情況良好,設(shè)備直徑為2.6 m而當時齊魯二化引進西德魯奇年產(chǎn)10萬t甲醇合成塔直中間換熱器主要是利用經(jīng)過合成反應(yīng)的出塔高徑是2.8 m。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(chǎn)化設(shè)計塔溫度是這臺設(shè)備設(shè)計的關(guān)鍵。作為國內(nèi)第一臺國產(chǎn)化的甲醇合成反應(yīng)器,設(shè)2.1采用 單管程換熱器計難度很大機械設(shè)計要求高設(shè)備復(fù)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尤其是直徑大時，使換熱管長度達 12 m ;油于熱膨脹量大只能采用浮對設(shè)計和制造以及材料的選擇就更加困難。頭式但管程出氣管又不能直接穿出外殼,因為這樣.根據(jù)工藝計算,反應(yīng)器直徑應(yīng)為3 m設(shè)計壓力出氣管與外殼之間密封是個難題。為此我們采用5.6 MPa ,設(shè)計溫度300 C。在這樣的直徑壓力和了出氣管在殼體內(nèi)收縮的結(jié)構(gòu),因管、殼程間只存在溫度條件下國內(nèi)材料的選擇是-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(shù)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(shù),使被加熱合成氣走管內(nèi)縮小換度。通過詳細調(diào)查和查閱資料發(fā)現(xiàn)在鍋爐制造行熱管管徑,且管內(nèi)增設(shè)類似靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)的擾流業(yè)大量使用的13MnMoNbR( BHW35 )板材塑性好,元件。冷脆轉(zhuǎn)變溫度低焊接性能好焊接工藝簡單,減小2.3避免羰基鐵的生成了制造難度增強了設(shè)備制造的可靠性,雖含Mo量殼程內(nèi)溫度處于羰基化物生成的條件,為避免不到0.5Mo(實際為0.3Mo),強度指標稍低于羰基鐵的生成我們對殼體內(nèi)壁加以特殊處理。18MnMoNbR(兩者σ。分別是570 MPa和590MPa )。但作為筒體所接觸的介質(zhì)是水,作為管板可高效復(fù)合型甲醇分離器的設(shè)計在管程側(cè)堆焊抗氫腐蝕材料,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(zhuǎn)第52頁)盛裝催化劑的換熱管是這臺設(shè)備的核心部件,河南化工52.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2007年第24卷柔性連續(xù)耐高溫抗腐蝕碳纖維抽油桿的研制兩個項東華魯恒升化工股份有限公司建成開車后實現(xiàn)了目,日前通過了山東省科技廳組織的技術(shù)鑒定。長周期穩(wěn)定高效運行,年產(chǎn)合成氨突破32萬t。這混雜纖維增強復(fù)合材料的開發(fā)及其應(yīng)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)揮了碳纖維減摩質(zhì)輕、金屬纖維業(yè)協(xié)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)新與核心競爭力一華 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(jié)探討化工行業(yè)實現(xiàn)自主創(chuàng)新走可持續(xù)放的雙重效果制備的復(fù)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(fù)合材料組成設(shè)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(yīng)用前景廣闊?；市袠I(yè)第-套依托自主技術(shù)建設(shè)的國產(chǎn)化項目,柔性連續(xù)耐高溫抗腐蝕碳纖維抽油桿的研制采項目采用擁有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)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(chǎn)化裝置成套技術(shù)采用我國分布廣泛、價研制了新一代碳纖維抽油桿既具有高的比強度、比格低廉的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、耐高溫、料在當前石油、天然氣日益緊缺的情況下,可以有較高的韌性等性能。該項目開發(fā)的拉擠生產(chǎn)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(shù)可有效優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)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(xiàn)產(chǎn)業(yè)耐高溫抗腐蝕抽油桿生產(chǎn)和系統(tǒng)作業(yè)計算機軟件系升級也提供了技術(shù)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(chǎn)實現(xiàn)了我國大氮肥技術(shù)、裝備和原料結(jié)構(gòu)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(shè)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(guān)項目一全國首套造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。大氮肥裝置國產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)類似的現(xiàn)象,在生產(chǎn)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(jīng)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(shè)計不設(shè)置大法蘭而將其直接焊死在停車的設(shè)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(yù)原因這兩臺設(shè)備不設(shè)置大法蘭而只設(shè)置人孔法蘭，塔吸收后的氣體經(jīng)過多級分離除去夾帶物。根據(jù)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(lián)產(chǎn)甲醇的特點我們要設(shè)計出操作彈性大的分離器,即要適應(yīng)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(lián)產(chǎn)甲醇裝置自2001年11網(wǎng)等多種結(jié)構(gòu)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)生產(chǎn)61個月，正常日產(chǎn)城市煤氣91 x10* Nm3、 甲醇4密封結(jié)構(gòu)可靠 性的設(shè)計240t最高日產(chǎn)甲醇345t,正常生產(chǎn)調(diào)峰能力為35甲醇合成反應(yīng)器和中間換熱器兩臺設(shè)備工作條萬Nm'/d。件相近都在中溫( 300 C )中壓(5 MPa左右)下工實踐證明,甲醇合成塔等主要設(shè)備的開發(fā)設(shè)計作。根據(jù)以往的經(jīng)驗,在這種條件下法蘭密封很難是先進合理的實現(xiàn)了城市煤氣聯(lián)產(chǎn)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(chǎn)量在較大范圍內(nèi)可以調(diào)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(zhì)量完全達到了國家標準。