GC型轴径向低压甲醇合成技术在我公司的应用-南京国昌化工科技

1GC型轴径向低压甲醇合成技术在我公司的应用于世法张庆海山东久泰化工科技股份有限公司邮编：2760171公司概况山东久泰化工科技股份有限公司位于山东省临沂市高新技术产业开发区，是具有自主知识产权的国家级高新技术企业。公司主导产品二甲醚是一种具有战略意义的新型清洁替代能源，用途非常广泛，可以作为民用燃料、车用燃料和工业用燃料，具有安全、环保、成本低等优点，是适合我国替代能源发展的主要产品。在我国“富煤、少油、有气”能源结构的基本现状下，充分发挥我国煤炭资源在一定历史条件下的优势，发展汽油、柴油的替代燃料二甲醚，对实现我国能耗多元化战略，保障我国能源安全和环境，具有重要的现实意义和深远的历史意义。2002年公司在5kt/a二甲醚成功运行的基础上,着眼于中国能源结构的变化及二甲醚的良好市场前景，开始筹建公司I期工程50kt/a甲醇、30kt/a二甲醚项目，为二甲醚工程大型化做工程放大，同时为公司Ⅱ期工程150kt/a甲醇、60kt/a二甲醚项目及Ⅲ期工程1500kt/a甲醇、1000kt/a二甲醚项目做好前期准备工作。公司根据I、Ⅱ期工程的主要工艺流程（造气→脱硫→变换→脱碳→精脱硫→低压甲醇合成）的特点，对甲醇合成工艺流程及相关技术的选择进行反复论证，并在全国的兄弟厂家考察了鲁奇管壳反应器、均温反应器、轴径向反应器等的基础上，经过反复经济技术对比，考虑到工程的经济性及技术性以及工程大型化的需要,最终选择了南京国昌化工科技有限公司设计制造的GC型轴径向低压甲醇合成塔。公司选择国昌公司的低压甲醇合成塔技术的主要原因如下：（1）GC型轴径向甲醇合成技术成熟。国昌公司先后成功开发了φ800～φ2500NC（GC)型轴径向高压氨合成塔、甲醇合成塔（单醇）、中压联醇（单醇）塔等，在许多厂家均有成功的运行经验，技术安全可靠；（2）合成塔结构简单、操作方便、反应器温度易于控制；（3）项目的投资省，并且可以实现大型化。50kt/a的甲醇生产规模的装置，国昌公司的合成塔投资与其他塔型相比，减少150～200万。鉴于上述考虑，经我公司领导集体讨论决定选用南京国昌化工科技有限公司的GC型轴径向低压甲醇合成技术,并全权委托国昌公司对Ⅰ期工程进行设计。2003年12月公司Ⅰ期工程50kt/a甲醇装置投产运行，反应器触媒层温度分布合理，2系统运行良好，给我公司带来了良好地经济效益。装置的甲醇产量在75kt/a的情况下，系统压力5.2MPa，塔阻力0.11MPa，,煤耗1100～1200kg/t醇，电耗750kWh/t醇。鉴于Ⅰ期工程的良好运行状况及较好的经济效益，公司Ⅱ期工程继续采取国昌公司的技术，该工程于2005年5月初开车，至今稳定运行，各项指标均达到或超过设计值。公司Ⅰ、Ⅱ期工程的成功运行，为公司Ⅲ期工程的顺利完成提供了宝贵的经验。2工艺流程2.1I期50kt/a甲醇合成工艺流程新鲜气和循环气经油分离器分离油水后汇合，气体分五路，其中一路主线气进热交换器；其余四路副线气作为合成塔的冷激气。主气流经热交换器加热至190～210℃进合成塔进行甲醇合成反应，反应后的240～270℃热气体出塔进入废热锅炉副产蒸汽，然后进入热交换器加热入塔的主线气。经热交换器冷却后的气体进入BFW预热器加热锅炉给水，然后经水冷器冷却至≤40℃去醇分离器进行气液分离，分离后的气体一小部分放空回收利用，主气流进循环机提压后进入系统循环，分离下来的甲醇产品送储槽（见图1）。图150kt/a甲醇合成工艺流程示意图循环机废热锅炉甲醇合成塔热交换器蒸汽去管网水冷器新鲜气油分离器BFW去其他单元甲醇去储槽放空气循环气油分离器锅炉给水（BFW）来自界区闪蒸气BFW预热器新鲜气醇分离器3图2150kt/a甲醇合成工艺流程示意图2.2Ⅱ期150kt/a甲醇合成工艺流程新鲜气油分和循环气油分出口的气体汇合后分为两路，一路气体作为合成塔的冷激气；另一路主线气体经塔前换热器加热至160～180℃后进入合成塔进行反应，反应后的240℃气体离开合成塔进入废热锅炉回收余热，副产1.0～1.3MPa的饱和蒸汽。出废热锅炉的气体并联进塔前换热器和软水加热器进一步回收热能，然后进入水冷器冷至40℃以下去甲醇分离器分离出甲醇产品，分离后的气体一小部分放空回收利用，大部分气体经循环机提压后进入系统循环（见图2）。3甲醇合成塔结构及工艺流程3.150kt/a甲醇合成塔结构及工艺流程50kt/a甲醇合成塔的结构为GC型热壁式四轴一径低压甲醇合成塔，催化剂床层温度通过冷激气和层间换热器调节，其主要技术参数见表1。表150kt/a甲醇合成塔技术参数塔型GC—R411Y型四轴一径催化剂自卸结构塔径mmφ1800塔高mm16000催化剂装填量m325操作压力MPa5.0合成塔阻力MPa＜0.3塔内电加热器kW1500入塔气量kNm3/h130～180蒸汽产量kg/tCH3OH≥400(蒸汽压力1.0MPa)4合成气经热交换器预热至160℃左右进入合成塔层间换热器换热，加热至190～210℃进入第一催化剂床层；气体经第一轴向层进行反应，温度升至240℃左右与冷激气汇合，温度降至210℃，然后进入第二轴向催化剂床层反应；反应后的气体与冷激气汇合后进入第三轴向层反应，第三轴向层出口的240℃气体进入层间换热器换热，冷却至210℃进入第四轴向层进行反应，反应后的气体与冷激气汇合全进入第一径向层反应，反应后的240～270℃气体离开合成塔。3.2150kt/a甲醇合成塔结构及工艺流程150kt/a甲醇合成塔的结构为GC型热壁式二轴二径低压甲醇合成塔，催化剂床层温度通过冷激气和层间换热器调节，其主要技术参数见表2。该塔与公司Ⅰ期合成塔的显著区别是触媒筐2、3段及3、4段使用层间换热器代替菱形分布器移走段间反应热。表2150kt/a甲醇合成塔技术参数来自塔前换热器的工艺气进入合成塔上、下层间换热器管程加热至210℃左右进入第一轴向催化剂床层进行反应，反应后的气体（温度240℃）与冷激气混合温度降至210℃左右进入第二轴向催化剂床层进行反应，反应后的气体（温度240℃）进入上层间换热器壳程换热,温度降至210℃左右进入第一径向催化剂床层进行反应，反应后的气体（温度240℃）进入下层间换热器壳程换热,温度降至210℃左右进入第二径向催化剂床层进行反应，反应后的出塔气（温度240℃）进入废热锅炉回收余热，副产1.0～1.3MPa的饱和蒸汽。4设备的技术规格表350kt/a甲醇合成系统设备技术规格序号名称规格台数备注1甲醇合成塔Ф1800*160001GC型内件2塔内电加热器1500kW13废热锅炉Ф1400/Ф220014换交换器Ф9001塔型GC—R222Y型二轴二径催化剂自卸结构塔径mmφ2200塔高mm22000催化剂装填量m345操作压力MPa5.3合成塔阻力MPa＜0.3塔外电加热器kW2000入塔气量kNm3/h280蒸汽产量kg/tCH3OH≥400(蒸汽压力1.0MPa)55BFW预热器Ф100016水冷器Ф100027醇分离器φ140018循环机油分离器φ140019新鲜气油分离器φ1000110循环机38m3/min2往复式表4150kt/a甲醇合成系统设备技术规格序号名称规格台数备注1甲醇合成塔φ2200*220001GC型内件2塔外电加热器2000kW13废热锅炉φ1400/φ180014塔前换热器φ12001GC型内件5软水加热器φ120016水冷器φ140037甲醇分离器φ20001GC型内件8循环气油分φ18001GC型内件9新鲜气油分φ10001GC型内件10循环机38m3/min3往复式5催化剂的升温还原及系统运行5.150kt/a甲醇合成系统催化剂的升温还原及系统运行公司I期工程的φ1800甲醇合成塔装填C306型低压甲醇催化剂约40吨，四层轴向床层全部装填大颗粒催化剂φ9×7约30吨,径向床层装填小颗粒催化剂φ5×5约10吨。2003年12月3日甲醇催化剂开始升温还原，升温还原采用分段低氢还原法。升温还原过程中，温度控制平稳，水汽浓度及出水速率均控制在指标范围内，实际出水量达到理论出水量的98%，催化剂床层各点温度均提高至240℃左右，各点温差均在0～1℃。升温还原过程中，由于前工段波动，恒温约14小时,总共历时约110小时。催化剂升温还原结束后系统转入轻负荷生产，至今运行良好，其运行情况见表5、表6。5.2150kt/a甲醇合成系统催化剂的升温还原及系统运行公司Ⅱ期工程150kt/a低压甲醇系统φ2200甲醇合成塔装填催化剂约67吨，全部为小颗粒催化剂φ5×5。2005年4月27日甲醇催化剂开始升温还原，升温还原采用分段低氢还原法。升温还原过程中,温度控制平稳，水汽浓度及出水速率均控制在指标范围内，实际出水量达到理论出水量的98%，催化剂床层各点温度均提高至240℃左右，各点温差均在0～1℃。催化剂升温还原总共历时约119小时，升温还原结束后系统转入轻负荷生产，至今运行良好，6其运行情况见表7、表8。表550kt/a甲醇合成系统运行参数一、工艺参数参数名称设计值实测值备注系统压力MPa5.34.2～4.6合成塔阻力MPa＜0.3＜0.11系统阻力MPa＜0.5＜0.47蒸汽压力MPa1.01.0～1.1合成塔出口温度℃240～270～245SOR阶段，温度控制在低限。热交换器出口温度℃～125136.4BFW预热器出口温度℃～8889.3水冷器出口温度℃～40～51.5水温38℃，大于设计指标。床层温度第一轴向床层进/出℃195/245193/240第二轴向床层进/出℃210/245215/245第三轴向床层进/出℃215/240213/233第四轴向床层进/出℃220/240219/238第一径向床层进/出℃225/240227/234二、产量及消耗甲醇产量t/d170～276开二台压缩机及二台循环机副产蒸汽量kg/tCH3OH≥400除满足变换工段使用外，还向蒸汽管网送汽。工艺电耗kWh/tCH3OH≤750原料煤耗t/tCH3OH1.3～1.4燃料煤耗t/tCH3OH≤0.55(“三废混燃炉”正常使用时需按一定比例兑入烟煤)表650kt/a甲醇合成系统气体组成位置组分H2COCO2N2+ArCH4H2OCH3OH新鲜气63.523.84.0～3★入塔气～665～83.5～19～6.0★0.5～1出塔气★★★★★★6.5～7.2注：★表示该组分未做分析表7150kt/a甲醇合成系统运行参数一、工艺参数参数名称设计值实测值备注系统压力MPa5.5～5.3合成塔阻力MPa＜0.3～0.28系统阻力MPa＜0.6＜0.537蒸汽压力MPa1.01.0～1.1合成塔出口温度℃～253.3～248水冷器出口温度℃～40～51循环水水质差气体循环比4.84.7床层温度第一轴向床层进/出℃215/253205/238同平面温差小于2℃第二轴向床层进/出℃216/253210/245同平面温差小于5℃第一径向床层进/出℃215/253218/249同平面温差小于5℃第二径向床层进/出℃215/253222/248同平面温差小于5℃二、产量及消耗甲醇产量t/d483.87～530未包括吹除气中甲醇量冷却水消耗上m3/tCH3OH3937.6新鲜气消耗m3/tCH3OH26572529副产蒸汽量kg/tCH3OH≥400除满足变换工段使用外，还向蒸汽管网送汽。工艺电耗kWh/tCH3OH≤450表8150kt/a甲醇合成系统气体组成位置组分v%H2COCO2N2+ArCH4H2OCH3OH新鲜气64.523.84.2～3★--入塔气～66～93.8～16.2～4.0★★★表示该组分未做分析，出塔气组分分析不准。6结论（1）从上述运行参数可知：公司I、Ⅱ期工程实际运行非常良好，主要性能参数均已达到或超过设计值。I、Ⅱ期低压甲醇装置的生产能力达到70～80kt/a、150～160kt/a，实际生产能力超过设计值。（2）副产蒸汽品质相对较高，吨醇产汽量大。合成副产1.0～1.1MPa的蒸汽除满足变换工段使用外，还向管