Davy、Lurgi、Topose甲醇合成工藝對(duì)比分析及其應(yīng)用情況

李萬林，李芮，孫乖緒，何麗蓉，王正

摘要：近年來，國(guó)內(nèi)眾多大型煤基甲醇裝置大多采用低壓甲醇合成工藝，以市場(chǎng)占有率居前三的Davy甲醇合成工藝、Lurgi甲醇合成工藝、Topsoe甲醇合成工藝為例，介紹其常見的工藝流程配置、國(guó)內(nèi)外主要應(yīng)用業(yè)績(jī)、生產(chǎn)中的一些問題及其解決措施。分析認(rèn)為，Davy、Lurgi、Topsoe低壓甲醇合成工藝在流程布置、設(shè)備數(shù)量、系統(tǒng)壓降和能耗水耗等方面各不相同、各有特點(diǎn); 總體而言，同等甲醇產(chǎn)能情況下，系統(tǒng)壓降方面Davy甲醇合成工藝占有優(yōu)勢(shì)，公用工程消耗及運(yùn)行費(fèi)用方面Lurgi甲醇合成工藝占有優(yōu)勢(shì)，Topsoe甲醇合成工藝在催化劑方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。新上甲醇項(xiàng)目選擇甲醇合成工藝時(shí)，應(yīng)綜合考慮許可費(fèi)(含專利和技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)) 、工藝設(shè)計(jì)包和技術(shù)文件費(fèi)、技術(shù)服務(wù)費(fèi)和培訓(xùn)費(fèi)，并充分考慮技術(shù)的成熟性、穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保指標(biāo)等。

關(guān)鍵詞：大型甲醇裝置;  Davy甲醇合成工藝;  Lurgi甲醇合成工藝，Topsoe甲醇合成工藝; 對(duì)比分析; 應(yīng)用情況; 解決方案

引言

       近年來，受國(guó)際原油價(jià)格波動(dòng)的影響以及國(guó)內(nèi)政策的導(dǎo)向作用，眾多大型煤化工項(xiàng)目陸續(xù)規(guī)劃建設(shè)，其中，煤經(jīng)甲醇制烯烴、乙醇、醋酸、二甲醚項(xiàng)目較多，尤其是煤經(jīng)甲醇制烯烴路線具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，煤基甲醇制烯烴項(xiàng)目遍地開花，例如，最近10 a來國(guó)家能源集團(tuán)(原神華集團(tuán)與國(guó)電集團(tuán)整合而成) 、中煤集團(tuán)、中石化集團(tuán)、陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)、陜西煤業(yè)化工集團(tuán)、寧夏寶豐能源集團(tuán)、久泰集團(tuán)等大型企業(yè)紛紛涉足煤基甲醇制烯烴行業(yè)。

       甲醇合成工藝技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)十分成熟，按甲醇合成反應(yīng)壓力主要分為高壓法、中壓法和低壓法(習(xí)慣上，許多學(xué)者將低壓甲醇合成工藝和中壓甲醇合成工藝統(tǒng)稱為低壓法) ，由于低壓法較高壓法具有較多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，因此近年來新建甲醇裝置大多采用低壓甲醇合成工藝。典型的低壓甲醇合成工藝主要有Davy工藝、Lurgi工藝、Topsoe工藝、Casale工藝和三菱工藝，在設(shè)計(jì)日產(chǎn)能占全球(技術(shù)) 轉(zhuǎn)讓運(yùn)行產(chǎn)能份額中，Davy工藝占比約32%，Lurgi工藝占比約20%，Topsoe工藝占比約8%，Casale工藝占比約7%，三菱工藝占比約7%; 此外，華東理工大學(xué)的低壓甲醇合成工藝在國(guó)內(nèi)中小型甲醇裝置中多有應(yīng)用(大型甲醇裝置中應(yīng)用較少) ，如陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司的200 kt/a甲醇裝置、陜西長(zhǎng)青能源化工有限公司的300 kt/a甲醇裝置、河南龍宇煤化工有限公司的500 kt/a甲醇裝置等。

       現(xiàn)以市場(chǎng)占有率居前三的低壓甲醇合成工藝—Davy甲醇合成工藝、Lurgi甲醇合成工藝、Topsoe甲醇合成工藝為例，介紹其常見的工藝流程配置、國(guó)內(nèi)外主要業(yè)績(jī)、工藝特點(diǎn)及優(yōu)       缺點(diǎn)、系統(tǒng)生產(chǎn)中的常見問題及其解決措施，以期為后續(xù)新建甲醇項(xiàng)目及在運(yùn)甲醇裝置提供一點(diǎn)參考與借鑒。

1 大型甲醇裝置甲醇合成系統(tǒng)工藝流程配置

       1997年Lurgi公司率先提出“大甲醇”概念后，Davy、Lurgi、Topsoe等公司相繼提出大型甲醇裝置甲醇合成工藝，不同甲醇合成工藝的原理和能耗差異不大，主要差異在于甲醇合成塔類型及工藝流程配置等方面。目前，大型甲醇裝置甲醇合成工藝流程配置主要有3種，具體如下。

1.1 串聯(lián)工藝—Lurgi甲醇合成工藝

       1969年Lurgi公司首次進(jìn)行了低壓甲醇合成工藝催化劑工業(yè)試驗(yàn)，1970年設(shè)置有100根換熱列管的示范性甲醇合成塔投入使用，1997年Lurgi公司率先提出1 Mt/a甲醇合成工藝概念，2004~2020年，Lurgi公司在中國(guó)拿到了13套甲醇項(xiàng)目的訂單。

       Lurgi公司大型甲醇裝置合成系統(tǒng)采用的是典型的串聯(lián)工藝流程—?dú)饫浞磻?yīng)器與水冷反應(yīng)器串聯(lián): 氣冷反應(yīng)器接近反應(yīng)最優(yōu)溫度，具有較高的平衡驅(qū)動(dòng)力，CO轉(zhuǎn)化率較高，原料氣消耗較低，出口氣中產(chǎn)物濃度高，粗甲醇含量最高可達(dá)16%; 水冷反應(yīng)器近等溫設(shè)計(jì)，床層傳熱速率極快，80%的甲醇合成反應(yīng)熱可轉(zhuǎn)化為蒸汽，開車操作簡(jiǎn)單方便(通過蒸汽就可直接加熱甲醇合成塔催化劑床層) ，水汽(鍋爐水+蒸汽)在水冷反應(yīng)器(殼程) 與汽包內(nèi)形成熱虹吸循環(huán)，不需設(shè)置強(qiáng)制循環(huán)水泵，生產(chǎn)安全可靠。Lurgi公司提出的這種甲醇合成串聯(lián)工藝流程，較好地在甲醇合成反應(yīng)熱力學(xué)與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)之間進(jìn)行了權(quán)衡，水冷反應(yīng)器催化劑床層有相對(duì)較高的溫度，水冷反應(yīng)器內(nèi)的甲醇合成反應(yīng)可較快地進(jìn)行，剩余未轉(zhuǎn)化的工藝氣則在氣冷反應(yīng)器內(nèi)較低溫度下進(jìn)行進(jìn)一步的甲醇合成反應(yīng)。簡(jiǎn)言之，Lurgi甲醇合成工藝CO單程轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)速率較快，不僅節(jié)省了合成氣(循環(huán)氣) 壓縮機(jī)的功耗，而且降低了循環(huán)氣量。

1.2 并聯(lián)工藝—Topsoe甲醇合成工藝

       化工生產(chǎn)中，當(dāng)1臺(tái)反應(yīng)器不能滿足產(chǎn)能要求時(shí)，可采用2臺(tái)或多臺(tái)反應(yīng)器并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的增產(chǎn)。Topsoe公司的大型甲醇裝置合成系統(tǒng)采用的就是并聯(lián)工藝流程。經(jīng)典的Topsoe甲醇合成工藝流程為: 新鮮合成氣首先與少量的熱鍋爐水混合(加入熱鍋爐水的目的是確保下游硫保護(hù)罐內(nèi)羰基硫的水解) ，然后原料氣在第一進(jìn)氣/出氣換熱器中被甲醇合成塔出塔氣預(yù)熱，預(yù)熱后的原料氣送至硫保護(hù)罐中，H₂S被硫保護(hù)罐中的脫硫劑脫除; 來自高壓分離罐的循環(huán)氣經(jīng)合成氣壓縮機(jī)循環(huán)壓縮段提壓后進(jìn)入第二進(jìn)氣/出氣換熱器中預(yù)熱，接著與脫硫后的新鮮氣混合進(jìn)入甲醇合成塔內(nèi)，H₂、CO和CO₂在甲醇合成催化劑的作用下反應(yīng)生成甲醇; 甲醇合成塔出塔氣分為兩股，分別在第一進(jìn)氣/出氣換熱器和第二進(jìn)氣/出氣換熱器內(nèi)被冷卻，冷卻后的兩股氣體合并后，在合成回路空冷器和水冷器內(nèi)被進(jìn)一步冷卻冷凝，得到的粗甲醇在高壓分離罐中分離并送往低壓分離罐; 新鮮氣中含有少量的惰性氣如N₂、Ar、CH₄，為防止惰性氣在合成回路中聚集，循環(huán)氣的一部分作為弛放氣在高壓分離器下游排出(此處的惰性氣濃度最高) ，循環(huán)氣則通過合成氣壓縮機(jī)循環(huán)壓縮段提壓后循環(huán)利用。Topsoe甲醇合成塔為沸水反應(yīng)器，甲醇合成催化劑裝填在不同的列管中，沸水包圍著列管，可有效地移去甲醇合成反應(yīng)熱; 沸水和蒸汽的混合物在反應(yīng)器(殼程)與外部汽包之間自然循環(huán)，可通過調(diào)整從汽包分離出來并送至界區(qū)的蒸汽壓力來控制甲醇合成塔催化劑床層的溫度。

1.3 串并聯(lián)耦合工藝—Davy甲醇合成工藝

       Davy甲醇合成工藝，從新鮮氣的分配角度來看屬于并聯(lián)工藝，從粗甲醇分離器頂部氣相的去向來看屬于串聯(lián)工藝，故稱作串并聯(lián)耦合工藝。

       Davy甲醇合成工藝，系統(tǒng)操作控制簡(jiǎn)單且智能化，工藝流程簡(jiǎn)練(集中布置) ，具有CO/CO₂/H₂單程轉(zhuǎn)化率高、氣體中心管進(jìn)氣徑向流動(dòng)而系統(tǒng)壓降較小、除廢催化劑外再無其他固廢等特點(diǎn); 合成氣壓縮機(jī)和循環(huán)氣壓縮機(jī)可共用1臺(tái)蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，投資省、占地小、易維修; 合成回路還可設(shè)置1臺(tái)或者2臺(tái)鍋爐給水預(yù)熱器，用甲醇合成塔出塔氣預(yù)熱進(jìn)合成汽包的鍋爐給水，不僅可降低空冷器和水冷器的熱負(fù)荷，還可提高蒸汽產(chǎn)量，達(dá)到一舉兩得的效果。此外，Davy串并聯(lián)耦合工藝中，理論上可在甲醇合成塔直徑保持不變的情況下通過增加塔高實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，單臺(tái)甲醇合成塔產(chǎn)能可達(dá)3000 t/d (2020年5月投產(chǎn)的寧夏寶豐能源集團(tuán)二期2200 kt/a甲醇裝置，采用Davy甲醇合成工藝，單臺(tái)甲醇合成塔產(chǎn)能已達(dá)3300 t/d) 。

2 三種甲醇合成工藝在大型裝置中的應(yīng)用情況

2.1 Davy甲醇合成工藝應(yīng)用情況

       Davy甲醇合成工藝近年來在國(guó)內(nèi)大型甲醇裝置中的應(yīng)用，主要有寧夏寶豐能源集團(tuán)焦炭氣化制600 kt/a烯烴項(xiàng)目配套2200 kt/a甲醇裝置、陜西延長(zhǎng)石油延安能源化工有限責(zé)任公司1800 kt/a甲醇裝置、神華新疆化工有限公司1800 kt/a甲醇裝置、陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司1800 kt/a甲醇裝置、蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司2×900 kt/a甲醇裝置、寧夏寶豐能源集團(tuán)1500 kt/a甲醇裝置、內(nèi)蒙古榮信化工有限公司2×900 kt/a甲醇裝置、神華包頭煤化工有限公司1800 kt/a甲醇裝置、中海石油建滔化工有限公司800 kt/a甲醇裝置等。

       Davy甲醇合成工藝在國(guó)內(nèi)的商業(yè)化運(yùn)行業(yè)績(jī)較多，Davy甲醇合成系統(tǒng)首爐甲醇合成催化劑要求采用其母公司莊信萬豐的Katalco51系列催化劑，甲醇合成催化劑裝填在甲醇合成塔的殼程，鍋爐水走管程，甲醇合成塔壓降較小，催化劑活性較高; 但據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司、內(nèi)蒙古榮信化工有限公司、蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司、陜西延長(zhǎng)石油延安能源化工有限責(zé)任公司、神華新疆化工有限公司、神華包頭煤化工有限公司的甲醇裝置均出現(xiàn)過不同程度的事故，尤其是鍋爐給水預(yù)熱器支線、2#甲醇合成塔工藝氣出口法蘭、脫硫槽出口管線以及甲醇合成塔頂部法蘭出現(xiàn)事故的頻次較高，有待解決。

2.2 Lurgi甲醇合成工藝應(yīng)用情況

       Lurgi甲醇合成工藝近年來在國(guó)內(nèi)大型甲醇裝置中的應(yīng)用，主要有廣西華誼能源化工有限公司1000 kt/a甲醇裝置、中煤鄂爾多斯能源化工有限公司1000 kt/a 甲醇裝置、神華寧煤集團(tuán)1680 kt/a甲醇裝置、大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司1680 kt/a甲醇裝置、中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司2×1800 kt/a甲醇裝置、中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司1700 kt/a甲醇裝置(甲醇合成系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)能為1800 kt/a) 、陜西長(zhǎng)青能源化工有限公司900 kt/a甲醇裝置等，其市場(chǎng)占有率次于Davy甲醇合成工藝。

       Lurgi甲醇合成系統(tǒng)首爐甲醇合成催化劑要求采用科萊恩(原德國(guó)南方化學(xué)公司) 甲醇合成催化劑，水冷反應(yīng)器殼程為沸騰水、管程裝填催化劑，甲醇合成塔催化劑床層溫度可通過調(diào)節(jié)甲醇合成汽包內(nèi)飽和蒸汽的壓力來控制，可以較好地滿足以氧化鋁為載體的銅鋅基催化劑的活性條件; 但是，Lurgi甲醇合成工藝中氣冷反應(yīng)器殼程催化劑裝填量較大，管程的冷合成氣與反應(yīng)氣逆流換熱，會(huì)導(dǎo)致催化劑床層溫度逐漸下降，尤其需重點(diǎn)關(guān)注氣冷反應(yīng)器內(nèi)催化劑還原不理想、氣冷反應(yīng)器和水冷反應(yīng)器選擇同一類型催化劑帶來的連帶問題、合成環(huán)路系統(tǒng)循環(huán)氣量不能調(diào)整、催化劑使用末期氣冷反應(yīng)器床層熱點(diǎn)溫度過高致催化劑老化等問題。

2.3 Topsoe甲醇合成工藝應(yīng)用情況

       近年來Topsoe甲醇合成工藝在國(guó)內(nèi)外大型甲醇裝置中的應(yīng)用，主要有伊朗Marjan Ptrochemial Compamy 1800 kt/a甲醇項(xiàng)目、土庫(kù)曼斯坦Turkmenga 1800 kt/a氣頭甲醇制汽油項(xiàng)目、伊朗Middle East Kimiaye Pars Petrochemical Comamy1800 kt/a甲醇項(xiàng)目、美國(guó)塞拉尼斯1200 kt/a甲醇項(xiàng)目、中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工(寧夏)有限公司(原國(guó)電寧夏英力特寧東煤基化學(xué)有限公司) 500 kt/a甲醇裝置、同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司600 kt/a甲醇裝置、陜西咸陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限公司600 kt/a甲醇裝置、河南省中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司500 kt/a甲醇裝置等。

       在Davy、Lurgi、Topsoe三種甲醇合成工藝中，Topsoe甲醇合成工藝在國(guó)內(nèi)大型甲醇裝置中的市場(chǎng)占有率最低，目前商業(yè)化運(yùn)行最大產(chǎn)能的是同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司的600 kt/a甲醇裝置。據(jù)了解，Topsoe公司MK121、MK151甲醇合成催化劑性能較佳，但其甲醇合成系統(tǒng)原始開車時(shí)存在負(fù)荷提不起來的問題—陜西咸陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限公司600 kt/a甲醇裝置初期負(fù)荷只能達(dá)到50%、河南省中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司500 kt/a甲醇裝置初期負(fù)荷未超過60%，表觀現(xiàn)象為甲醇合成塔出口溫度高。因此，需重點(diǎn)關(guān)注并調(diào)研這兩家公司甲醇裝置運(yùn)行初期負(fù)荷提不起來的原因及最終專利商給出的解決方案。

3 三種甲醇合成工藝系統(tǒng)運(yùn)行問題及解決方案

3.1 Davy甲醇合成系統(tǒng)

       Davy甲醇合成工藝通常采用2臺(tái)結(jié)構(gòu)相同的徑向流蒸汽上升式合成反應(yīng)器串聯(lián)，該反應(yīng)器與Lurgi管殼式反應(yīng)器類似，但不同的是Davy甲醇合成塔換熱管內(nèi)走鍋爐水、殼程裝填催化劑，原料氣從中心管進(jìn)入，可從塔底進(jìn)入或者塔上下同時(shí)進(jìn)入，并從中心向四周呈輻射狀流動(dòng)，同等產(chǎn)能的甲醇合成塔直徑比Lurgi管殼式合成塔直徑小、氣體沿徑向流動(dòng)阻力小。但是，Davy甲醇合成塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造難度大，加工制造要求高，投資較高，先前都是國(guó)外知名設(shè)備廠家如印度拉森特博洛公司( L＆T公司) 、韓國(guó)斗山集團(tuán)、科恩馬集團(tuán)(KNM公司) 制造，不過現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司(哈鍋) 、東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司(東鍋) 已可制造(寧夏寶豐能源集團(tuán)二期2200 kt/a甲醇合成塔和久泰集團(tuán)2000 kt/a甲醇合成塔由東鍋制造，神華榆林能源化工有限公司1800 kt/a甲醇合成塔由哈鍋制造) ; 還有，Davy甲醇合成塔催化劑裝填得分層進(jìn)行，塔內(nèi)操作空間狹小，裝填耗時(shí)較長(zhǎng); 此外，甲醇合成塔換熱管束若發(fā)生泄漏，檢修極其困難。Davy甲醇合成塔的這種結(jié)構(gòu)，對(duì)合成氣中硫、氯含量控制要求很高，在甲醇合成塔前需設(shè)置催化劑保護(hù)床用于脫除合成氣中的微量氯和硫。

       針對(duì)Davy甲醇合成系統(tǒng)運(yùn)行中鍋爐給水預(yù)熱器支線、2#甲醇合成塔工藝氣出口法蘭、脫硫槽出口管線以及甲醇合成塔頂部法蘭出現(xiàn)事故頻次較高的問題，經(jīng)調(diào)研，陜西某公司和新疆某公司總結(jié)出如下解決方案: 操作上避免鍋爐給水預(yù)熱器支線調(diào)節(jié)閥關(guān)至7%以下，從源頭上控制甲烷化反應(yīng)的發(fā)生; 將2#甲醇合成塔工藝氣出口法蘭金屬纏繞墊片更換為波齒形墊片; 此外，施工過程中嚴(yán)格進(jìn)行法蘭安裝的把關(guān)和驗(yàn)收，針對(duì)高溫高壓下流通易燃易爆工藝介質(zhì)的法蘭要形成有針對(duì)性的安裝驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，建議把控好扭矩，利用液壓扭矩扳手逐一在如北-南、西-東、東北-西南、西北-東南對(duì)角緊固法蘭，嚴(yán)禁采用人工大錘緊固。

3.2 Lurgi甲醇合成系統(tǒng)

       Lurgi甲醇合成工藝采用的是1臺(tái)氣冷反應(yīng)器與1臺(tái)水冷反應(yīng)器串聯(lián)，或者1臺(tái)氣冷反應(yīng)器與2臺(tái)(并聯(lián)的) 水冷反應(yīng)器串聯(lián)，水冷反應(yīng)器管內(nèi)裝填甲醇合成催化劑，管外充滿鍋爐水(移熱) ，甲醇合成反應(yīng)幾乎是在等溫的條件下進(jìn)行的; 氣冷反應(yīng)器管內(nèi)走新鮮氣，管外在催化劑的作用下進(jìn)一步進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)。Lurgi甲醇合成塔等溫設(shè)計(jì)、傳熱效率高、系統(tǒng)循環(huán)比小、副產(chǎn)4.0 MPa蒸汽，開車容易，投資成本和操作費(fèi)用較低; 水冷反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層可直接用蒸汽升溫，無催化劑床層過熱現(xiàn)象，催化劑使用壽命長(zhǎng)?？傮w而言，業(yè)界很多技術(shù)人員認(rèn)為，目前Lurgi甲醇合成工藝是產(chǎn)能5000 t/d以上甲醇裝置的最佳合成工藝，而且其合成回路采用低循環(huán)比，設(shè)備和管道尺寸相較于Davy甲醇合成工藝明顯減小; 但由于Lurgi甲醇合成工藝水冷反應(yīng)器催化劑裝填在管內(nèi)，催化劑裝填難度較大、更換時(shí)間較長(zhǎng)，使得檢修費(fèi)用增加。

       針對(duì)Lurgi甲醇合成工藝氣冷反應(yīng)器催化劑還原不理想、氣冷反應(yīng)器和水冷反應(yīng)器選擇同一類型催化劑帶來的連帶問題、合成環(huán)路系統(tǒng)循環(huán)氣量不能調(diào)整、催化劑使用末期氣冷反應(yīng)器床層熱點(diǎn)溫度過高致催化劑老化的問題，經(jīng)調(diào)研，內(nèi)蒙古某公司在其1680 kt/a Lurgi甲醇合成系統(tǒng)采取了如下解決方案: 在氣冷反應(yīng)器入塔管線上增設(shè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以方便調(diào)節(jié)冷卻氣量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效控制催化劑床層溫度; 在合成環(huán)路中設(shè)置1條循環(huán)氣近路管線，以方便操作人員根據(jù)催化劑床層溫度分布調(diào)整合成環(huán)路循環(huán)氣量; 增設(shè)1臺(tái)氣氣固定管板式換熱器，利用水冷反應(yīng)器出口氣熱量提高氣冷反應(yīng)器合成氣的溫度，以解決低負(fù)荷下氣冷反應(yīng)器催化劑床層溫度方面的問題。

3.3 Topsoe甲醇合成系統(tǒng)

       Topsoe甲醇合成工藝的設(shè)計(jì)基于沸水反應(yīng)器，即采用一種催化劑裝填在列管內(nèi)、管殼外包圍沸水的管式反應(yīng)器，甲醇合成塔內(nèi)有數(shù)根垂直的列管，合成反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由沸水移出，副產(chǎn)的蒸汽在甲醇合成塔外的汽包內(nèi)進(jìn)行分離，汽包內(nèi)的水依靠重力自然循環(huán)回到甲醇合成塔內(nèi)，可確保反應(yīng)幾乎在等溫條件下進(jìn)行，這不僅保證了CO單程轉(zhuǎn)化率高和催化劑利用率高，也確保了低的循環(huán)氣量和較少的副產(chǎn)物生成量。Topsoe甲醇合成系統(tǒng)可由3臺(tái)水冷式甲醇合成塔并聯(lián)組成，3臺(tái)并聯(lián)的甲醇合成塔共用1臺(tái)汽包，粗甲醇經(jīng)高壓分離器、低壓分離器兩級(jí)分離; 流程中設(shè)置2臺(tái)換熱器用于甲醇合成塔出塔氣熱量的利用，分別用于新鮮氣和循環(huán)氣的預(yù)熱。

       對(duì)于Topsoe甲醇合成系統(tǒng)原始開車時(shí)存在的負(fù)荷提不起來的問題，初步了解到，生產(chǎn)廠家認(rèn)為是操作方面和設(shè)計(jì)方面的原因。為解決上述問題，陜西某甲醇生產(chǎn)企業(yè)和河南某甲醇生產(chǎn)企業(yè)通過優(yōu)化開車流程和操作指標(biāo)，同時(shí)邀請(qǐng)專利商技術(shù)人員到廠指導(dǎo)具體開車過程和加負(fù)荷過程: 甲醇合成催化劑床層溫度達(dá)到活性溫度以上才緩慢引氣，非必要情況下，可先40%負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間，待工況穩(wěn)定后再逐步加至滿負(fù)荷。

4 結(jié)束語

       國(guó)內(nèi)大型甲醇裝置中，Davy甲醇合成工藝應(yīng)用業(yè)績(jī)最多，Lurgi甲醇合成工藝應(yīng)用業(yè)績(jī)次之，Topsoe甲醇合成工藝應(yīng)用業(yè)績(jī)最少。Davy、Lurgi、Topsoe三種甲醇合成工藝在流程布置、設(shè)備數(shù)量、系統(tǒng)壓降和能耗水耗等方面各不相同、各有特點(diǎn); 總體而言，同等甲醇產(chǎn)能情況下，系統(tǒng)壓降方面Davy甲醇合成工藝占有優(yōu)勢(shì)，公用工程消耗及運(yùn)行費(fèi)用方面Lurgi甲醇合成工藝占有優(yōu)勢(shì)，Topsoe甲醇合成工藝在催化劑方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。因此，新上甲醇項(xiàng)目選擇甲醇合成工藝時(shí)，應(yīng)綜合考慮許可費(fèi)(含專利和技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)) 、工藝設(shè)計(jì)包和技術(shù)文件費(fèi)、技術(shù)服務(wù)費(fèi)和培訓(xùn)費(fèi)，并充分考慮技術(shù)的成熟性、穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保指標(biāo)等。

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