【正文】 不是耐火磚，爐襯的使用壽命長(zhǎng)。水煤漿氣流床：水煤漿氣化技術(shù)的特點(diǎn)是煤漿帶35%~40%水入爐，因此氧耗比干粉煤氣化約高20%；爐襯是耐火磚，沖刷嚴(yán)重，每年要更換一次。生成CO2量大，碳的轉(zhuǎn)化率低，有效氣體成份(CO+H2)低；對(duì)煤有一定要求，如要求灰分13%，灰熔點(diǎn)1300℃，含水量8%等，雖然具有氣流床煤氣化的共同優(yōu)點(diǎn)，仍是美中不足。通過比較可知道大型甲醇的煤氣化的應(yīng)該優(yōu)先考慮干粉煤氣化。設(shè)計(jì)采用的是GSP冷激氣化工藝，其兼有shell和Texaco的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。代表著未來氣流床加壓氣化技術(shù)的發(fā)展方向。 GSP工藝技術(shù)簡(jiǎn)介GSP工藝技術(shù)是20世紀(jì)70年代末由GDR(原民主德國(guó))開發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的大中型煤氣化技術(shù)。與其他同類氣化技術(shù)相比，該技術(shù)因采用了氣化爐頂干粉加料與反應(yīng)室周圍水冷壁結(jié)構(gòu)，因而在氣化爐結(jié)構(gòu)以及工藝流程上有其先進(jìn)之處。GSP氣化技術(shù)的主要特點(diǎn)如下［6］： (1)采用干粉煤(水份含量2%)作為氣化原料，根據(jù)后續(xù)化工產(chǎn)品的要求，煤粉可用氮?dú)饣蛞谎趸驾斔?，故操作十分安全。由于氣化溫度高，故?duì)煤種的適應(yīng)性更為廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用，也可以兩種煤摻混使用。對(duì)煤的灰熔點(diǎn)的適用范圍比其他氣化工藝更寬，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔點(diǎn)的煤種也能使用。(2)氣化溫度高，一般在1450～1600℃，%，(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)高達(dá)90%以上。(3)氧耗較低，與水煤漿加壓氣化工藝相比，氧耗低約15%～20%，可降低配套空分裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用。(4)氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火材料襯里。水冷壁設(shè)計(jì)壽命按25年考慮。正常使用時(shí)維護(hù)量很少，運(yùn)行周期長(zhǎng)。(5)只有一個(gè)聯(lián)合噴嘴(開工噴嘴與生產(chǎn)噴嘴合二為一)，噴嘴使用壽命長(zhǎng)，為氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了可靠保障。(6)碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，冷煤氣效率高達(dá)80%以上。(7)對(duì)環(huán)境影響小，氣化過程無廢氣排放。(8)投資省，粗煤氣成本較低。 凈化工藝方案的選擇凈化工藝包括；變換、脫硫脫碳、硫回收三個(gè)部分。 變換工序以煤為原料制得的粗甲醇原料氣必須經(jīng)過一氧化碳變換工序。變換工序主要有兩個(gè)方面的作用：通過變換調(diào)整氫碳比和使有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫。變換工藝主要有：魯奇低壓甲醇生產(chǎn)中的變換工藝，Tops￠e法甲醇生產(chǎn)中的變換工藝，以及國(guó)內(nèi)的以重油為原料的全氣量部分變換工藝。設(shè)計(jì)中的變換工藝是一種全新的設(shè)計(jì)，該工藝采用的是部分氣變換。該工藝的簡(jiǎn)單流程為：氣化工段來的水煤氣首先進(jìn)入預(yù)變換爐，出爐后分為兩部分：一部分進(jìn)入另一變換爐，變換后經(jīng)過多次換熱和氣液分離后去了脫硫系統(tǒng)；另一部分先進(jìn)入有機(jī)硫水解槽脫硫，出來后氣體又分為兩部分，部分去調(diào)節(jié)變換爐出口CO含量，部分去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。工藝條件的確定：（1）溫度變換反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，對(duì)應(yīng)于一定的組成和一個(gè)最佳溫度。為了讓反應(yīng)沿著最佳溫度曲線進(jìn)行，必須移走反應(yīng)熱以降低反應(yīng)溫度。設(shè)計(jì)中的變換爐（R2002）內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，兩段間配有煤氣激冷管線，采用連續(xù)換熱式來降低溫度，控制溫度在393℃左右。預(yù)變換爐溫度控制在240℃左右。（2）壓力。壓力對(duì)反應(yīng)的化學(xué)平衡沒有影響，但對(duì)反應(yīng)速率影響顯著，～，故加壓操作可提高設(shè)備生產(chǎn)能力。現(xiàn)代甲醇裝置采用加壓變換可以節(jié)約壓縮合成氣的能量，并可充分利用變換氣中過剩蒸汽的能量。（3）最終變換率最終變換率由合成甲醇的原料氣中氫碳比及一氧化碳和二氧化碳的比例決定的。當(dāng)全氣量通過變換工序時(shí)，此時(shí)要求最終變換率不太高，必須保證足量的CO作為合成甲醇的原料；設(shè)計(jì)中采用的是部分氣量變換，其余氣量不經(jīng)過變換而直接去合成，這部分氣體可以調(diào)節(jié)變換后甲醇合成原料氣中CO的含量，所以通過的氣體變換率達(dá)90%以上。（4）催化劑粒度為了提高催化劑的粒內(nèi)有效因子，可以減少催化劑粒度，但相應(yīng)地氣體通過催化劑床的阻力就將增加，變換催化劑的適宜直徑為6～10mm，工業(yè)上一般壓制成圓柱狀，粒度￠55或￠99mm。設(shè)計(jì)中采用催化劑粒度為￠99mm。 NHD脫硫脫碳NHD溶劑主要組分是聚乙二醇二甲醚的同系物，分子式為CH3O(C2H4O)nCH3,式中n=2～8，平均分子量為250～280。物理性質(zhì)(25℃)： 密度 蒸汽壓 表面張力 粘度 比熱 2100J/(kg/K) 導(dǎo)熱系數(shù) (m/K) 冰點(diǎn) 22℃～29℃ 閃點(diǎn) 151℃ 燃點(diǎn) 157℃應(yīng)用性能：表2 各種氣體在NHD溶劑中的相對(duì)溶解度［7］ 組分H2COCH3CO2COSH2SCH3SHCS2H20相對(duì)溶解度1002338932270240073300 NHD溶劑的優(yōu)點(diǎn)如下:(1)溶劑對(duì)CO2, H2S等酸性氣體吸收能力強(qiáng)。 (2)溶劑的蒸汽壓極低，揮發(fā)性小。 (3)溶劑不氧化、不降解，有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。 (4)溶劑對(duì)碳鋼等金屬材料無腐蝕性。 (5)溶劑本身不起泡。 (6)具有選擇性吸收H2S的特性，并且可以吸收COS等有機(jī)硫。(7)溶劑無臭、無味、無毒。(8)能耗低。NHD溶劑系物理吸收溶劑。再生時(shí)，只需空氣氣提可節(jié)約大量再生能耗。 NHD溶劑吸收機(jī)理NHD凈化技術(shù)屬物理吸收過程，H2S在NHD溶劑中的溶解度能較好地符合亨利定律。當(dāng)CO2分壓小于1MPa時(shí)，氣相壓力與液相濃度的關(guān)系基本符合亨利定律。因此，H2S和CO2在NHD溶劑中的溶解度隨壓力升高、溫度降低而增大。降低壓力、升高溫度可實(shí)現(xiàn)溶劑的再生。甲醇生產(chǎn)要求凈化氣含硫量低，NHD溶劑脫硫(包括無機(jī)硫和有機(jī)硫)溶解度大，對(duì)二氧化碳選擇性好，而且，NHD脫硫后串聯(lián)NHD脫碳，仍是脫硫過程的延續(xù)。NHD脫硫脫碳的甲醇裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)NHD法凈化后，再設(shè)置精脫硫裝置，106，滿足甲醇生產(chǎn)的要求。綜上所述，NHD法脫硫脫碳凈化工藝是一種高效節(jié)能的物理吸收方法。且在國(guó)內(nèi)某些裝置上己成功應(yīng)用，有一定的生產(chǎn)和管理經(jīng)驗(yàn)，本著節(jié)約投資、采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)成熟的凈化技術(shù)這一原則，設(shè)計(jì)采用了NHD脫硫脫碳凈化工藝。 合成甲醇工藝的選擇甲醇合成的典型工藝主要是：低壓工藝（ICI低壓工藝、Lurgi低壓工藝）、中壓工藝、高壓工藝。甲醇合成工藝中最重要的工序是甲醇的合成，其關(guān)鍵技術(shù)是合成甲醇催化劑的和反應(yīng)器，設(shè)計(jì)采用用的是低壓合成工藝?！?」「9」甲醇合成反應(yīng)器實(shí)際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，甲醇合成反應(yīng)器應(yīng)具有以下要求：（1）催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移走反應(yīng)熱，并能以較高位能回收反應(yīng)熱；（2）反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，能保證氣體均勻通過催化劑床層，阻力小，氣體處理量大，合成轉(zhuǎn)化率高，催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大；（3）結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能多填裝催化劑，提高高壓空間利用率；高壓容器及內(nèi)件間無滲漏；催化劑裝御方便；制造安裝及維修容易。甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器三部分組成。內(nèi)件事由催化劑筐和換熱器兩部分組成。根據(jù)內(nèi)件的催化劑筐和換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同，甲醇內(nèi)件份為若干類型。按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復(fù)合型。按催化劑筐內(nèi)反應(yīng)惹得移出方式可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類。按換熱器的形式分為列管式、螺旋板式、波紋板式等多種形式。目前，國(guó)內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來可分為五種： （1）冷激式合成塔這是最早的低壓甲醇合成塔，是用進(jìn)塔冷氣冷激來帶走反應(yīng)熱。該塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也適于大型化。但碳的轉(zhuǎn)化率低，出塔的甲醇濃度低，循環(huán)量大，能耗高，又不能副產(chǎn)蒸汽，現(xiàn)已經(jīng)基本被淘汰。（2）冷管式合成塔這種合成塔源于氨合成塔，在催化劑內(nèi)設(shè)置足夠換熱面積的冷氣管，用進(jìn)塔冷管來移走反應(yīng)熱。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。由于逆流式與合成反應(yīng)的放熱不相適應(yīng)，即床層出口處溫差最大，但這時(shí)反應(yīng)放熱最小，而在床層上部反應(yīng)最快、放熱最多，但溫差卻又最小，為克服這種不足，冷管改為并流或U形冷管。如1984年ICI公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和國(guó)內(nèi)林達(dá)公司的U形冷管型。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn)0. 4MPa的低壓蒸汽。日前大型裝置很少使用。（3）水管式合成塔 將床層內(nèi)的傳熱管由管內(nèi)走冷氣改為走沸騰水。這樣可較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移走反應(yīng)熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，—，是大型化較理想的塔型。（4）固定管板列管合成塔 這種合成塔就是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程)是沸騰水，～。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超級(jí)合成塔，該塔是在列管內(nèi)再增加一小管，小管內(nèi)走進(jìn)塔的冷氣。進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，即反應(yīng)熱通過列管傳給殼程沸騰水，而同時(shí)又通過列管中心的冷氣管傳給進(jìn)塔的冷氣。這樣就大大提高轉(zhuǎn)化率，降低循環(huán)量和能耗，然而使合成塔的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長(zhǎng)、設(shè)備直徑、管板制造所限。在日產(chǎn)超過2000t時(shí)，往往需要并聯(lián)兩個(gè)。這種塔型是造價(jià)最高的一種，也是裝卸催化劑較難的一種。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。管板處的催化劑屬于絕熱段。管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫?，也就是進(jìn)塔氣225℃，管外的沸騰水卻是248℃，不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)氣加熱。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼，因而是造價(jià)非常高的一種。（5）多床內(nèi)換熱式合成塔 這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床(四床)內(nèi)換熱式合成塔。針對(duì)甲醇合成的特點(diǎn)采用四床（或五床)內(nèi)換熱式合成塔。各床層是絕熱反應(yīng)，在各床出口將熱量移走。這種塔型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，不需特種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。典型塔型有Casale的四床臥式內(nèi)換熱合成塔和中國(guó)成達(dá)公司的四床內(nèi)換熱式合成塔。合成塔的選用原則一般為：反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進(jìn)行，床層阻力小，需要消耗的動(dòng)力低，合成反應(yīng)的反應(yīng)熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設(shè)計(jì)選用固定管板列管合成塔。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國(guó)內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)20萬噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為650噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會(huì)很大，費(fèi)用也不會(huì)很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究開發(fā)和工業(yè)實(shí)踐，廣泛使用的合成甲醇催化劑主要有兩大系列：一種是以氧化銅為主體的銅基催化劑，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。，對(duì)毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350～400℃，壓力為25～32MPa(壽命為2～3年)；銅基催化劑具有良好的低溫活性，較高的選擇性，通常用于低、中壓流程。耐熱性較差，對(duì)硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操作的適宜溫度為220～270℃，壓力為5～15MPa(一般壽命為2～3年)。通過操作條件的對(duì)比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節(jié)省投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，降低成本。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化劑已于80年代中期淘汰。表3 國(guó)內(nèi)外常用銅基催化劑特性對(duì)比［10］催化劑型號(hào)組分/％操作條件CuOZnOAl2O3壓力/MPa溫度/℃英國(guó)ICI 513603010190～270德國(guó)LG10451324210～240美國(guó)C792220～330丹麥LMK4010220～270中國(guó)C302系列51324 210～280中國(guó)XCN985220 8~ 200～290從表的對(duì)比可以看出，國(guó)產(chǎn)催化劑的銅含量已提50%以上。制備工藝合理，使該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度均達(dá)到國(guó)外同類催化劑的先進(jìn)水平，并且價(jià)格較低。 XNC98甲醇合成催化劑簡(jiǎn)介：XNC98型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制和開發(fā)的新產(chǎn)品。目前已在國(guó)內(nèi)20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用,運(yùn)行情況良好。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。常用操作溫度200～290℃,～ MPa。催化劑主要物化性質(zhì)：催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。外　　觀：　　有色金屬光澤的圓柱體堆積密度：　　～外型尺寸：　　5(～5)mm徑向抗壓強(qiáng)度：≥200N/cm催化劑活性和壽命：在該催化劑質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)定的活性檢測(cè)條件下，其活性為：230℃時(shí)：催化劑的時(shí)空收率≥ kg/()250℃時(shí)：催化劑的時(shí)空收率≥ kg/()在正常情況下，使用壽命為2年以上。表4 XNC98型與C型催化劑的性能對(duì)比［11］催化劑型號(hào)合成塔進(jìn)口溫度加入量/（）甲烷單耗/()甲純收率/％甲純產(chǎn)率/()甲純產(chǎn)量/()初期末期C210224670210XCN98200230900229通過對(duì)比，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際可見,XCN98型催化劑具有以下性能優(yōu)點(diǎn)：(1)易還原。(2)低溫活性好，日產(chǎn)量高。75%負(fù)荷下的甲醇產(chǎn)量( t/h)接近裝置滿負(fù)荷設(shè)計(jì)甲醇量( t/h)。(3)適用溫區(qū)寬,使用壽命長(zhǎng)。合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫C型催化劑為14℃，而XCN98型則為30℃。隨著可調(diào)溫區(qū)的增加，催化劑的使用壽命也相應(yīng)延長(zhǎng)。(4)選擇性好。75%負(fù)荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟,粗甲醇質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。(5)可適用于含高濃度CO2的合成氣。50%負(fù)荷下，C型催化劑CO2加入量最高不超過670kg/h，而X