【正文】 納西州建成72kt／ a 工業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置。在甲醇合成反應(yīng)器的開發(fā)中，開發(fā)成功單套管及雙套管反應(yīng)器。華東理工大學(xué)開發(fā)并取得專利的低壓甲醇反應(yīng)器即“絕熱 — 管殼外冷復(fù)合型”氣固相催化反應(yīng)器。本技 術(shù)已用于哈爾濱氣化廠 8 萬噸 /年甲醇裝置中，效果良好。另一方面，采用國外甲醇合成技術(shù)投資較大，設(shè)備制造周期長。在反應(yīng)器方面有 TEC 的 MRF多段徑向流動反應(yīng)器，托普索三個并聯(lián)激冷絕熱徑向流合成塔，三菱重工的管殼 冷管復(fù)合反應(yīng)器等，這些反應(yīng)器比傳統(tǒng)的低壓合成法反應(yīng)器具有轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)器體積小、反應(yīng)熱移出更方便、床層壓降小等優(yōu)點(diǎn)。 Lurgi 合成反應(yīng)器，反應(yīng)氣轉(zhuǎn)化率高，副反應(yīng)少，系統(tǒng)對于反應(yīng)熱的回收和利用已經(jīng)比較完善，操作費(fèi)用低，開工時(shí)不用設(shè)開工加熱爐。這兩種工藝技術(shù)特點(diǎn)比較見下表： 甲醇 生產(chǎn) 方法比較表 項(xiàng) 目 Lurgi 法 ICI 法 合成壓力 bar 50～ 100 50～ 118 XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 38 項(xiàng) 目 Lurgi 法 ICI 法 合成溫度℃ 225～ 250 230～ 270 催化劑組成 CuZnAlV CuZnAl 時(shí)空收率 t/m3根據(jù)以上分析，考慮到合成塔的運(yùn)輸問題，本項(xiàng)目暫按 Lurgi 雙合成塔（氣冷和管殼水冷）生產(chǎn) 180 萬噸 /年甲醇，采用雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 本項(xiàng)目采用節(jié)能型三塔精餾工藝，雙系列配置。 ? 產(chǎn)品規(guī)格多樣化，尤其是內(nèi)壓縮國內(nèi)外已是一種發(fā)XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 40 展趨勢 九十年代中期以后，隨著化工裝置對空分產(chǎn)品的品種的要求，大中型空分的高壓內(nèi)壓縮流程已逐步占領(lǐng)市場，使用情況良好。 ? 空分設(shè)備趨向大型化 隨著大化肥、煤化工、石化、鋼鐵等大型工程項(xiàng)目的興建和擴(kuò)建，從降低投資費(fèi)用，運(yùn)行費(fèi)用和方便管理等方面著眼，要求工程配套的空分設(shè)備也趨于大型化，國外最大的空分單機(jī)制氧能力已達(dá) 100000 Nm3/h 以上。 b) 空分裝置的選擇 ? 空分裝置規(guī)模 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)甲醇 180 萬噸，相應(yīng)的氧氣需要量為 204421Nm3/h。 XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 42 內(nèi)壓縮空分流程分為空氣循環(huán)（又稱雙泵流程）和氮?dú)庋h(huán)（又稱單泵流 程）。在冷箱里的氮?dú)饬髀酚袎毫p失，因此循環(huán)氮壓機(jī)的吸入壓力要低于相應(yīng)的 增壓空氣壓縮機(jī)的吸入壓力，這意味著氮壓機(jī)的壓縮比要大于增壓空氣壓縮機(jī)的壓縮比。這樣的裝置已經(jīng)工業(yè)化，并且在國內(nèi)外的XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 43 生產(chǎn)裝置上應(yīng)用多套。所以，本套空分裝置選用全低壓分子篩凈化吸附、空氣增壓透平膨脹機(jī)制冷、全精餾無氫制氬、產(chǎn)品氧氣內(nèi)壓縮、空氣增壓循環(huán)的工藝流程。 c) 空分裝置特點(diǎn) 產(chǎn)品產(chǎn)量大； 氣、液體的純度要求高； 氧氣產(chǎn)品壓力高； 氮?dú)猱a(chǎn)品品種多、按壓力分有： VHPN MP1NMP2N LP1N LP2N2； 可提供不同壓力等級的儀表空氣、工廠空氣。 d) 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 周期 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期不少于二年。 4）甲醇合成 可研階段暫按引進(jìn)德國 Lurgi 公司技術(shù)考慮，最終確XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 45 定有待 進(jìn)一步的技術(shù)交流和談判，建議引進(jìn)范圍如下： ? 引進(jìn)工藝包和基礎(chǔ)設(shè)計(jì) ? 引進(jìn)專有設(shè)備如甲醇合成反應(yīng)器 ? 引進(jìn)關(guān)鍵設(shè)備和材料 ? 國內(nèi)不能制造的其他設(shè)備和儀表。 XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 46 主要操作條件 1） 磨煤機(jī) 煤稱重進(jìn)料機(jī)給料速率： 50t/h 磨煤機(jī)出口槽液位 63％ 磨煤機(jī)出口槽泵出口水煤漿流量： 56m3/h；溫度： 50℃；壓力： (G) 煤漿給料泵入口水煤漿壓力 ： (G) 水煤漿控制指標(biāo) 水煤漿控制指標(biāo) 濃度 6065％ (wt) 8 目 100％ 密度 1260kg／ m3 14 目 ％ 溫度 38℃ 60℃ 粒度分布 40 目 ％ 粘度 9001500cp 325 目 ％ PH 值 7— 9 2）煤漿給料泵和氧氣 煤漿給料泵出口水煤漿流量 :95945kg/h；溫度 : 50℃；壓力 :(G) 空分來的純氧流量 : 204421Nm3/h；溫度 : 37℃；壓力 : (G) 純度 :% 3）氣化爐 氣化爐氣化反應(yīng)溫度 :13001450℃；壓力 : (G) XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 47 氣化爐洗滌冷卻室出口合成氣溫度 :℃；壓力 : (G) 氣化爐支撐板溫度： 250℃ 氣化爐表面熱電偶溫度： 295℃ 氣化爐與爐出口合成氣壓差： MPa 燒嘴冷卻水泵進(jìn)出口壓差： MPa 鎖斗與氣化爐出口合成氣壓差 MPa 燒嘴冷卻水氣體分離器 CO分析 0ppm 4）碳洗塔 碳洗塔液位 :60% 碳洗塔出口合成氣流量 : 600306Nm3/h 溫度 : ℃ 壓力 MPa(G) 碳 洗塔出口合成氣 CH4分析 1000ppm 碳洗塔出口合成氣 H2分析 ％ (mol) 碳洗塔出口合成氣 CO 分析 ％ (mol) 碳洗塔出口合成氣 CO2分析 ％ (mol) 5) 變換爐 氣量： 320210Nm3/h（干基） 入口溫度： 260℃，出口溫度： 372℃ 操作壓力： ，水氣比： 入口 CO（濕基）： %，出口 CO（濕基）： % 6）酸性氣體吸收塔 XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 48 氣量： 740247Nm3/h（干基） 變 換氣入口溫度： 20℃，出口溫度： 49℃ 操作壓力： 貧甲醇： 930m3/h 7) 甲醇合成塔 入口新鮮氣量： 517668Nm3/h 入口循環(huán)氣量： 2370000Nm3/h 入口溫度： 235℃，出口溫度： 250℃ 操作壓力： 入口甲醇： %，出口甲醇： % 8）循環(huán)氣壓縮機(jī) 入口新鮮氣： 517668Nm3/h 入口循環(huán)氣： 2370000Nm3/h 入口溫度： 40℃，入口壓力： 壓縮機(jī)出口壓力： XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 49 甲醇裝置工藝流程 氣化 1) 煤漿制備 由煤運(yùn)系統(tǒng)送來的原料煤（干）送至煤貯斗，經(jīng)稱重給料機(jī)控制輸送量送入棒磨機(jī)，加入一定量的水，物料在棒磨機(jī)中進(jìn)行濕法磨煤，濕法磨煤無粉塵，操作環(huán)境好。 煤漿制備能力需和氣化爐相匹配，本項(xiàng)目擬選用 7 臺棒磨機(jī)，單臺磨機(jī)處理干煤量 43～ 53t/h，可滿足 180 萬 t/a甲醇的需要。 2) 氣化流程 a) 氣化 在本工段，煤漿與氧進(jìn)行部分氧化反應(yīng)制得粗合成氣。 煤漿氣化需調(diào)整漿的 pH 值在 6～ 8，可用稀氨水或堿液，稀氨水易揮發(fā)出氨，氨氣對人體有害，污染空氣，故本項(xiàng)目擬采用堿液調(diào)整煤漿的 pH 值，堿液初步采用 42%XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 50 的濃度。 出棒磨機(jī)的煤漿濃度約 65%，排入磨煤機(jī)出口槽，經(jīng)出口槽泵加壓后送至氣化工段煤漿槽。 6）變換及熱回收 全部技術(shù)立足國內(nèi)。 2）低溫甲醇洗 購買 Lurgi 或 Linde 的工藝軟件包或基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)由國內(nèi)完成。 XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 44 供氧方式采用液氧由液氧泵加壓至一定壓力后，經(jīng)高壓換熱器氣化復(fù)熱后、送出空分裝置進(jìn)入管網(wǎng)。 國內(nèi)如杭州杭氧股份有限公司、開封空分設(shè)備有限公司等的大型空分設(shè)備制造公司在大型空分設(shè)備設(shè)計(jì)、加工制造中吸收、引進(jìn)國外技術(shù)，提高了自身的設(shè)計(jì)加工水平，在大型空分裝置的設(shè)計(jì)加工上已有了成功的先例。但是， 相比之下采用中壓膨脹循環(huán)，以中壓空氣絕熱膨脹輸出外功，帶動透平增壓機(jī)，可節(jié)省能耗。另外循環(huán)氮?dú)庵饕亲鳛槲蘸娃D(zhuǎn)移低溫冷量的一種載體，而空氣則不僅完成了這種功能，還與精餾有機(jī)的結(jié)合了起來，并能使精餾過程更加有效。 單泵流程利用高壓氮來使加壓液氧汽化復(fù)熱并回收其低溫冷量的缺點(diǎn)是：由于氮?dú)獾睦淠郎囟缺瓤諝獾?，氮?dú)獾臐摕岜瓤諝庑。@意味著為汽化同樣數(shù)量的加壓液氧，需要被壓縮的氮?dú)饬恳瓤諝饬扛啵业獨(dú)獾膲毫σ哂诳諝獾膲毫Α? ? 空分裝置流程的選擇 空分裝置的工藝流程采用分子篩預(yù)凈化、增壓透平膨脹機(jī)、全精餾 提氬、氧氮產(chǎn)品內(nèi)壓縮等先進(jìn)技術(shù)。 ? 優(yōu)化成套設(shè)備配置方案，提高綜合性能指標(biāo) 空分設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，配套機(jī)組多，為保證裝置具有最優(yōu)性價(jià) 比，目前國際上一些著名的氣體公司均采用擇優(yōu)選擇，在全球范圍進(jìn)行大配套的做法。 ? 采用計(jì)算機(jī)集散型自動化控制（ DCS） 對空分裝置的整個工藝流程采用 DCS 控制，具有合理調(diào)節(jié)產(chǎn)量，穩(wěn)定操作，降低消耗，提高裝置可靠性和降低運(yùn)行費(fèi) 用的功能。 八十年代國內(nèi)開發(fā)出了帶增壓膨脹機(jī)的分子篩流程空分設(shè)備（第五代），九十年代中期開發(fā)成功了采用規(guī)整填料塔與全精餾制氬技術(shù)的新一代空分設(shè)備（第六代）。 d) 甲醇精餾工藝的選擇 甲醇精餾工藝有三塔流程和兩塔、 4+1 塔流程，其中三塔流程能耗是兩塔流程的 60～ 70%。 其次，就一臺反應(yīng)器和兩臺反應(yīng)器來說， Lurgi 公司都可以提供。 Lurgi 公司為了實(shí)現(xiàn)甲醇裝置的超大型化，還推出了兩臺反應(yīng)器串聯(lián)的流程，即氣冷 管殼反應(yīng)器串聯(lián)及熱量偶合的流程，單系列甲醇能力可達(dá) 5000 噸 /天。 ICI 合成反應(yīng)器采用激冷式，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、單系列生產(chǎn)能力大、投資小， 其缺點(diǎn)是用原料氣激冷控制溫度，床層溫度有波動時(shí)，循環(huán)比較大，操作費(fèi)用高，需專設(shè)開工加熱爐。 目前無論國內(nèi)國外建設(shè)甲醇裝置，大多采用低壓法技術(shù)。 c) 甲醇合成工藝的比較與選擇 本項(xiàng)目 180 萬噸 /年甲醇裝置是國內(nèi)最大的甲醇生產(chǎn)裝置，雖然有 20 萬噸 /年的煤制甲醇裝置在運(yùn)行，但解決180 萬噸 /年甲醇合成塔的放大問題目前還無先例，存在較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。采用“絕熱 — 管殼外冷復(fù)合型”氣固相催化反應(yīng)器的 20 萬噸 /年裝置正在設(shè)計(jì)安裝階段。 在甲醇合成整體工藝開發(fā)中，聯(lián)醇工藝是我國甲醇合成工藝的富有特色的工藝，為解決當(dāng)時(shí)國內(nèi)甲醇需求作出了較大貢獻(xiàn)，一大批聯(lián)醇廠紛紛建成投產(chǎn)，從造氣、脫硫脫碳、甲醇合成到精餾等，解決了一大批技術(shù)難題。 國外低壓甲醇合成反應(yīng)器發(fā)展趨勢 適應(yīng)單系列、大型化的要求（如 Lurgi、 ICI 反應(yīng)器等）；以較高位能回收反應(yīng)熱，副產(chǎn)蒸汽（如 Lurgi、 MHI/MGC、Linde 反應(yīng)器）；催化劑床層溫度易于控制，可靈活調(diào)節(jié)溫度（如 Lurgi、 ICI 反應(yīng)器）；床層內(nèi)溫度盡可能均溫，以延長催化劑壽命（如 Lurgi、 MHI/MGC、 Linde 反應(yīng)器）；催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大，反應(yīng)中 CO 轉(zhuǎn)化率高（如 Lurgi、MHI/MGC 反應(yīng)器）；采用徑向或軸徑向流動，壓降低（如TOPSOL、 TEC、 Casale 反應(yīng)器）； 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，催化劑裝卸方便（如 ICI 反應(yīng)器）；所選用的材料具有抗羰基化物生成的能力及抗氫脆的能力（如 Lurgi、 ICI 反應(yīng)器）。 液相法甲醇合成反應(yīng)器技術(shù) 1985 年， Air Product ＆ Chemical 公司開發(fā)了以液相XXXX 工程科技有限責(zé)任 公司 XXX 煤制烯烴項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 04039181 34 熱載體和漿態(tài)床反應(yīng)器為基礎(chǔ)的液相甲醇合成新技術(shù)，即LPMEOH 技術(shù)。 TOPSOL 徑向流甲醇合成反應(yīng)器 合成系 統(tǒng)由三臺絕熱操作的徑向流反應(yīng)器組成，反應(yīng)器之間設(shè)置外部換熱器移走熱量，氣體在床層中向心流動，該 反應(yīng)器特點(diǎn)是：徑向流動，壓降較小，可增大空速，提高產(chǎn)量；可使用小粒徑催化劑，提高粒內(nèi)效率因子，提高宏觀反應(yīng)速度；可方便地增大生產(chǎn)規(guī)模，在直徑不變的情況下，增加反應(yīng)器高度，即可增大生產(chǎn)規(guī)模，單系列能力可達(dá) 2021噸 /天以上。反應(yīng)熱傳給冷管內(nèi)沸水使其蒸發(fā)成蒸汽。 其缺點(diǎn)是反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 Lurgi 低