1、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
2、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，同时为公司期工程 150kt/a 甲醇、60kt/a 二甲醚项目及期工程1500kt/a 甲醇、1000kt/a 二甲醚项目做好前期准备工作。公司根据 I、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
3、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 8002500 NC（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 150200 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
4、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期工程进行设计。2003 年 12 月公司期工程 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 11001200kg/t 醇，电耗 750kWh/t 醇。鉴于期工程的良好运行状况及较好的经济效益，公司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、期工程的成功运行，为公司期工程的顺利完成提供了宝贵的经验。2
5、 工艺流程2.1 I 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 190210进合成塔进行甲醇合成反应，反应后的 240270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） 。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
6、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图 1 50kt/a 甲醇合成工艺流程示意图3图 2 150kt/a 甲醇合成工艺流程示意图2.2 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 160180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 1.01.3MPa 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
7、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3.1 50kt/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 1 50kt/a 甲醇合成塔技术参数塔型 GCR411Y 型四轴一径催化剂自卸结构塔径 mm 1800塔高 mm 16000催化剂装填量 m 3 25操作压力 MPa 5.0合成塔阻力 MPa 0.3塔内电加热器 kW 1500入塔气量 kNm 3/h 130180蒸汽产量 kg/tCH 3OH 400(蒸汽压力
8、 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 190210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240270气体离开合成塔。3.2 150kt/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
9、调节，其主要技术参数见表 2。该塔与公司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 2 150kt/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
10、度 240）进入废热锅炉回收余热，副产 1.01.3MPa 的饱和蒸汽。4 设备的技术规格表 3 50kt/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 1800*16000 1 GC 型内件2 塔内电加热器 1500kW 13 废热锅炉 1400/2200 1塔型 GCR222Y 型二轴二径催化剂自卸结构塔径 mm 2200塔高 mm 22000催化剂装填量 m 3 45操作压力 MPa 5.3合成塔阻力 MPa 0.3塔外电加热器 kW 2000入塔气量 kNm 3/h 280蒸汽产量 kg/tCH 3OH 400(蒸汽压力 1.0MPa)54 换交换器 900
11、15 BFW 预热器 1000 16 水冷器 1000 27 醇分离器 1400 18 循环机油分离器 1400 19 新鲜气油分离器 1000 110 循环机 38m3/min 2 往复式表 4 150kt/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 2200*22000 1 GC 型内件2 塔外电加热器 2000kW 13 废热锅炉 1400/1800 14 塔前换热器 1200 1 GC 型内件5 软水加热器 1200 16 水冷器 1400 37 甲醇分离器 2000 1 GC 型内件8 循环气油分 1800 1 GC 型内件9 新鲜气油分 1000 1
12、 GC 型内件10 循环机 38m3/min 3 往复式5 催化剂的升温还原及系统运行5.1 50kt/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 1800 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 97 约 30 吨,径向床层装填小颗粒催化剂 55 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 01。升温还原过程中，由于前
13、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。5.2 150kt/a 甲醇合成系统催化剂的升温还原及系统运行公司期工程 150kt/a 低压甲醇系统 2200 甲醇合成塔装填催化剂约 67 吨，全部为小颗粒催化剂 55。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601。催化剂升温还原总共历时约 119 小时，升
14、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 7、表 8。表 5 50kt/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 MPa 5.3 4.24.6合成塔阻力 MPa 0.3 0.11系统阻力 MPa 0.5 0.47蒸汽压力 MPa 1.0 1.01.1合成塔出口温度 240270 245 SOR 阶段，温度控制在低限。热交换器出口温度 125 136.4BFW 预热器出口温度 88 89.3水冷器出口温度 40 51.5 水温 38，大于设计指标。第一轴向床层 进/出 195/245 193/240第二轴向床层 进/出 210/245 215
15、/245第三轴向床层 进/出 215/240 213/233第四轴向床层 进/出 220/240 219/238床层温度第一径向床层 进/出 225/240 227/234二、产量及消耗甲醇产量 t/d 170 276 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/tCH3OH 1.31.4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 6 50kt/a 甲醇合成系统气体组成组 分位置H2 CO CO2 N2+Ar CH4 H2O CH3OH新鲜
16、气 63.5 23.8 4.0 3 入塔气 66 58 3.5 19 6.0 0.51出塔气 6.57.2注：表示该组分未做分析表 7 150kt/a 甲醇合成系统运行参数一、工艺参数7参数名称 设计值 实测值 备注系统压力 MPa 5.5 5.3合成塔阻力 MPa 0. 3 0.28系统阻力 MPa 0.6 0.53蒸汽压力 MPa 1.0 1.01.1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 4.8 4.7第一轴向床层 进/出 215/253 205/238 同平面温差小于 2第二轴向床层 进/出 216/253 210/245 同平面温差小于
17、5第一径向床层 进/出 215/253 218/249 同平面温差小于 5床层温度 第二径向床层 进/出 215/253 222/248 同平面温差小于 5二、产量及消耗甲醇产量 t/d 483.87 530 未包括吹除气中甲醇量冷却水消耗上 m 3/tCH3OH 39 37.6新鲜气消耗 m 3/tCH3OH 2657 2529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 8 150kt/a 甲醇合成系统气体组成组 分 v%位置H2 CO CO2 N2+Ar CH4 H2O CH3OH新鲜气 64.5 23.8 4.
18、2 3 - -入塔气 66 9 3.8 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、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、期低压甲醇装置的生产能力达到 7080kt/a、150160kt/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 1.01.1MPa 的蒸汽除满足变换工段使用外，还向管网输送蒸汽。（3）反应器为热壁式甲醇塔，塔内仅有菱形分布器及层间换热器，因此，该反应器结构简单、安装方便，且催化剂装填容易、均匀，不易发生偏流现象。催化剂床层同平面温8差一般均低于 5，菱形分布器
19、及径向分布器设计合理、技术成熟可靠。（4）系统采用轴径向低压甲醇合成技术，合成塔阻力低。系统负荷在设计负荷的 120%时,塔阻力只有设计值的 85%，节能效果明显。目前 I、期工程的吨醇耗电量低于750kWh、450kWh。（5）反应器调节手段多，调节方便，快捷，合成塔入口 CO 含量在 412%范围内变化时，均可有效控制催化剂的床层温度。（6）催化剂容易升温还原。通过调节进塔冷激气量，使催化剂分层还原，水汽浓度易于控制，还原后催化剂活性高。（7）甲醇纯度高,杂质含量低。粗甲醇密度在 0.8g/cm3左右，精甲醇收率在 90%以上。（8）公司期与期相比，由于采用较多的间接换热代替冷激直接换热，使得催化剂的升温还原及正常操作更加简单方便；合成塔出口醇含量明显高于期，相同生产规模时循环量明显小于期；合成塔及系统的热平衡及副产蒸汽量均好于期。
