第40卷第4期化工設計通訊2014年8月Chemical Engineering Design Communications●67●Lurgi甲醇合成塔與Davy甲醇合成塔的比較鄧剛榮(中海石油建滔化工有限公司，海南東方572600)摘要:通過對600kt/aLurgi甲醇裝置和800kt/aDavy甲醇裝置的比較，介紹Lurgi甲醇合成塔和Davy甲醇合成塔在設計原理、結構特點、材料選擇、催化劑裝填及工藝操作等方面的異同。關鍵詞: Lurgi 甲醇合成塔; Davy甲醇合成塔;結構特點;材料選擇;催化劑裝填;工藝操作中圖分類號: TQ223. 12+ 1文獻標志碼: B文章編號: 1003-6490(2014 )04-0067-03Compare Lurgi Methanol Synthesis Reactor with Davy Methanol Synthesis ReactorDENG Gang-rong(CNOOC Kingbord Chemical Co .Ltd .. Dongfang Hainan 572600 ,China)Abstract Compare the 600 kt/a Lurgi methanol plant with the 800 kt/a Davy methanol plantsimilarities and differences between the both reactors include design principle ,structural features ,material selection ,cataly st loading and precess operation ,etc.Key words : Lurgi methanol synthesis reactor ; Davy methanol synthesis reactor ; structuralfeatures ; material selection ; catalyst loading ; precess operation中海石油建滔化工有限公司600 kt/a甲醇裝劑層高度為6~7m，擴大生產能力采用增加塔徑置，由德國Lurgi公司進行主裝置的工藝設計和的方法，我公司Lurgi 合成塔催化劑層高10 m,關鍵設備供貨，其合成塔為Lurgi專利設備，意塔內徑5.1 m,合成塔高16.2m，內陸運輸極為大利BELLELI公司制造，裝置于2006年9月不便;③因為殼程為鍋爐水產蒸汽移熱，殼程投產; 800kt/a甲醇裝置由英國Davy公司進行壓力決定汽化壓力為2~4MPa,在采用提高甲基礎工藝設計，由中國成達工程公司進行詳細設醇合成壓力提高生產能力時，管內外壓差和管板計，其合成塔為Davy專利設備，韓國DOOSAN上下壓差增加，管板厚度增加;④換熱管管板、公司制造，裝置于2010年10月投產。兩套裝置殼體采用固定焊接，使用中易因熱應力而損壞，均采用大型低壓合成甲醇工藝技術，主要原料為對設計、材料、加工制造要求高，可靠性較差;天然氣，均由轉化、壓縮、合成、精餾等工段組⑤合成塔直徑大、管板厚、管子多，投資大。成?，F就Lurgi甲醇合成塔與Davy甲醇合成塔Lurgi管殼式甲醇合成塔技術在大型化時,作一對比介紹。早年采用雙塔并聯方法，在控制運輸限寬前提下，合成壓力提高至8.0MPa以上，日產可達1合成塔結構特點2000t左右。近年采用Lurgi水冷-氣冷聯合反1.1 Lungi 甲醇合成塔應器技術，已有Atlas日產5000t大甲醇裝置投Lurgi公司開發(fā)的管殼式甲醇合成塔，是- -產; 即采用1臺氣冷塔串聯2臺并聯的水冷塔，種軸向副產蒸汽的合成塔(SRC)。其優(yōu)點是，溫3臺合成塔均為管殼式軸向塔，約2/3的催化劑差小，副產蒸汽壓力較高，操作上易控制。存在裝在氣冷塔中，由于氣冷塔與水冷塔串聯，催化的問題是，①管內裝催化劑，容積率低，同樣劑床層總高達10m以上，故采用降低循環(huán)比的生產能力設備體積相對較大;②因為是軸向塔，方法以減少進塔氣量來降低塔壓降。為防止塔阻力過大，合成塔高徑比小，- -般催化Lurgi聯合反應器技術在我國大甲醇裝置中.收稿日期: 2013-12-24作者簡介:鄧剛榮(1969-)， 男，四川閬中人，高級機械工程師，從事甲醇裝置設備技術管理和生產維護工作。68●化工設計通訊第40卷應用受到兩方面的限制。-是要求催化劑溫區(qū)寬2合成塔材料選擇(表1)(220~-280°C)，這是因為，氣冷反應器是逆流冷管型，底部催化劑溫度低，故要求催化劑低溫(1)反應管材料的選擇原則。Lurgi 公司的活性好，而水冷反應器控制在較高溫度下。反應管殼式甲醇合成塔的管程介質是合成氣，合成氣器必須選用德國南方公司生產的C79-7G (Me-會在一定的條件下與反應管中的鎳(Ni)反應生gaM ax700 )催化劑;對于國內催化劑，低溫230成羰基化合物，會導致催化劑失活，所以，反應~250C活性相對較好、使用時間長，而在管應選含鎳量較低的雙相不銹鋼，如ASME250°C以上溫度使用時，催化劑活性下降明顯,SA-789M標準中的S31803、S31500 材料，其對甲醇轉化率低,副反應增加。因此,國內催化劑能應的國產雙相鋼材料為00Cr18Ni5M o3N、否適應Lurgi聯合反應器還未知,而采用國外催00Cr18Ni5Mo3Si2; Davy 公司的徑向蒸汽上升化劑費用高。二是壓降大,兩臺軸向塔串聯操作，塔管程介質是水和蒸汽(殼程介質為合成氣)，其即使循環(huán)比降低- -半,塔壓降仍大于0. 4 M Pa。選擇了鉻鉬合金鋼SA213-T22。1.2 Davy甲醇合成塔(2)殼體材料選擇原則。主要考慮殼體材料對于大型甲醇裝置，Davy 公司開發(fā)了改進和反應管材料二者之間的物理參數(線膨脹系數)型低壓甲醇合成技術，即ILPM ,兩個結構相同與雙相鋼的匹配性問題，SA387Gr. 11CL.2的線的徑向流合成塔(RADIAL SRC )串聯，均采用膨脹系數要更接近于雙相鋼管材，以減小由于管管內水冷產汽，管內蒸汽軸向上升，管外工藝氣程-與殼程的溫差而產生的軸向熱應力。體徑向流動。該塔與Lurgi管殼式塔一-樣， 塔內表1合成塔使用材 料列表采用水冷,但催化劑裝在管外，同等生產能力合項目LurgiDavy成塔直徑比Lurgi管殼式塔小;氣體徑向流動,殼體SA387Gr.11CL. 2(1% Cr-SA387Gr. 22CI. 2(1% Crh Mo-Si) .% Mo-Si)阻力小;其換熱管數和換熱面積也減小。我公司封頭SA387Gr.11Cl. 2(1% Cr- SA387Gr. 22CL. 2(1% CrDavy甲醇合成塔進口壓力為8.41 MPa。存在的k Mo-Si)問題是，①合成塔內部結構復雜，制造難度大，反應管SA789U NSS31500SA213-T22(18Cr-5Ni-3Mo) .對設計、材料、加工制造要求高，投資成本大;SA336F11Cl. 3(1% Cr-k SA336F22CI 3(1% Cr-k '②催化劑裝填分層進行,操作空間狹小，裝填時管板Mo-Si) + Weld overlayMo-Si)十Weld overlayTP347LInconel 625間較長;③換熱管束若有泄漏，檢修極其困難。對特大型甲醇裝置，Davy公司提出LCM3催化劑裝填甲醇合成技術。先期提出用氣冷-水冷串聯反應器，原料氣先在TCC氣冷反應器反應，出塔氣3.1 Lurgi 甲醇合成塔再進入管內水冷反應器，管內水吸收管外反應催化劑型號KATALCO 51-7S;生產廠 家JMC熱，副產中壓蒸汽。但是由于甲醇合成是開始反公司;化學成分CuO 64%、ZnO 24%、Al2O3 10% ;應的前部反應速度快，反應熱大，因此需要更強形狀圓柱形;尺寸5. 4X3.6mm;顏色黑色;抗的換熱能力，氣冷塔TCC在前作為主塔的方案側壓強度最小值170N; 堆密度1.4~1. 6 kg/L;難以滿足移熱要求。最近Davy公司提出水冷催化劑裝填總體積約98.7 m;包裝形式桶裝。SRC在前，串聯氣冷TCC的大型甲醇合成技術耐火球為球型，規(guī)格為φ(3/8>)" (1"= 25.4 mm);方案(NITROGEN+ SYNGAS NO. 290)，來適主要成分為A2O3、Si02, 顏色為白色。應甲醇合成反應熱前大后小的情況，但是該流程裝填技術要求:耐火球裝人量42m°,在合中經過水冷管式塔的反應氣需經塔外中間換熱器成塔的底部通過人孔先裝人約80%體積的耐火由200 °C以上降溫到100°C左右，再進氣冷TCC球，扒平，盡量多裝，再從上面裝人剩余的約反應器的冷管，吸收管外催化劑層反應熱，熱量20%體積的耐火球，從合成塔上部裝填耐火球時回收和副產蒸汽量也減少;同時，若采用這一技應注意防止管內架橋現象出現,隨時監(jiān)測其高度,術，甲醇合成塔由徑向SRC改為軸向SRC和軸保持空管長度10m,即將耐火球裝到下管口處;向TCC串聯，合成塔阻力也增加幾倍。催化劑從頂部人孔裝入，裝填總體積98.7m',每第4期鄧剛榮: Lurgi甲醇合成塔與Davy甲醇合成塔的比較根反應管催化劑裝填量為0. 012749m’，且必須要月和2013年1月兩次更換時采用莊信萬豐51-7S求每一根反應管的催化劑裝填高度為10m;催型甲醇合成催化劑。Lurgi 甲醇合成塔具有結蠟化劑裝填從最遠離人孔的反應管開始，由遠及少，溫度控制平穩(wěn)，操作簡單方便，催化劑裝卸近;裝填前，催化劑應過篩，篩子的規(guī)格以篩孔方便，還原、鈍化時間短等特征。自裝置投產以(3mm)小于催化劑顆粒直徑即可;裝填時催化來，Lurgi甲醇合成塔- -直運行良好;在兩次壓劑自由下落到管口的高度應小于1m。力容器全面檢驗中，未發(fā)現超溫及其他問題。3.2 Davy甲醇合成塔4.2 Davy甲醇合成塔催化劑型號KATALCO 51-9; 生產廠家JMC從合成氣壓縮機出來的新鮮合成氣分成兩部公司;化學成分CuO、ZnO、AlO3、MgO;形狀分，分別作為第一甲醇合成塔D121和第二甲醇圓柱形;尺寸5.3X5. 1mm;顏色黑色;堆密度合成塔D122的進料。其中，大約三分之二與1.190 kg/L;包裝形式120 L塑料桶裝;耐火球規(guī)D121的循環(huán)進料氣混合，再通過E121換熱，格φ13 mm、φ6mm,球形，白色。人塔氣加熱到229 °C,進入D121,由中心沿徑裝填技術要求:耐火球裝填量，φ13mm的向流經催化劑層參加反應。反應后的氣體流經4.94m3 , φ6mm的11.51m'，合成塔底部裝人φ6E121管程，再進入第-甲醇水冷器E122中進.mm的耐火球，在中心管與催化劑框間裝φl3 mm-步冷卻， 然后在第一甲醇分離器D321中分離的耐火球;催化劑裝填量65. 8m2 ,采用徑向對稱出粗甲醇。從D321出來的循環(huán)氣與來自J111剩裝填的方法，裝填時催化劑自由下落的高度不大余的合成氣混合，然后在循環(huán)氣壓縮機J121中于1m;催化劑裝填高度最大約10130mm，1m2壓縮，再進入E123換熱到261 °C,然后穿過催化劑使合成塔平均料位升高135 mm。D122中心管、絕熱層，進入催化劑床層反應。合成塔D121/D122是立式容器，內裝1 308.4合成塔工藝操作根換熱管，催化劑床層溫度的調節(jié)均通過控制汽4.1 Lurgi 甲醇合成塔包壓力、進口溫度來實現。從轉化最終冷卻器F-01004出來的轉化氣逐800kt/a甲醇裝置從2010年10月開車至級降溫到40°C，與變壓吸附單元來的H2組成今，2011年12月更換催化劑-一次，兩次均使用新鮮合成氣，經壓縮機C-02001 I/I從莊信萬 豐甲醇合成催化劑。因合成塔結構方面的1. 76MPa壓縮至10.5MPa,其后新鮮合成氣與原因， 使用過程中有床層催化劑超溫，還原、鈍循環(huán)氣在進出口換熱器E-02002 中混合并預熱至化時間長， 結蠟嚴重等特征。220°C，然后進人甲醇合成塔R-02001。R-02001是一個管殼式反應器，管內裝催化5結束語劑，管外被沸騰的水包圍著。在管內，H2、CO通過對Lurgi甲醇合成塔和Davy甲醇合成和CO2反應生成甲醇和水，反應放出的熱被反塔的比較，可以看出其各自的優(yōu)缺點及異同。從應器殼體和上部的中壓蒸汽汽包F-02001之間循操作和使用的角度出發(fā)，我們更傾向于選擇環(huán)的鍋爐水吸收，反應溫度的控制通過調節(jié)F-Lurgi公司的管殼式甲醇合成塔，其結構簡單,02001出口的蒸汽壓力來實現。催化劑裝填容易且高效，便于操作、維護及檢修。反應氣離開R-02001的溫度約為255°C,進參考文獻:人E-02002的管程，與反應器人口氣逆流換熱，再通過E-02003、E-02004 最終冷卻至40°C,粗.[1]劉華彥，陳運根、一種新型前置式甲醇合成塔介紹[J].化工設計通訊，2005， 31 (3): 17~18.甲醇在甲醇分離器F-02002中分離后，進人精餾[2] 劉鴻生，朱德林.國內外低壓甲醇合成塔簡介[J].化肥系統(tǒng);大部分未反應的氣體則送往循環(huán)氣壓縮機設計，2004, 43 (6): 29~32.C-02002再利用。[3]劉宏建，盛于藍。Lurgi 和ICI低壓甲醇合成工藝比較[J].煤化工，2001, 29 (1): 18~19.2006年9月600kt/a 甲醇裝置投產，到目[4]李瓊玖，唐嗣榮，顧子樵，等.近代甲醇合成工藝與合成前已經成功使用3爐催化劑，其中，首爐催化劑塔技術(上)、(下)[J]. 化肥設計，2003，42 (6): 5~使用德國南方化學C79-7 GL催化劑，2010年110; 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