年产30万吨煤制甲醇合成工段工艺的设计(2)

化剂装御方便；制造安装及维修容易。

甲醇合成塔主要由外筒、内件和电加热器三部分组成。内件事由催化剂筐和换 热器两部分组

成。根据内件的催化剂筐和换热器的结构形式不同，甲醇内件份为若 干类型。

按气体在催化剂床的流向可分为：轴向式、径向式和轴径复合型。

按催化剂筐内反应惹得移出方式可分为冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大 类。

按换热器的形式分为列管式、螺旋板式、波纹板式等多种形式。

目前，国内外的大型甲醇合成塔塔型较多，归纳起来可分为五种：

(1) 冷激式合成塔

这是最早的低压甲醇合成塔，是用进塔冷气冷激来带走反应热。该塔结构简单, 也适于大型

化。但碳的转化率低，出塔的甲醇浓度低，循环量大，能耗高，又不能 副产蒸汽，现己经基本被

淘汰。

(2) 冷管式合成塔

这种合成塔源于氨合成塔，在催化剂内设置足够换热面积的冷气管，用进塔冷 管来移走反应

热。冷管的结构有逆流式、并流式和U型管式。由于逆流式与合成反 应的放热不相适应，即床层

出口处温差最大，但这时反应放热最小，而在床层上部 反应最快、放热最多，但温差却又最小，

为克服这种不足，冷管改为并流或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 塔和国内林达公司的U形冷管型。这种塔型碳转化率较高但仅能在出

塔气中副产 0.4MPa的低压蒸汽。日前大型装置很少使用。

(3) 水管式合成塔

年产30万吨煤制甲醇合成工段工艺的设计

将床层内的传热管由管内走冷气改为走沸腾水。这样可较大地提高传热系数， 更好地移走反

应热，缩小传热面积，多装催化剂，同时可副产2.5Mpa~4.0MPa的 中压蒸汽，是大型化较理想的

塔型。

(4) 固定管板列管合成塔

这种合成塔就是一台列管换热器，催化剂在管内，管间（壳程)是沸腾水，将反 应热用于副

产3.0MPa 4.0MPa的中压蒸汽。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱 公司套管超级合成塔，

该塔是在列管内再增加一小管，小管内走进塔的冷气。进一 步强化传热，即反应热通过列管传给

壳程沸腾水，而同时又通过列管中心的冷气管 传给进塔的冷气。这样就大大提高转化率，降低循

环量和能耗，然而使合成塔的结 构更复杂。固定管板列管合成塔虽然可用于大型化，但受管长、

设备直径、管板制 造所限。在日产超过2000t时，往往需要并联两个。这种塔型是造价最高的一

种， 也是装卸催化剂较难的一种。随着合成压力增高，±荅径加大，管板的厚度也增加。 管板

处的催化剂属于绝热段;管板下面还有一段逆传热段，也就是进塔气225°C，管 外的沸腾水却是

248°C,不是将反应热移走而是水给反应气加热。这种合成塔由于 列管需用特种不锈钢，因而是

造价非常高的一种。

(5) 多床内换热式合成塔

这种合成塔由大型氨合成塔发展而来。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床 (四床)内换热

式合成塔。针对甲醇合成的特点釆用四床（或五床)内换热式合成塔。 各床层是绝热反应，在各

床出口将热量移走。这种塔型结构简单，造价低，不需特 种合金钢，转化率高，适合于大型或超

大型装置，但反应热不能全部直接副产中压 蒸汽。典型塔型有Casale的四床卧式内换热合成塔

和中国成达公司的四床内换热式 合成塔。

合成塔的选用原则一般为：反应能在接近最佳温度曲线条件下进行，床层阻力 小，需要消耗

的动力低，合成反应的反应热利用率高，操作控制方便，技术易得， 装置投资要底等。

综上所述和借鉴大型甲醇合成企业的经验，（大型装置不宜选用激冷式和冷管 式），设

计选用固定管板列管合成塔。这种塔内甲醇合成反应接近最佳温度操作线, 反应热利用率高，

虽然设备复杂、投资高，但是由于这种塔在国内外使用较多，具 有丰富的管理和维修经验，

技术也较容易得到；外加考虑到设计的是年产30万吨的 甲醇合成塔（日产量为1300吨左右），

塔的塔径和管板的厚度不会很大，费用也不 会很高，所以本设计釆用了固定管板列管合成塔。

年产30万吨煤制甲醇合成工段工艺的设计

2.3催化剂的选用

2.3.1 甲醇合成催化剂

经过长时间的研究开发和工业实践，广泛使用的合成甲醇催化剂主要有两大系 列：一种

是以氧化铜为主体的铜基催化剂，一种是以氧化锌为主体的锌基催化剂。 锌基催化剂机械强

度好.耐热性好,对毒物敏感性小，操作的适宜温度为350 400°C, 压力为25 32MPa(寿命

为2 3年)；铜基催化剂具有良好的低温活性，较高的选择 性，通常用于低、中压流程。耐

热性较差，对硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操 作的适宜温度为220 270°C,压力为5

15MPa(—般寿命为2 3年)。通过操作条 件的对比分析，可知使用铜基催化剂可大幅度节省

投资费用和操作费用，降低成本。 随着脱硫技术的发展，使用铜基催化剂己成为甲醇合成工

业的主要方向，锌基催化 剂己于80年代中期淘汰。

从表的对比可以看出，国产催化剂的铜含量己提50%以上。制备工艺合理，使 该催化剂的活

性、选择性、使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平, 并且价格较低。

2.3.2 XNC-98甲醇合成催化剂简介

XNC-98型催化剂是四川天一科技股份有限公司研制和开发的新产品。目前己 在国

内20多套大、中、小型工业甲醇装置上使用，运行情况良好。它是一种高活性、 高

选择性的新催化剂。用于低温、低压下由碳氧化物与氢合成甲醇，具有低温活性 高、

热稳定性好的特点。常用操作温度200 290°C，操作压力5.0 10.0 MPa。 催化剂

主要物化性质：

催化剂由铜、锌和铝等含氧化合物组成。

外 观： 有色金属光泽的圆柱体 堆积密度： 1.3 1.5kg/L 外型尺寸： 5x(4.5^

5)mm 径向抗压强度：>200N/cm 催化剂活性和寿命：

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在该催化剂质量检验规定的活性检测条件下，其活性为：

230°C时：催化剂的时空收率^1.20 kg/(L.h)

表2-2XNC-98型与C型催化剂的性能对比

通过对比，并结合生产实际可见，XCN-98型催化剂具有以下性能优点：

（1） 易还原。

（2） 低温活性好，日产量高。75%负荷下的甲醇产量(4.17t/h)接近装置满负荷设计

250°C时：催化剂的时空收率21.55 kg/(L.h)

在正常情况下，使用寿命为2年以上。

（3）适用温区宽，使用寿命长。合成塔进口温度可调温C型催化剂为14°C,而 XCN-98型则为

3(TC。随着可调温区的增加，催化剂的使用寿命也相应延长。

（4）选择性好。75%负荷下合成系统未发现结蜡，粗甲醇质量符合设计要求。

（5）可适用于含高浓度CO2的合成气。50%负荷下，C型催化剂CO2加入量最高 不超过670kg/h，

而XCN_98型催化剂则最高可达900kg/ho75%负荷时,使用XCN-98 型催化剂，当入塔气中CO2组分

体积分数高达5%时，生产运行情况仍良好，收率 和物耗都较低，催化剂仍能保持较高的活性，产

品质量符合质量标准的要求。

综上所述，催化剂的活性、选择性和使用寿命等主要技术经济指标均优于进口 催化剂 …… 此处隐藏：2614字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……