国内外甲醇合成生产技术
- 格式:doc
- 大小:31.00 KB
- 文档页数:7
甲醇生产技术介绍了当前国内外甲醇的主要生产工艺甲醇是一种用途广泛的有机化工产品及重要的基本有机化工原料,应用于有机合成、农药、医药、涂料、染料和国防工业等领域。
随着社会经济的快速增长,能源、环境问题日益突出,甲醇作为燃料应用的比例越来越大。
近20年来,甲醇生产发展很快,技术不断提高,生产规模逐年扩大,生产工艺逐步成熟,各项技术指标不断完善,特别是近年来甲醇汽、柴油的开发和应用,使其作为代用燃料,从技术性、经济性上具有了很强的竞争力。
一、甲醇生产技术发展概况甲醇是传统的化工产品,其生产技术、生产工艺经过几十年的试验研究,特别是近20年来不断发展和创新,在原料路线、生产规模、节能降耗、过程控制与优化及与其他化工产品联合生产等方面都有新的突破和进展。
(一)原料路线甲醇生产的原料大致有煤、石油、天然气、生物秸杆和含H2、CO (或CO2)的工业废气等。
从50年代开始,天然气逐步成为制造甲醇的主要原料,但是,随着能源的紧张,有效地开发煤炭资源,以煤制甲醇的煤气化技术发展迅速,除传统的固定床UGI炉外,固定床鲁奇化炉、流化床温克勒气化炉、气流床K-T炉、气流床德士古气化炉的开发均取得进展,并都在工业上得到使用。
从长远的战略观点来看,世界江的贮藏量远远超过天然气和石油,我国情况更是如此,经过不断的发展和创新,我国已处于世界领先地位。
为适应不同的原料、工艺及规模,我国已开发了多种多样的拥有自主知识产权的系列化技术,可适应无烟煤、烟煤、高硫煤、焦炉气、煤层气等不同原料和中小化肥厂联产、单产和煤矿坑口大型化的不同规模。
(二)生产规模甲醇生产技术发展趋势之一是单系列、大型化。
由于高压设备尺寸的限制,50年代以前,甲醇合成塔的单塔生产能力一般不超过100-200吨/日,60年代不超过200-300吨/日。
但近十几年来,单系列大型甲醇合成塔不断被开发,并在工业生产中使用。
Lurgi管壳型甲醇合成塔单塔能力何达1000-1500吨/日,ICI多段冷激型甲醇合成塔单塔生产能力可达2500吨/日。
高、中、低压合成甲醇根据采用的压力不同可分为高压法、中压法和低压法三种方法。
1、高压法即用一氧化碳和氢在高温(340~420℃)高压(30.0~50.0MPa)下使用锌-铬氧化物作催化剂合成甲醇。
用此法生产甲醇已有八十多年的历史,这是八十年代以前世界各国生产甲醇的主要方法。
但高压法生产压力过高、动力消耗大,设备复杂、产品质量较差。
2、低压法即用一氧化碳和氢气为原料在低压(5.0MPa)和275℃左右的温度下,采用铜基催化剂(Cu-Zn-Cr)合成甲醇。
这种方法是70年代实现工业化的合成甲醇方法。
低压法成功的关键是采用了铜基催化剂,铜基催化剂比锌-铬催化剂活性好得多,使甲醇合成反应能在较低的压力和温度下进行。
铜基催化剂的选择性比锌-铬催化剂好,因此,消耗在副反应中的原料气和粗甲醇中的杂质都比较少。
但设备体积庞大,生产能力较小,且甲醇合成收率较低。
3、中压法随着甲醇合成工业的迅速发展,新建厂的规模也日趋大型化,目前已建成投产的装置有日产超过5000吨的。
如果采用低压法搞这样的大型工厂,由于处理气量大,会出现设备庞大而一次性投资高的弊病,以及带来设备制作和运输的困难。
因此在70年代出现了中压法合成甲醇的工艺流程,它是在低压法基础上开发的在5~10MPa压力下合成甲醇的方法,该法成功地解决了高压法的压力过高对设备、操作所带来的问题,同时也解决了低压法生产甲醇所需生产设备体积过大、生产能力小、不能进行大型化生产的困惑,有效降低了建设费用和甲醇生产成本。
该法的关键在于使用了一种新型铜基催化剂(Cu-Zn-Al),综合利用指标要比低压法更好。
为了保证反应器出口气体中有较高的甲醇含量,一般采用较高的反应压力。
催化剂的发展能引起化工技术的突破,高温高压都是在没有办法的情况下的无奈选择,在高温高压条件下,设备材质等投资高昂。
但如果压力过低,因为甲醇合成的一次转化率不高,况且又是气相反应,这会导致反应设备特别的大,所以从技术、经济核算后就选最经济可行的温度、压力指标。
甲醇制备工艺毕业论文甲醇是一种重要的基础化工原料,广泛用于合成甲醛、甲酸、丙二醇等有机化工产品。
目前,甲醇的生产工艺以合成气法为主,本文将重点介绍该工艺,并探讨其优化方向。
一、合成气法制备甲醇工艺合成气法是目前工业生产中最主要的制备甲醇工艺,其过程如下:1. 原料准备合成气法制备甲醇的主要原料是天然气、煤气或石油气等,首先需要经过预处理除除硫、除水、除二氧化碳等杂质。
2. 合成气制备将准备好的原料气体进入氧化反应器,在催化剂的作用下进行氧化转化,生成合成气。
氧化反应器中通常采用多层床式反应器,催化剂采用金属氧化物催化剂,如CUO-ZnO-Al2O3、Cr2O3等。
3. 气体净化合成气中含有甲烷、氮气、二氧化碳、一氧化碳、氢等杂质,需要进行净化和升压,使气体达到进入甲醇反应器的质量和压力标准。
4. 合成甲醇将净化后的合成气进入甲醇反应器,通过催化剂的作用,进行甲烷和一氧化碳的加氢制甲醇反应。
甲醇反应器主要采用三相流床式反应器,催化剂常用CuO-ZnO-Al2O3。
5. 甲醇提纯将合成甲醇经过蒸馏或萃取等方法进行分离和富集,最终得到高纯度的甲醇产品。
二、甲醇工艺优化在甲醇合成过程中,主要存在以下几个技术难点:1. 甲醇选择性甲醇的生成不是唯一的产物,同时还会有副产物二甲醚和甲醛等生成。
提高甲醇选择性,降低副产物产量,是优化工艺的一个重要目标。
2. 反应热平衡甲醇反应放热严重,容易引起反应器温度升高,进而影响反应速率和产物选择性。
如何控制反应热平衡,防止反应温度过高,是优化工艺的另一个重要问题。
3. 催化剂失活甲醇合成过程中,催化剂可能因积碳、硫化等原因失活,导致产物选择性下降,产量减小。
如何延长催化剂的寿命,是优化工艺的另一个考虑因素。
综合以上问题,优化甲醇制备工艺的关键是提高甲醇选择性、控制反应热平衡和延长催化剂寿命。
可采取以下措施进行优化:1. 优化催化剂的结构、组分和活性,提高甲醇催化活性和选择性。
甲醇的生产方法甲醇是一种广泛应用于工业和化学领域的重要有机化合物,也是一种重要的燃料。
它的生产方法有多种,其中最主要的是从天然气或煤炭中生产。
本文将介绍甲醇的生产方法,包括传统的天然气和煤炭生产法、新型的生物质生产法以及未来可能的人工光合作用生产法等。
一、天然气和煤炭生产法天然气和煤炭生产法是目前最主要的甲醇生产方法。
这种方法主要是利用天然气或煤炭中的一氧化碳和氢气来生产甲醇。
具体的生产流程如下:1、气体净化:将天然气或煤炭中的杂质去除,以保证后续反应的纯度和效率。
2、蒸汽重整:将天然气或煤炭中的甲烷转化为一氧化碳和氢气。
3、合成气净化:将蒸汽重整产生的合成气中的杂质去除,以保证后续反应的纯度和效率。
4、合成反应:将合成气中的一氧化碳和氢气在催化剂的作用下进行反应,生成甲醇。
5、甲醇提纯:将反应产生的混合物中的甲醇和水分离,提纯甲醇。
这种方法的优点是生产成本低,产量大,且可以利用天然气和煤炭等资源。
但是,这种生产方法的缺点也很明显,主要是产生大量的二氧化碳等有害气体,对环境造成污染。
二、生物质生产法生物质生产法是一种新型的甲醇生产方法。
这种方法主要是利用生物质中的碳水化合物,通过生物发酵或化学转化来生产甲醇。
具体的生产流程如下:1、生物质预处理:对生物质进行物理或化学处理,以提取出其中的碳水化合物。
2、生物发酵或化学转化:将生物质中的碳水化合物在微生物或化学催化剂的作用下进行发酵或转化,生成甲醇。
3、甲醇提纯:将反应产生的混合物中的甲醇和水分离,提纯甲醇。
这种方法的优点是可以利用生物质等可再生资源,避免对环境造成污染。
但是,这种方法的缺点也很明显,主要是生产成本高,产量低,且生产过程中需要消耗大量的水和能源。
三、人工光合作用生产法人工光合作用生产法是一种未来可能的甲醇生产方法。
这种方法主要是利用人工合成的光合作用体系,将二氧化碳和水在光合作用体系的作用下进行反应,生成甲醇。
具体的生产流程如下:1、人工光合作用体系的制备:合成一种人工光合作用体系,包括光催化剂、电子传递体系和光反应中心等。
甲醇生产工艺技术甲醇生产工艺是提取甲醇的工序和流程,主要有合成法和干储法,合成法是甲醇生产的主要方法,合成的化学反应式为2H2+C0fCH3OH,干偶法最早是用木材干镭法生产甲醇,故甲醇也叫木醇。
一、国内外生产情况分析国外甲醇工艺技术,国外以天然气为原料生产的甲醇占92%,以煤为原料生产的甲醇2.3%,因此国外公司的甲醇技术均集中于天然气制甲醇。
国际上广泛采用的先进的甲醇生产工艺技术主要有:DAVY(原LC.I)、OPSOE、Uhde、LUrgi公司甲醇技术等,不同甲醇技术的消耗及能耗差异不大,其主要的差异在于所采用的主要设备甲醇合成塔的类型不同。
1.1DAVY甲醇技术特点DAVY低压甲醇合成技术的优势在于其性能优良的低压甲醇合成催化齐!L合成压力:5.0~IOMPa,大规模甲醇生产装置的合成压力为8~10MPa o合成塔型式有:第一种,激冷式合成塔,单塔生产能力大,出口甲醇浓度约为4~6%voI0第二种,内换热冷管式甲醇合成塔。
又开发了水管式合成塔。
精储多数采用二塔,有时也用三塔精僧,与蒸汽系统设置统一考虑。
蒸汽系统:分为高压10.5MPa、中压2.8MPa、低压0.45MPa 三级。
转化产生的废热与转化炉烟气废热,用于产生10.5MPa、510C高压过热蒸汽。
高压过热蒸汽用于驱动合成压缩机蒸汽透平,抽出中压蒸汽用作装置内使用。
1.2Lurgi甲醇技术Lurgi公司的合成有自己的特色,即有自己的合成塔专利。
其特点是合成塔为列管式,副产蒸汽,管内是Lurgi合成催化剂,管间是锅炉水,副产3.5〜4.OMPa的饱和中压蒸汽。
由于大规模装置如2000MTPD的合成塔直径太大,常采用两个合成塔并联。
若规模更大,则采用列管式合成塔后再串一个冷管式或热管式合成塔,同时还可采用两个系列的合成塔并联。
Lurgi工艺的精储采用三塔精储或三塔精储后再串一个回收塔。
有时也采用两塔精储。
三塔精储流程的预精镭塔和加压精谯塔的再沸器热源来自转化气的余热。
甲醇生产方法甲醇是一种重要的化工原料和能源源,广泛应用于化工、医药、农药、塑料、合成纤维、染料等领域。
甲醇的生产方法有多种,下面将介绍其中的几种主要方法。
一、合成气法合成气法是目前甲醇生产的主要方法之一。
该方法利用合成气(一氧化碳和氢气的混合气体)作为原料,经过一系列催化反应得到甲醇。
合成气的产生可以采用煤气化、重油气化、天然气重整等方法。
合成气法甲醇生产过程主要分为三步:合成气制备、甲醇合成和甲醇精制。
首先,通过合成气制备装置将原料气体进行净化、调配,合成合适的合成气。
然后,将合成气经过催化剂床层进行合成反应,生成含有甲醇的合成气体。
最后,通过甲醇精制装置对合成气体进行精制,去除杂质和水分,得到高纯度的甲醇产品。
二、生物法生物法是一种利用微生物催化合成甲醇的方法。
该方法主要利用甲醇菌在适宜的条件下,通过代谢产生甲醇。
生物法甲醇生产的原料主要是可再生资源,如木材、农作物秸秆等。
生物法甲醇生产过程主要包括底物制备、发酵和甲醇提取。
首先,将底物进行预处理,将其转化为可供微生物利用的底物。
然后,将底物与甲醇菌一起进行发酵,通过微生物的代谢作用,底物转化为甲醇。
最后,通过提取工艺将甲醇从发酵液中提取出来,得到纯净的甲醇产品。
三、气相催化法气相催化法是一种利用催化剂在气相条件下进行反应合成甲醇的方法。
该方法主要利用氢气和二氧化碳作为原料,经过一系列催化反应生成甲醇。
气相催化法甲醇生产过程主要包括原料准备、反应器催化和甲醇分离。
首先,将原料气体进行净化和调配,得到合适的原料气体。
然后,将原料气体经过催化剂床层进行催化反应,生成含有甲醇的气体。
最后,通过分离工艺将甲醇与其他气体分离,得到高纯度的甲醇产品。
以上是几种常见的甲醇生产方法,每种方法都有其适用的场合和优劣势。
随着技术的进步和工艺的改进,甲醇的生产方法也在不断发展和完善,以提高生产效率和降低成本,更好地满足市场需求。
希望通过不断的研究和创新,能够实现甲醇生产的可持续发展。
国外甲醇工艺技术在我国,甲醇作为一种重要的基础化工产品,被广泛应用于合成甲醇汽油、甲醇燃料电池、丙烯醇等领域。
然而,在国外甲醇工艺技术方面,存在一些值得我们借鉴和学习的经验和技术。
首先,国外甲醇工艺技术注重环保和可持续发展。
在甲醇生产过程中,国外企业重视减少能源消耗和排放的废气、废水。
他们尽可能利用先进的催化剂和分离技术,以降低废物的产生量和储存量,从而减少对环境的污染。
此外,国外的甲醇工厂还注重废物和副产品的再利用,以最大限度地减少资源的浪费。
其次,国外甲醇工艺技术注重安全生产。
在甲醇生产过程中,由于甲醇具有挥发性和易燃性,存在一定的安全风险。
因此,国外的甲醇工厂采取了一系列预防措施,以确保工人的生命安全和工厂的正常运行。
他们建立了完善的安全管理体系,包括严格的操作规程、应急预案和安全培训等,以应对突发事件和事故。
此外,国外甲醇工艺技术追求高效和经济性。
他们通过不断创新和改进工艺流程,提高甲醇的生产效率和产量。
例如,他们采用新的催化剂和反应器设计,提高了甲醇的合成速率和选择性,从而降低了生产成本和能源消耗。
此外,他们还利用先进的自动化和信息技术,实现了生产过程的监控和优化控制,以提高生产效率和质量。
最后,国外甲醇工艺技术注重技术交流和合作。
他们通过与其他国家的企业、研究机构和大学开展合作,共享技术和经验,并共同解决面临的挑战和难题。
这种国际合作不仅可以促进技术的进步和创新,还可以加快甲醇产业的发展和全球能源结构的转型。
总而言之,国外甲醇工艺技术在环保、安全、高效和合作方面具有一定的优势和特点。
我们应该积极地学习和借鉴国外的经验和技术,加快我国甲醇产业的发展和转型,更好地满足国内外市场的需求,并为促进可持续发展做出贡献。
甲醇的化工生产技术1. 引言甲醇是一种重要的有机化工原料,广泛应用于农药、颜料、合成纤维、药品等行业。
本文将介绍甲醇的化工生产技术,包括甲醇的合成方法、生产工艺与设备、生产过程中的关键参数及控制方法等。
2. 甲醇的合成方法甲醇的合成方法主要有合成气法和木质纤维素法两种。
2.1 合成气法合成气法是甲醇工业化生产的主要方法,它将一氧化碳和氢气反应生成甲醇。
该方法有两个主要反应路径: * CO + 2H2 -> CH3OH * CO2 + 3H2 -> CH3OH + H2O合成气法的反应条件包括温度、压力、反应物配比等。
通常采用高温高压条件下进行反应,催化剂选择上一般使用锌铬钼氧化物。
2.2 木质纤维素法木质纤维素法是一种以天然木材或农作物秸秆等为原料的制甲醇方法。
该方法首先将木材或秸秆进行裂解,得到气相产物,然后将气相产物进行合成生成甲醇。
3. 甲醇的生产工艺与设备甲醇的生产工艺主要包括前处理、合成反应、分离纯化三个步骤。
3.1 前处理前处理主要是将原料进行预处理,包括除杂、变换等步骤。
其中除杂是将原料中的杂质进行分离;变换是将原料转化为适合进行合成反应的化合物。
合成反应是将前处理后的原料进行合成,得到甲醇。
合成反应通常在高温高压条件下进行,反应后会产生大量的热量。
3.3 分离纯化分离纯化是将合成反应得到的产物进行分离和纯化,得到高纯度的甲醇。
通常采用蒸馏、提取、吸附等方法进行分离纯化。
甲醇的生产设备包括反应器、换热器、蒸汽生成器等。
其中反应器是合成反应的主要设备,换热器用于控制反应温度,蒸汽生成器产生供应反应所需的蒸汽。
4. 生产过程中的关键参数与控制方法甲醇的生产过程中需要控制多个关键参数以确保产品质量和生产效率。
主要的关键参数包括:反应温度、反应压力、气体流量、催化剂种类与用量等。
反应温度是影响甲醇合成反应速率的重要因素,一般高温下反应速率较快。
需要根据具体的合成方法选择合适的反应温度,并通过换热器控制反应温度。
甲醇合成技术目前,国外拥有工业化甲醇生产技术的公司主要有Davy(1.C.I)、Lurgi、Casale、Topsoe、Linde等,国内有西南化工研究院、上海理工大学、杭州林达公司等。
1.气相法气相法甲醇生产过程由于温度控制、床层温升和换热的限制,合成气的单程转化率低,出口甲醇质量分数较小,循环量大,经济性难以令人满意。
1.1高压合成法:合成压力30 MPa,现在已被低压法取代。
1.2低压甲醇合成:由于合成压力低.综台能耗较低。
因此,大规模生产甲醇国内外普遍采用低压合成二艺。
合成压力为5-9MPa,采用铜基催化刑,反应温度200—280℃空速6000h-1至10000h-1。
主要的低压合成法:4-8 MPa 帝国化学公司(ICI)和德国鲁奇(lurqi)的工艺,国内的linde工艺。
1.2.1 ICIICI冷激型甲醇合成塔是英国ICI公司在1966年研制成功的。
它首次采用了低压法合成甲醇,合成压力为5 MPa,这是甲醇生产工艺上的一次重大变革。
该反应器适于大型化,易于安装维修。
ICI冷激型合成反应器的主要结构为:①塔体。
为单层全焊结构,不分内件、外件,故简体为热壁容器,要求材料抗氧蚀能力强,抗张强度高,焊接性好。
②气体喷头。
为4层不锈钢的圆锥体组焊而成,固定于塔顶气体入口处,使气体均匀分布于塔内。
这种喷头可以防止气流冲击催化床而损坏催化剂。
③菱形分布器。
菱形分布器埋于催化床中,并在催化床的不同高度平面上各安装1组,全塔共装3组,它使冷激气和反应气体均匀混合,以调节催化床层的温度,是塔内最关键的部件。
该塔的特点1)合成塔的催化剂放在管外;2)人塔气横向流动,既减少阻力降,又增加传热系数;3)列管不对称排列;根据人塔气在催化剂床层反应速度的变化,考虑设置列管的疏密程度,使反应速度沿最大速度曲线进行;4)该合成塔采用带膨胀圈的浮头式结构,解决了列管的热膨胀问题。
ICI公司针对大甲醇装置专门开发了径向流蒸汽上升式甲醇合成器,其主要特点是催化剂装填在壳侧,原料气从中心管进入。
甲醇合成一、甲醇合成生产技术十分成熟,工艺技术主要分三种:高压甲醇合成(30MPa 以上)、中压甲醇合成(10~15MPa)和低压甲醇合成(5~10MPa)。
目前,单独以产醇为的高压法工艺因其动力消耗高、催化剂活性低以及产品质量差等原因除老合成氨系统转产外,新上装置已逐年减少甚至已被淘汰,而中压法也决大多数出现联醇工艺中,当今世界上最主要的、先进的、能耗低投资省的生产工艺归属于低压合成,由于低压法工艺较之前的高压法工艺在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力大型化等方面具有明显的优越性,所以,目前国内外新建装置大多采用低压法,根据单套装置生产能力大小不同,其设计压力主要集中在5~8MPa范围内。
甲醇合成系统包括合成气压缩(等压合成除外)、甲醇合成、热量回收、甲醇分离等。
甲醇合成塔是核心设备,目前先进的低压合成塔主要有以下几种:(1)管壳式甲醇合成塔(2)多段冷激式甲醇合成塔(3)多段径向甲醇合成塔(4)绝热式甲醇合成塔(5)Casale轴径向混合流合成塔二、国内外技术现状甲醇生产的核心技术是甲醇合成反应器(合成塔)的结构与形式、催化床温度控制和热量的转移与利用。
反应器性能的好坏直接影响原料气和动力消耗以及设备能力的发挥,而甲醇合成反应器性能主要取决于其工艺结构,特别是在合成装置向大型化发展以后,其重要性更为突出。
1、国外目前世界上具有低压甲醇先进生产工艺的主要公司和专利商主要有丹麦托普索公司(Topsoe) 、德国鲁奇公司(Lurgi)、林德公司(Linde)、英国帝国化学公司(ICI)、日本三菱公司(MGC)、瑞士卡萨利公司(Casale)等,这些国际知名企业凭借自身的技术特点,相继开发出众多塔型,根据所采用的工艺结构基本上可以分为多段绝热型、冷管型二大类。
而冷管式又可分为气冷式和水冷式二种。
2、国内目前,国内自主开发的塔型主要有林达公司的均温塔,在国内均占有较高的市场份额,已经形成竞争发展的态势。
已投产的最大装置规模已达到或接近20万吨/年。
而30—100万吨/年更大规模装置也在设计建设中。
三、技术特点1、国外技术特点(1)德国Lurgi德国Lurgi公司设计的低压甲醇合成塔为管壳式结构,管内装填催化剂,在中低压条件下进行甲醇合成反应,由管间沸水移出热量,并产生中压蒸汽,以控制床层温度,延长催化剂寿命,控制副反应的发生。
其主要性能特点是:采用管内装催化剂,管间走循环沸水,用很大的换热面积来移去反应热,理论上反应时催化剂层温差较小,达到接近等温反应的目的,使合成反应几乎是在等温条件下进行,采用低循环比。
为了适合装置大型化的发展,Lurgi公司对管壳式甲醇合成塔进行了改进,发明了两段等温甲醇合成工艺(气冷-水冷双塔),该工艺有两台管壳式甲醇合成塔组成,第一合成塔采用副产中压蒸气的方式移出反应热,第二台反应器产生的反应热则通过与新鲜合成气逆流换热方式脱除,在第二台反应器中,新鲜合成气在管内通过,反应气走壳层。
目前采用该技术建设的165万吨/年甲醇装置已经投产。
与单个管壳式合成塔工艺相比,两段等温甲醇合成工艺有以下特点:——与单台反应塔相比,第一反应器尺寸减少了约50%。
——减少了约50%的合成气循环比。
——热量回收效率高,减少了冷却成本。
——单系列能力可以达到5000吨/天以上。
——整个合成回路(包括循环压缩机、热交换器等)的投资减少近40%。
(2)瑞士卡萨利(Casale)Casale公司最早开发是立式绝热轴径向反应器,其特点是:环形的催化剂床顶端不封闭,侧壁不开孔,造成催化剂床层上部气流的轴向流动,床层主要部分气流为径向流动。
Casale开发的大型轴径向甲醇合成塔的主要结构特点:——环形的催化剂床顶端不封闭,侧壁不开孔,造成催化剂床层上部气流的轴向流动;——床层主要部分气流为径向流动;——催化剂筐的外壁开有不同分布的孔,以保证气流分布;——各段床层底部封闭,反应后气体经中心管流入合成塔外的换热器,回收热量。
由于不采用直接冷激,而采用塔外热交换,各床层段出口甲醇浓度较高,所需的床层段数较少。
由于床层阻力降的明显减少(比ICI轴向型塔减少24%),所以可增加合成塔高度和减少壁厚,可选用高径比的塔,以降低造价。
与冷激式绝热塔相比,轴径向混合流塔可节省投资,简化控制流程,减少控制仪表。
轴径向合成塔的缺点是催化剂筐需要更换,催化剂装卸复杂。
优点是大型化的潜力大。
轴径向合成塔的生产能力取决于塔的高度,合成塔过高造成催化剂装卸困难。
一般塔高为16m,相应的生产能力为5000 t/d。
上海焦化厂MTD1350 火炬能化MTD1350 新奥集团MTD2030 华亭中徐煤化MTD2030 山东久泰年产100万吨(3)英国ICI英国ICI公司多段冷激型甲醇塔,是国外甲醇装置中使用最多的塔型,为全轴向多段冷激型合成塔。
结构简单,是其独特的优点。
合成塔由塔体、多段床层及专用技术菱形分布器等组成。
菱形分布器埋于催化床中,并沿着床层不同高度的平面上各安装一组,全塔共装三~四组。
可使冷激气和反应气混合均匀。
催化剂装量大、寿命长,一般可长达6年,缺点是绝热反应,催化剂床层轴向温差大,采用原料气冷激的方法控制合成塔床层的温度,全部靠用冷原料气喷入各段催化剂床层之间以降低反应气温度。
因此在降温的同时稀释了反应气中的甲醇含量,影响了催化剂利用率。
为了防止催化剂过热,采用较大的空速,出塔气中甲醇含量不到4%,副产蒸汽量偏少,不能回收高位能的反应热,循环量较大,塔阻力较高,多为0.1 MPa~0.4MPa,因此操作费用高。
由于阻力的限制,其高径比较小,一般多在2.2~4.0,大型化后直径很大(4~6m),不利于运输;由于ICI 冷激式甲醇合成塔,其设备结构简单,装置运行可靠,操作简便,设计弹性大,用材省且要求不高,投资小,易于大型化,因此仍是大型甲醇厂采用的一种主要塔型,世界上最大单套能力的仍属ICI,有多套3000 t/d 装置,据报导目前最大的已有7500 t/d的装置。
为了弥补冷激塔的不足,上世纪80年代,ICI公司又开发出两款冷管型塔,其中之一就是称之为LCM的水冷型塔,同鲁奇等温列管式甲醇合成塔所不同的是管内走水,管外装催化剂,这样就可以通过其膨胀圈结构较好地解决列管的膨胀问题,而且它还采用了径向流催化床结构,既能减少阻力,又可以增加传热系数。
目前世界上大型甲醇装置中,有很多采用多段冷激式甲醇合成塔。
近年来,在原来的基础上,对冷激式合成塔进行了大量、多方面的改进和完善,陆续推出了一系列冷激式合成塔的改进型。
冷激式合成塔有以下特点:——合成塔单系列生产能力大,适合大型或超大型装置。
——甲醇合成塔设备结构简单,催化剂装卸方便。
——采用特殊设计的分布系统进行冷激,温度控制较为方便。
——不能回收甲醇合成产生的高位热能,合成回路循环气量大。
——存在催化剂段间返混现象,合成塔出口甲醇含量低。
——催化剂时空产率不高,用量较大。
(4)TOPSOE(托普索)TOPSOE 公司为合成氨、甲醇工业主要的专利技术商及催化剂制造商, 其甲醇技术特点主要表现在甲醇合成上的有:甲醇合成塔采用BWR 合成塔(列管副产蒸汽) , 或采用CMD 多床绝热式合成塔。
其流程特点为: 采用轴向绝热床层, 塔间设换热器, 废热用于预热锅炉给水或饱和系统循环热水。
进塔温度为220℃。
单程转化率高、催化剂体积少、合成塔结构简单、单系列生产能力大。
合成压力5. 0~10. 0MPa, 根据装置能力优化。
日产2000 吨甲醇装置, 合成压力约为8MPa。
采用三塔或四塔(包括回收塔) 工艺技术。
对于大型或超大型的单系列甲醇装置,丹麦Topsoe公司采用3台串联绝热式甲醇合成塔,在第一、第二甲醇合成塔出口设废热锅炉回收热量,第三甲醇合成塔出口气体预热第一甲醇合成塔的人口气体。
Topsoe公司的绝热式甲醇合成塔与多段激冷式合成塔相比有以下特点:——较高的单程转化率。
——较低的催化剂用量。
——热量回收好。
——设计简单,设备制造容易,便于运输。
——单系列生产能力大。
——缺点是设备台数多,流程复杂,投资较大。
(5)日本TEC公司日本TEC公司开发了一种新的甲醇合成塔,它是多段、间接冷却、径向流动的合成塔,也称为MRF反应器。
该反应器由外筒、催化剂筐以及许多垂直的沸水管,即反应器的冷却管组成。
冷却管埋于催化剂层中,合成气由中心管进入,然后径向流动通过催化剂层进行反应,反应后的气体汇集于环形空间,由上部出去。
冷却管吸收反应放出的热量发生蒸汽,根据反应的放热速率和移热速率,合理选择冷却管的数量和间距,则使反应过程按最佳温度线进行。
MRF反应器有以下特点:——气体径向流动,流道短,空速小,因此压降很小,约为轴向反应器的十分之一。
——床层与冷管之间的传热效率也很高,每吨甲醇能产生1吨多蒸汽(在给水预热的条件下)。
——单程转化率高,循环气量小。
——反应过程按最佳温度线进行。
2、国内技术特点(1)林达公司杭州林达公司在甲醇合成塔将原料气加热和反应过程中移热结合,反应器和换热器结合连续移热,同时达到缩小设备体积和减少催化剂层温差的作用,实现达到“均温、高效、易大型化”的目标。
该低压均温型甲醇塔是不同于现有国内外甲醇塔的全新反应器结构,为国内外首创,经PCT 国际检索、初步审查和国家实审,授予发明专利权,具多项独特的创新技术。
其关键部分是发明了独特的大小二种弯头的双U 形管冷管胆结构作为换热元件。
小弯头U 形管套在大弯头U 形管内构成一对双U 形管,双U 形管中大小弯头U 形管反向排列套装,气体在每二根相邻冷管内上下流动,方向均为逆流,达到触媒层等温均温反应目的,温差低达10℃。
开发了全自由伸缩复合密封结构,环管位于催化剂上方的自由空间,双U 形管位于催化剂层中冷管没有焊接点,结构可靠。
另一种型式为具上下双环管的低压均温型甲醇塔,冷管胆有上环管和下环管,上环管连结进气管和下行冷管,下环管连结下行冷管和上行冷管。
优点:①温差小,与ICI的冷管塔(TCC)相比,JW采用U型冷管或上行冷管和下行冷管全床层连续移热,轴向温差小,克服ICI的TCC单管逆流床层上下温差大、底部有绝热层的缺点;②可采用径向,径向温差也小;③管内外压差小;④装卸触媒容易,上部自由伸缩结构可靠;⑤内件化整为零,解决大塔制造难题。
四、结论1、我国甲醇工业起步较晚,长期以来一直以小型合成装置为主,早期的甲醇合成塔大多利用氨合成塔改造而成,合成压力一般为12~32Mpa,目前国内自行设计已运行的甲醇生产装置规模在20万吨/年级的仅有两套,10万吨级规模的有9套。
目前,大规模甲醇项目大多采用国外合成技术,技术风险要小,初步推荐我们项目选用国外工艺技术。
2、目前上述介绍的各种合成塔都有工业化装置的业绩,各有优缺点,技术上都是成熟的。