林達均溫甲醇合成技術進展

    目前林達均溫合成技術主要進展：林達均溫型聯醇塔創出優良業績；林達前置式副產蒸汽均溫合成塔得到大量推廣；林達等高壓甲醇甲烷化技術呈現顯著優勢；林達低壓均溫甲醇合成技術向大型化多原料品種邁進；林達JW氨合成技術創下高產紀錄；林達合成反應器用于DMF生產和二甲醚生產。

    均溫型聯醇塔是由我公司樓壽林教授1989年發明的，其優良的技術性能為國內眾多生產廠家所公認和采用。面對一些廠家聲稱也要制造均溫型塔內件，而且價格很低，我公司并沒有用低價競爭來吸引用戶，而是一方面用專利法來保護知識產權（最近《中國化工報》報導“林達運用專利法成功保護知識產權”），另一方面堅持高技術、高水平、高效益，贏得用戶的信任。例如，巨化合成氨廠4^#甲醇合成裝置使用我公司φ1000mm均溫型甲醇塔后，作出如下評價（刊載于《化工生產與技術》，2003年第10卷第1期，鄭積林等）：

    （1）產量提高25%，年產量由18kt增加5000t，提高到23kt，年增效益278.9萬元。

    （2）熱穩定性好。從催化劑層頂部到底部，都能通過主、副閥的調節將溫度控制在240～270℃之內，即都處于催化劑活性最佳溫度范圍內。當生產負荷發生變化時，催化床層溫度的波動幅度較小，既抗跌，距垮溫點遠，又抗漲，防止催化劑因超溫而喪失活性。

    （3）操作裕度大。均溫型甲醇內件能適用于高、低負荷生產。經測，低負荷（11月21日，1臺紅旗高壓機，負荷已至底限），入塔氣量15000m³/h，經調節，可用合成自熱維持生產，操作正常，不需要開電路維持催化床層溫度；高負荷（8機生產，開2臺循環機），入塔氣量98000m³/h，操作熱點溫度250～260℃，整個生產平穩。

    （4）取消冷激氣管后，催化床層平面溫差小于10℃。

    由于林達均溫型甲醇塔的顯著優勢，因此如山東海化、湖北當陽等廠都選用了林達φ1200mm中壓均溫型塔。

    前置式副產蒸汽甲醇塔是我們在1994年開發的一項節能冷管型甲醇塔專利技術，已先后成功應用于廣氮高壓單醇和湘氮中壓聯醇，由于副產蒸汽的明顯效果，現得到大量推廣，并向大型化發展。目前我們已在加工的前置式副產蒸汽均溫甲醇塔共有6套，其中4套為年產甲醇50kt的φ1400mm甲醇塔，2套為30kt/a的φ1200mm甲醇塔，另還將有一套年產70kt的副產蒸汽高壓單醇塔。

    1994年12月φ1000mm高壓單醇塔（內裝催化劑6m³）在廣州氮肥廠首次投運成功。在20MPa、入塔氣量為65000m³/h、進塔CO  7.3%的條件下，出塔氣中CO  1.0％，日產甲醇145t，每噸甲醇副產0.6MPa蒸汽0.6t，進水冷氣溫80℃，降低水冷負荷，經濟效益明顯。

    2001年1月湖南湘江氮肥廠φ1000mm中壓聯醇塔使用林達前置式副產蒸汽甲醇塔，內裝催化劑6.4m³，合成壓力在11MPa、8機氣量、進塔氣中CO  4％的工況下，CO轉化率>80%，日產超過80t，每噸甲醇副產蒸汽0.5t。

    本技術的優勢有以下兩方面。

    （1）前置式塔進鍋爐回收出甲醇合成催化劑筐熱氣的熱量，溫度為250℃左右，而中置式回收氣體的溫度只有100多度，溫度低，故前置式產蒸汽的品位和產量比后者多，前置式副產蒸汽甲醇合成塔增加了一臺廢鍋，但降低了水冷器負荷和面積，節約了冷卻水量，因此是一個經濟效益明顯、受用戶歡迎的新技術。

    （2）中置式副產蒸汽需把換熱器分為前后兩個，中間插上廢鍋，結構復雜，而前置式只有一個進、出塔氣換熱器，或設在塔外，或設在塔內，結構簡單。

    目前已有浙江江山、山西臨猗二分廠、浙江紹興、浙江寧波等廠采用這一技術。

    浙江江山化工公司等高壓甲醇甲烷化技術特點

    （1）氨廠脫碳氣壓縮到氨合成壓力，甲醇合成甲烷化和氨合成在同一壓力等級下進行；

    （2）甲醇合成和甲烷化不開循環機，原料氣一次通過；

    （3）甲醇合成不開電爐，自熱運行，CO轉化率高達99％，大幅度降低了甲烷化消耗原料氣量；

    （4）甲烷化凈化氣中CO+CO₂低達1×10^-6，為現代氨廠規定指標的1/10，原料氣凈化度提高，可延長氨催化劑壽命；

    （5）通過將甲醇壓力提高到氨合成壓力，提高了甲醇合成CO轉化率，同時達到提高甲醇產量和降低進甲烷化塔CO+CO₂含量的目的。

    山西豐喜集團臨猗分公司二分廠等高壓甲醇甲烷化技術特點

    該廠總氨能力為80?kt，合同要求原料氣處理能力達到30000m³/h，進系統CO  3%～3.5％、CO₂  0.5%～0.6％，出系統CO+CO₂≤20×10^-6，采用2套φ800mm甲醇合成塔和一套φ800mm甲烷化塔，除甲醇和甲烷化塔外，分離系統為φ600mm。該項目經4個月就建成，于2003年1月成功投運。在只開一套甲醇塔和甲烷化塔，原料氣量28000m³/h，CO  3.0%～3.5％，CO₂ 0.6％，合成壓力28MPa，甲醇和甲烷化催化劑溫度230℃的工況下，出甲醇塔CO  0.1％、CO₂  0.2％、CO轉化率97％，出甲烷化塔CO<10×10^-6，CO₂≤5×10^-6，班產氨70t、甲醇9t。在運行中甲醇塔不開電爐、甲烷化只有70kW，噸氨不到10kW·h。

    林達等高壓甲醇甲烷化技術優勢

    （1）投資低。臨猗二分廠年產80kt總氨等高壓甲醇甲烷化投資600萬元，配2套φ800mm甲醇合成，實際使用表明，一套φ800mm夠用，可省100多萬。

    （2）CO轉化率高，甲醇產量高，甲烷化進口CO、CO₂低，原料氣消耗很少。江山和臨猗的CO轉化率均達95％以上，江山甲醇塔出口CO+CO₂<100×10^-6，臨猗CO也只有0.1％，因而既提高甲醇產量，又降低甲烷化中H₂O、CO的消耗和CH₄的生成量。

    （3）電耗省。實際運行表明，合成氨廠采用等高壓甲醇甲烷化比采用中壓省電，這是因為合成甲醇壓力的提高，使CO轉化率提高，合成甲醇的循環機電耗和合成甲醇中電爐電耗減少。

    （4）不影響現有壓縮機的使用性能，對要提高醇氨比的廠若要采用中壓甲醇甲烷化，則進高壓段原料氣已消耗很大部分，原設計壓縮機氣缸容積不匹配，影響使用效果，而等高壓法原料氣壓縮到末段出口，不管醇氨比多高都不存在這一問題。

    （5）對具有二套合成氨系統的廠可以利用氨合成系統高壓設備生產甲醇。

    林達低壓均溫型甲醇合成塔已有五套成功投運，其中哈爾濱氣化廠2臺φ2000mm甲醇塔，分別超過年產60kt（改造）和80kt（新建），河南中原氣化廠φ2000mm低壓甲醇塔日產240t超過合同要求設計能力，江蘇武進和山東墾利林達低壓均溫塔也都開得很好，這5套低壓甲醇裝置有以煤制水煤氣，有天然氣制氣，也有煤氣聯產甲醇，不同原料氣成分均已成功投運。另有年產100kt、200kt等5套低壓甲醇塔在加工。

4.1  項目實施

    第一臺JWφ2000mm低壓均溫型甲醇塔于2000年5月在全國最大的煤化工企業哈爾濱氣化廠投運至今，連續高產運行，月產甲醇5600t以上，年產甲醇超過60kt的設計能力。2001年9月第二臺JWφ2000-2成功投產，直徑2m甲醇合成塔超過80kt/a，兩臺總年產150kt，哈氣化成為我國四大甲醇生產廠之一。

4.2  產品特點

    （1）采用我國低壓甲醇塔技術，成功改造國外進口甲醇塔；

    （2）催化床層平均同平面溫差5℃、軸向溫差10℃左右，大大低于國外等溫甲醇塔（30℃）；

    （3）用原年產40kt合成裝置的動力和靜止設備，在不增加原料氣量和入塔氣量條件下，增加產量50%，噸醇成本降低253元；

    （4）催化劑裝填系數達70%，φ2m塔年產量高達80kt；

    （5）結構簡單可靠，操作穩定，性能優良，深受用戶歡迎。

    首臺JW2000應用效果

    在原料氣量約25000m³/h，入塔氣量150000m³/h，進塔氣中CO  4%～6.5%，CO₂  0.5%～2%，CH₄  35%～40%，入塔氣壓力4.8MPa，催化層溫度235℃工況下，達到日產粗醇200t，月產精甲醇5600t以上，比改造前提高產量50%，實際年生產能力超過60kt，比合同所定改造要求超出10kt。

    第二臺JW2000-2應用效果

    設計要求：在原料氣量40000m³/h，CO  22%，CH₄  15%工況下，達到年產80kt（班產80t）。

    實際情況：在原料氣量36000m³/h，CO  17%～19%，CH₄  15.5%～16.5%工況下，達到班產精甲醇80～82t。

4.3  計算機模擬優化設計

    開發了反應器設計工藝軟件——“Reactor Designer”，能夠對不同壓力等級下使用不同催化劑的均溫型聯醇塔、單醇塔、佳溫型氨合成塔以及ICI冷激塔、Lurgi管殼式塔進行各種操作工況下的模擬計算，并輸出詳盡的計算報告供設計人員分析調優。若是引入相應的動力學數據和物性數據，該軟件可用作其他氣固相催化反應器的設計計算。

4.4  低壓甲醇合成塔比較

    （1）工藝性能、使用效果

    Lurgi公司稱Lurgi管殼式塔為等溫型， Lurgi塔反應溫差比ICI冷激塔要小得多，故合成效率高，但Lurgi塔原設計催化層即反應管內不設測溫點，只是我國有的廠在原管殼式反應管中設了少數幾個測溫點，Lurgi合成塔進出口設計溫度為225/255℃，即溫差為30℃，實際情況也如此。

    林達均溫塔內設有三組，共21個測溫點，平均溫差同平面在5℃內，軸向10℃左右，因此比Lurgi管殼式顯著降低。溫度能影響甲醇合成中CO轉化率和空時產率、催化劑生產強度。在同樣工藝條件，即合成壓力、入塔氣空速和氣體組成相同條件下，林達均溫塔的CO轉化率、空時收率，催化劑生產也因此比Lurgi管殼式有所提高。

    （2）結構性能和投資大小

    Lurgi管殼式的催化劑裝在反應管內，催化劑裝填系數為30%～35％；SPC亦為35％，Linde為45％；均溫型催化劑裝在管外，催化劑裝填系數為70%～75%，比Lurgi高一倍。因此在達到同樣能力工況下，林達均溫型設備外形尺寸比Lurgi塔小得多，其投資也只需其一半。年產100kt和200kt，管殼塔直徑分別需3m和4m，而JW塔只需2m和2.8m，300kt/a裝置的管殼式反應器需5.2m，而JW均溫塔塔徑只需3.4m（一臺）。

    （3）結構簡單可靠，避免熱應力，易大型化

    ICI和JW結構簡單可靠，易大型化，JW容積利用率高，外形尺寸為Lurgi的一半，采用多層組裝，故易大型化。Lurgi管殼式中管板與反應管固定焊接，為防止因熱應力損壞設備，對設備加工、焊接要求都很高，且設備體積大，大型化難度增加。

    （4）使用操作條件的適應性

    Lurgi管殼式、Linde、SPC、MRF等反應器鍋爐水進反應器內，要求水質好，否則會影響傳熱，使合成塔操作惡化；林達均溫型廢鍋在塔外，水質好壞不影響合成塔安全運行。均溫型流程的操作與現有中小型合成塔操作相似，即使沒有DCS裝置也能通過冷副線和鍋爐蒸汽壓力方便調節溫度。林達低壓均溫甲醇塔副產的蒸汽可供精餾等使用。

    繼哈爾濱氣化廠之后采用林達低壓甲醇合成技術的還有江蘇武進、河南中原氣化、山東墾利、云南曲靖和河北邯鄲、河南駿馬等廠。去年林達低壓均溫型甲醇反應器又被陜西渭河化工集團和內蒙古天野集團兩家大型企業選中，用于合成氨廠新建年產200kt甲醇大型裝置。林達低壓均溫甲醇合成技術還將應用在合成氨廠聯產50kt燃料甲醇示范裝置、單產100kt燃料甲醇、焦爐氣為原料年產100kt燃料甲醇和年產600kt大型燃料甲醇示范裝置。除已成功投運的塔外副產蒸汽合成塔外，河南駿馬等廠塔內副產蒸汽φ2000mm低壓甲醇塔也將于今年投運。

    目前在重點發展大型低壓甲醇合成技術的同時，在氨合成反應器方面也將發揮潛力和優勢。

    2002年湖北當陽化肥廠φ1200mm矮胖型氨塔采用我公司JWφ1200mm氨塔內件，內裝催化劑6.3m³，在150000m³/h循環氣量工況下，氨凈值達14％，日產340t以上，月產量超10kt，比改造前增加能力20kt/a，噸氨節電50kW·h（見《小氮肥設計技術》2003年第1期當陽化肥廠文章）。

    林達公司于2002年完成了適用于非平衡型甲胺催化劑固定床反應器數字模型的開發，為韓國一家化工公司設計了該廠DMF合成用的甲胺合成反應器，目前該技術將用于國內某廠。在同等反應條件下該技術使DMA的催化劑生產強度提高50%以上，噸產品降低能耗20%，同比節約投資40%。林達合成反應器還將用于甲醇脫水制二甲醚和水煤氣一步法制二甲醚的合成反應器，該技術也取得了中國專利。我們還完成了適用于大型二甲醚和燃料二甲醚生產固定床反應器的開發設計。