林达均温甲醇合成技术进展

    目前林达均温合成技术主要进展：林达均温型联醇塔创出优良业绩；林达前置式副产蒸汽均温合成塔得到大量推广；林达等高压甲醇甲烷化技术呈现显著优势；林达低压均温甲醇合成技术向大型化多原料品种迈进；林达JW氨合成技术创下高产纪录；林达合成反应器用于DMF生产和二甲醚生产。

    均温型联醇塔是由我公司楼寿林教授1989年发明的，其优良的技术性能为国内众多生产厂家所公认和采用。面对一些厂家声称也要制造均温型塔内件，而且价格很低，我公司并没有用低价竞争来吸引用户，而是一方面用专利法来保护知识产权（最近《中国化工报》报导“林达运用专利法成功保护知识产权”），另一方面坚持高技术、高水平、高效益，赢得用户的信任。例如，巨化合成氨厂4^#甲醇合成装置使用我公司φ1000mm均温型甲醇塔后，作出如下评价（刊载于《化工生产与技术》，2003年第10卷第1期，郑积林等）：

    （1）产量提高25%，年产量由18kt增加5000t，提高到23kt，年增效益278.9万元。

    （2）热稳定性好。从催化剂层顶部到底部，都能通过主、副阀的调节将温度控制在240～270℃之内，即都处于催化剂活性最佳温度范围内。当生产负荷发生变化时，催化床层温度的波动幅度较小，既抗跌，距垮温点远，又抗涨，防止催化剂因超温而丧失活性。

    （3）操作裕度大。均温型甲醇内件能适用于高、低负荷生产。经测，低负荷（11月21日，1台红旗高压机，负荷已至底限），入塔气量15000m³/h，经调节，可用合成自热维持生产，操作正常，不需要开电路维持催化床层温度；高负荷（8机生产，开2台循环机），入塔气量98000m³/h，操作热点温度250～260℃，整个生产平稳。

    （4）取消冷激气管后，催化床层平面温差小于10℃。

    由于林达均温型甲醇塔的显著优势，因此如山东海化、湖北当阳等厂都选用了林达φ1200mm中压均温型塔。

    前置式副产蒸汽甲醇塔是我们在1994年开发的一项节能冷管型甲醇塔专利技术，已先后成功应用于广氮高压单醇和湘氮中压联醇，由于副产蒸汽的明显效果，现得到大量推广，并向大型化发展。目前我们已在加工的前置式副产蒸汽均温甲醇塔共有6套，其中4套为年产甲醇50kt的φ1400mm甲醇塔，2套为30kt/a的φ1200mm甲醇塔，另还将有一套年产70kt的副产蒸汽高压单醇塔。

    1994年12月φ1000mm高压单醇塔（内装催化剂6m³）在广州氮肥厂首次投运成功。在20MPa、入塔气量为65000m³/h、进塔CO  7.3%的条件下，出塔气中CO  1.0％，日产甲醇145t，每吨甲醇副产0.6MPa蒸汽0.6t，进水冷气温80℃，降低水冷负荷，经济效益明显。

    2001年1月湖南湘江氮肥厂φ1000mm中压联醇塔使用林达前置式副产蒸汽甲醇塔，内装催化剂6.4m³，合成压力在11MPa、8机气量、进塔气中CO  4％的工况下，CO转化率>80%，日产超过80t，每吨甲醇副产蒸汽0.5t。

    本技术的优势有以下两方面。

    （1）前置式塔进锅炉回收出甲醇合成催化剂筐热气的热量，温度为250℃左右，而中置式回收气体的温度只有100多度，温度低，故前置式产蒸汽的品位和产量比后者多，前置式副产蒸汽甲醇合成塔增加了一台废锅，但降低了水冷器负荷和面积，节约了冷却水量，因此是一个经济效益明显、受用户欢迎的新技术。

    （2）中置式副产蒸汽需把换热器分为前后两个，中间插上废锅，结构复杂，而前置式只有一个进、出塔气换热器，或设在塔外，或设在塔内，结构简单。

    目前已有浙江江山、山西临猗二分厂、浙江绍兴、浙江宁波等厂采用这一技术。

    浙江江山化工公司等高压甲醇甲烷化技术特点

    （1）氨厂脱碳气压缩到氨合成压力，甲醇合成甲烷化和氨合成在同一压力等级下进行；

    （2）甲醇合成和甲烷化不开循环机，原料气一次通过；

    （3）甲醇合成不开电炉，自热运行，CO转化率高达99％，大幅度降低了甲烷化消耗原料气量；

    （4）甲烷化净化气中CO+CO₂低达1×10^-6，为现代氨厂规定指标的1/10，原料气净化度提高，可延长氨催化剂寿命；

    （5）通过将甲醇压力提高到氨合成压力，提高了甲醇合成CO转化率，同时达到提高甲醇产量和降低进甲烷化塔CO+CO₂含量的目的。

    山西丰喜集团临猗分公司二分厂等高压甲醇甲烷化技术特点

    该厂总氨能力为80?kt，合同要求原料气处理能力达到30000m³/h，进系统CO  3%～3.5％、CO₂  0.5%～0.6％，出系统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，分离系统为φ600mm。该项目经4个月就建成，于2003年1月成功投运。在只开一套甲醇塔和甲烷化塔，原料气量28000m³/h，CO  3.0%～3.5％，CO₂ 0.6％，合成压力28MPa，甲醇和甲烷化催化剂温度230℃的工况下，出甲醇塔CO  0.1％、CO₂  0.2％、CO转化率97％，出甲烷化塔CO<10×10^-6，CO₂≤5×10^-6，班产氨70t、甲醇9t。在运行中甲醇塔不开电炉、甲烷化只有70kW，吨氨不到10kW·h。

    林达等高压甲醇甲烷化技术优势

    （1）投资低。临猗二分厂年产80kt总氨等高压甲醇甲烷化投资600万元，配2套φ800mm甲醇合成，实际使用表明，一套φ800mm够用，可省100多万。

    （2）CO转化率高，甲醇产量高，甲烷化进口CO、CO₂低，原料气消耗很少。江山和临猗的CO转化率均达95％以上，江山甲醇塔出口CO+CO₂<100×10^-6，临猗CO也只有0.1％，因而既提高甲醇产量，又降低甲烷化中H₂O、CO的消耗和CH₄的生成量。

    （3）电耗省。实际运行表明，合成氨厂采用等高压甲醇甲烷化比采用中压省电，这是因为合成甲醇压力的提高，使CO转化率提高，合成甲醇的循环机电耗和合成甲醇中电炉电耗减少。

    （4）不影响现有压缩机的使用性能，对要提高醇氨比的厂若要采用中压甲醇甲烷化，则进高压段原料气已消耗很大部分，原设计压缩机气缸容积不匹配，影响使用效果，而等高压法原料气压缩到末段出口，不管醇氨比多高都不存在这一问题。

    （5）对具有二套合成氨系统的厂可以利用氨合成系统高压设备生产甲醇。

    林达低压均温型甲醇合成塔已有五套成功投运，其中哈尔滨气化厂2台φ2000mm甲醇塔，分别超过年产60kt（改造）和80kt（新建），河南中原气化厂φ2000mm低压甲醇塔日产240t超过合同要求设计能力，江苏武进和山东垦利林达低压均温塔也都开得很好，这5套低压甲醇装置有以煤制水煤气，有天然气制气，也有煤气联产甲醇，不同原料气成分均已成功投运。另有年产100kt、200kt等5套低压甲醇塔在加工。

4.1  项目实施

    第一台JWφ2000mm低压均温型甲醇塔于2000年5月在全国最大的煤化工企业哈尔滨气化厂投运至今，连续高产运行，月产甲醇5600t以上，年产甲醇超过60kt的设计能力。2001年9月第二台JWφ2000-2成功投产，直径2m甲醇合成塔超过80kt/a，两台总年产150kt，哈气化成为我国四大甲醇生产厂之一。

4.2  产品特点

    （1）采用我国低压甲醇塔技术，成功改造国外进口甲醇塔；

    （2）催化床层平均同平面温差5℃、轴向温差10℃左右，大大低于国外等温甲醇塔（30℃）；

    （3）用原年产40kt合成装置的动力和静止设备，在不增加原料气量和入塔气量条件下，增加产量50%，吨醇成本降低253元；

    （4）催化剂装填系数达70%，φ2m塔年产量高达80kt；

    （5）结构简单可靠，操作稳定，性能优良，深受用户欢迎。

    首台JW2000应用效果

    在原料气量约25000m³/h，入塔气量150000m³/h，进塔气中CO  4%～6.5%，CO₂  0.5%～2%，CH₄  35%～40%，入塔气压力4.8MPa，催化层温度235℃工况下，达到日产粗醇200t，月产精甲醇5600t以上，比改造前提高产量50%，实际年生产能力超过60kt，比合同所定改造要求超出10kt。

    第二台JW2000-2应用效果

    设计要求：在原料气量40000m³/h，CO  22%，CH₄  15%工况下，达到年产80kt（班产80t）。

    实际情况：在原料气量36000m³/h，CO  17%～19%，CH₄  15.5%～16.5%工况下，达到班产精甲醇80～82t。

4.3  计算机模拟优化设计

    开发了反应器设计工艺软件——“Reactor Designer”，能够对不同压力等级下使用不同催化剂的均温型联醇塔、单醇塔、佳温型氨合成塔以及ICI冷激塔、Lurgi管壳式塔进行各种操作工况下的模拟计算，并输出详尽的计算报告供设计人员分析调优。若是引入相应的动力学数据和物性数据，该软件可用作其他气固相催化反应器的设计计算。

4.4  低压甲醇合成塔比较

    （1）工艺性能、使用效果

    Lurgi公司称Lurgi管壳式塔为等温型， Lurgi塔反应温差比ICI冷激塔要小得多，故合成效率高，但Lurgi塔原设计催化层即反应管内不设测温点，只是我国有的厂在原管壳式反应管中设了少数几个测温点，Lurgi合成塔进出口设计温度为225/255℃，即温差为30℃，实际情况也如此。

    林达均温塔内设有三组，共21个测温点，平均温差同平面在5℃内，轴向10℃左右，因此比Lurgi管壳式显著降低。温度能影响甲醇合成中CO转化率和空时产率、催化剂生产强度。在同样工艺条件，即合成压力、入塔气空速和气体组成相同条件下，林达均温塔的CO转化率、空时收率，催化剂生产也因此比Lurgi管壳式有所提高。

    （2）结构性能和投资大小

    Lurgi管壳式的催化剂装在反应管内，催化剂装填系数为30%～35％；SPC亦为35％，Linde为45％；均温型催化剂装在管外，催化剂装填系数为70%～75%，比Lurgi高一倍。因此在达到同样能力工况下，林达均温型设备外形尺寸比Lurgi塔小得多，其投资也只需其一半。年产100kt和200kt，管壳塔直径分别需3m和4m，而JW塔只需2m和2.8m，300kt/a装置的管壳式反应器需5.2m，而JW均温塔塔径只需3.4m（一台）。

    （3）结构简单可靠，避免热应力，易大型化

    ICI和JW结构简单可靠，易大型化，JW容积利用率高，外形尺寸为Lurgi的一半，采用多层组装，故易大型化。Lurgi管壳式中管板与反应管固定焊接，为防止因热应力损坏设备，对设备加工、焊接要求都很高，且设备体积大，大型化难度增加。

    （4）使用操作条件的适应性

    Lurgi管壳式、Linde、SPC、MRF等反应器锅炉水进反应器内，要求水质好，否则会影响传热，使合成塔操作恶化；林达均温型废锅在塔外，水质好坏不影响合成塔安全运行。均温型流程的操作与现有中小型合成塔操作相似，即使没有DCS装置也能通过冷副线和锅炉蒸汽压力方便调节温度。林达低压均温甲醇塔副产的蒸汽可供精馏等使用。

    继哈尔滨气化厂之后采用林达低压甲醇合成技术的还有江苏武进、河南中原气化、山东垦利、云南曲靖和河北邯郸、河南骏马等厂。去年林达低压均温型甲醇反应器又被陕西渭河化工集团和内蒙古天野集团两家大型企业选中，用于合成氨厂新建年产200kt甲醇大型装置。林达低压均温甲醇合成技术还将应用在合成氨厂联产50kt燃料甲醇示范装置、单产100kt燃料甲醇、焦炉气为原料年产100kt燃料甲醇和年产600kt大型燃料甲醇示范装置。除已成功投运的塔外副产蒸汽合成塔外，河南骏马等厂塔内副产蒸汽φ2000mm低压甲醇塔也将于今年投运。

    目前在重点发展大型低压甲醇合成技术的同时，在氨合成反应器方面也将发挥潜力和优势。

    2002年湖北当阳化肥厂φ1200mm矮胖型氨塔采用我公司JWφ1200mm氨塔内件，内装催化剂6.3m³，在150000m³/h循环气量工况下，氨净值达14％，日产340t以上，月产量超10kt，比改造前增加能力20kt/a，吨氨节电50kW·h（见《小氮肥设计技术》2003年第1期当阳化肥厂文章）。

    林达公司于2002年完成了适用于非平衡型甲胺催化剂固定床反应器数字模型的开发，为韩国一家化工公司设计了该厂DMF合成用的甲胺合成反应器，目前该技术将用于国内某厂。在同等反应条件下该技术使DMA的催化剂生产强度提高50%以上，吨产品降低能耗20%，同比节约投资40%。林达合成反应器还将用于甲醇脱水制二甲醚和水煤气一步法制二甲醚的合成反应器，该技术也取得了中国专利。我们还完成了适用于大型二甲醚和燃料二甲醚生产固定床反应器的开发设计。