双鸭山龙煤天泰煤化工有限公司 黑龙江省双鸭山市 155113
摘要：通过对多种甲醇合成塔技术的性能、选材、设计结构、运行维护等方面的综合比较，分析了各种甲醇合成塔技术的优缺点，这无疑对甲醇合成塔工艺选择的合理性和科学性具有较强的指导意义和参考意义。
关键词：甲醇合成塔；煤化工项目
作为甲醇合成的核心设备，甲醇合成塔本身的性能不仅直接影响甲醇合成的效率和能耗，而且影响项目投资和甲醇合成装置能否长期稳定运行。目前，鲁奇、戴维以及托普索是市场上应用最广泛的三种甲醇合成塔技术，受到煤化工企业的广泛好评。大量的应用实践表明，这三项技术能够保证下游甲醇装置的原料供应。本文将对三者的结构设计、安装和维护进行比较分析，掌握三者的优缺点，为甲醇合成塔技术的合理选择提供支持
一、戴维甲醇合成塔的技术与应用
戴维甲醇合成系统采用串并联流程键入。新鲜合成气经增压脱硫后与第二甲醇分离器分离出的循环气混合，预热后进入第一甲醇合成塔。在催化剂的作用下，进行了甲醇合成反应。反应热被换热管中的水吸收，副产物为1.8-2.3mpa饱和蒸汽。离开第一甲醇合成塔的反应气经第一塔预热器预热后冷却进入第一甲醇分离器分离。分离后的循环气与部分新鲜合成气混合后进入循环气压缩机增压，经第二塔预热器预热后进入第二甲醇合成塔。反应气还产生1.8-2.3mpa的饱和蒸汽。离开第二甲醇合成塔的反应气经第二塔预热器预热后进入塔内，冷却后进入第二甲醇分离器分离。分离出的循环气大部分与新鲜合成气混合进入第一合成回路，同时释放出部分放空气。
戴维甲醇合成塔的主体结构为径向结构，由于反应热通过换热管内的冷却水去除，催化剂在管外装填，因此与其他两种工艺相比，戴维甲醇合成塔不仅装填系数较高，但同时也具有甲醇合成和保温的最高温度曲线，因此，催化剂对甲醇生产从初期到末期不会产生太大的影响，从而保证甲醇生产的稳定。不仅如此，由于径向塔的设置，床层在正常运行时不会产生较大阻力，其压力通常小于0.05Mpa，在很大程度上保证了运行的稳定性。至于甲醇合成塔所用的材料，由于其外壳主要由铬钼钢制成，与其他技术相比，大卫甲醇合成塔的设备制造成本相对较低，但也使塔的内部构件更加复杂，这在一定程度上增加了设备的制造难度。2甲醇合成塔最高温度分别达到303和299℃。由于合成塔温度过高的影响，常发生联锁停车。虽然，为了缓解这种情况，项目组采取了各种措施，如增加甲醇合成塔的换热面积，但热反应没有及时消除，另外由于局部超温导致副反应增加，管道中的蜡沉积变得更加严重。因此，为保持生产过程的稳定，应采取以下措施：一是将合成塔转鼓压力控制在1.6Mpa，降低床层热点温度。二是有效控制原料气进塔问题，降低床温。再次，通过降低氢碳比，适当调整合成气成分，实现热响应的有效控制；最后，锁定温度设定值，将原设计值温度提高到295℃。在实际应用过程中，对神华新疆煤化工新项目合成塔的设计从三个方面进行了改进：增加换热管数量，增加换热面积；使原料气合成塔同时上下取能，均匀进入气体；在合成塔顶部增加排气口。
二、鲁奇甲醇合成塔的技术与应用
鲁奇采用双水冷塔串联甲醇合成工艺连接后与一个风冷塔串联，使用专利权人指定的催化剂。由于水冷塔出口温度高（260摄氏度），可以快速进行甲醇合成，换热管外的沸水可以快速除去反应热，有利于甲醇合成。其余的甲醇转化在气冷塔中进行。因此，空冷塔和水冷塔的配置大大提高了反应的单程转化率，降低了循环比，节约了循环气压缩机的功率。
鲁奇甲醇合成反应接近等温曲线，床温变化小，操作方便，副反应少，结蜡现象少，催化剂从初期到后期甲醇生产基本稳定。由于水冷塔运行温度高，副产蒸汽压力高于大卫法，有利于蒸汽的利用。水冷塔为管壳式反应器结构。催化剂安装在换热管中。床层阻力大，正常运行时压降约0.3MPa。以年产180万T/A煤制甲醇生产规模为例，设置2座直径约4.1m的水冷塔和1座直径约4.3m的风冷塔，适用于单系列生产能力较大的大型甲醇合成装置。由于水冷反应器中的催化剂安装在管内，空冷反应器中的催化剂安装在壳侧，便于催化剂的装卸。根据宁夏某煤化工项目甲醇装置的运行情况，气冷反应器甲醇实际转化率不理想，需要进一步提高。由于空冷塔结构复杂，壳体为铬钼钢，内部为不锈钢；水冷合成塔壳体为铬钼钢，换热管为双向钢，管板为铬钼钢+堆焊双向钢，且管板厚，加工难度大，设备成本高。专利权人已授权国内多家设备制造商，合成塔已在中国制造。到目前为止，鲁奇60万T/a及以上甲醇合成技术在国内的应用性能不如大卫。
与戴维甲醇合成塔相比，鲁奇甲醇合成塔副反应少，结蜡少，同时也能保证催化剂自始至终甲醇生产的稳定性。但由于水冷操作温度较高，副产蒸汽压力高于大卫。不仅如此，由于鲁奇甲醇合成水冷却塔主要为壳式反应器结构，正常运行时，催化剂在换热管中遇到的床层阻力通常较大。从实际应用来看，两座直径约4.1m的水冷塔和一座直径约4.3m的风冷塔，年甲醇生产规模可达到180t，鲁奇甲醇合成塔虽有其独特的优点，但缺点也十分明显。如鲁奇甲醇合成塔主要由铬钼钢制成。由于空冷塔结构设计复杂，虽然采用不锈钢作为内材料，但空冷反应器中甲醇的实际转化效率并不理想。此外，虽然采用铬钼钢作为管板材料，成本较低，但为了增加管板厚度，又采用了双向钢，大大增加了设备成本，同时由于管板厚度的增加，加工难度也相应增加。因此，与戴维相比，该合成塔在60万T及以上甲醇合成中的应用相对较少。
三、托普索甲醇合成塔与应用
以年产180万T/a煤制甲醇生产规模为例，托普索采用三个平行甲醇合成塔工艺，催化剂由专利权人指定。由于甲醇合成塔出口温度高（261摄氏度），在专用催化剂的作用下，可以快速进行甲醇合成反应。根据陕西神华某煤化工项目的实际运行情况，该装置甲醇反应器出口甲醇体积分数为17.14%，高于14.63%的设计值，循环比为1.8-1.9，满足1.77-2.26的要求，甲醇单程转化率高，循环比低，节省了循环气压缩机的功率。在合成塔上部管板上设置绝热催化剂床，以减小合成塔的尺寸，催化剂内填充换热管，有效利用换热管的长度。topsix的甲醇合成反应接近等温线，床温变化小，操作简单，副反应少，结蜡少，催化剂从初期到后期甲醇生产基本稳定。由于甲醇合成塔操作温度高，副产蒸汽压力高于David工艺，有利于蒸汽的利用。甲醇合成塔的结构与鲁奇水冷塔相似。采用管壳式反应器结构，采用应力分析法进行设计。设备的重量减轻了。催化剂安装在换热管中。床层阻力大，正常运行时压降约0.3mpa。甲醇合成塔壳体材料为碳钢，管侧材料为铬钼钢，换热管材料为双向钢，管板材料为铬钼钢+堆焊双向钢，管板加工难度大，设备成本高。专利权人已授权国内多家设备制造商，合成塔已在中国制造。目前，国内60万T/A及以上煤制甲醇技术的应用性能还不是很好。
结语
甲醇合成塔工艺具有不同的特点和优势。当然，它们的缺陷也非常明显，所以在实际应用中，必须将相关业务结合起来甲醇合成应合理选择装置规模、建设地点和运输条件技术上，在降低设备成本的同时力求更高的经济效益。
参考文献
[1]尹贻彪.大型甲醇合成塔在煤化工项目中的应用[J].科技经济导刊, 2019,27(24):68.
[2]宋全祝.大型甲醇合成塔在煤化工项目中的应用[J].现代化工,2016, 36(05):133-137.