管壳外冷-绝热复合型气固相催化反应器工程应用

摘要

甲醇是重要的有机化工原料、碳一化工的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。随着石油资源日益短缺，我国已从石油输出国变成进口油国，我国的能源结构调整更显迫切。我国煤炭资源丰富，迅速发展新一代煤化工，发展煤基合成气制燃料甲醇，作为车用燃料，符合国家能源战略。 甲醇合成反应器可分为：外冷冷管连续换热副产蒸汽甲醇合成反应器、内冷冷管连续换热甲醇合成反应器、多段段间换热型甲醇合成反应器，这几种反应器类型均工业化运行。 管壳外冷-绝热复合型气固相催化反应器是华东理工大学通过国家“九五”攻关部署、立足国内开发的新型低压合成反应器。华东理工大学建立了管壳外冷－绝热复合型低压甲醇合成反应器的二维数学模型，该模型描述触媒层轴向、径向温度和浓度分布，开发了使用正交配置法求解的设计软件，该软件可以用于新反应器设计，也可用于正在使用的反应器的工艺模拟和生产剖析。该反应器的上管板焊接于反应器上部，将反应器分为两个部分：上管板上面填装一定量触媒，为绝热反应段；上、下管板用装满触媒的列管相连接，为管壳外冷反应段。绝热反应段的触媒用量为触媒总量的10﹪~30﹪。该反应器的特点：（1）能量利用合理；（2）操作控制方便；（3）触媒装卸方便；（4）单程转化率高；（5）触媒选择性好；（6）适合于大型化；（7）消除壁效应；（8）反应器阻力小；（9）长运转周期。目前，使用该塔型的单系列10~20 万吨/年的甲醇合成塔已成功投产10 年，单系列25~30 万吨/年的甲醇合成塔正在制造中，即将投产，单系列50 万吨/年的甲醇合成塔正在设计中。 管壳外冷-绝热复合型气固相催化反应器在兖矿鲁南化肥厂得到成功应用，设计生产能力10 万吨精甲醇/年，该厂在低压甲醇装置上创出了国内各甲醇生产系统的四项先进指标：生产强度高，达到1.381 万吨精甲醇/m3 催化剂；单炉产量高，在同类型10 万吨/年甲醇装置中，单炉产量达到29.752 万吨；使用寿命高，满负荷生产使用寿命达三年以上；耗催化剂0.1077 公斤/（吨精甲醇），创造了全国领先水平，同时也为企业创造了显著的经济效益。这对国内目前正在进行的甲醇生产的技术改造及新建装置提供了非常先进的基础依据，具有良好的推广前景。兖矿集团鲁南化肥厂对该类型甲醇合成塔的装填、还原、优化操作、控制等操作措施在使用该类型合成塔的甲醇装置上也具有推广应用价值。