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均溫型軸徑向甲醇合成塔內(nèi)件最新進展
曾建洪，范傳馨，繆濃清，柴利芬，張 謹
衢州新前程塔器技術(shù)有限公司
一、 前言
我公司設計制造的均溫型甲醇合成塔內(nèi)件是甲醇合成的關鍵設備，該產(chǎn)品技術(shù)性能優(yōu)良，全床層溫差在5~15℃以內(nèi)，比德國魯奇等溫型合成塔（溫差＜30℃）的要求更先進，CO轉(zhuǎn)化率高，操作方便，運行平穩(wěn)，能有效延長催化劑壽命，具有顯著的經(jīng)濟效益，被列為省級新產(chǎn)品計劃，通過了省級新產(chǎn)品鑒定，被全國合成氨設計技術(shù)中心站列入重點推行項目之一。
隨著改革開放的不斷深入，國家推行節(jié)約能源，擴充新能源, 降低消耗，增加產(chǎn)能的一系列戰(zhàn)略決策，對甲醇化工設備要求越來越高，塔徑也越來越大，原塔也暴露出許多不足之處：1、在塔徑不變的情況下，為了增加產(chǎn)能，塔自身高度加長，全軸向床層阻力增大，無法適應生產(chǎn)需要；2、Φ800塔以上（含Φ800）易造成氣體偏流，平面溫差加大；3、塔內(nèi)螺旋板換熱器阻力大，易壓扁，操作困難；4、設備局部結(jié)構(gòu)不合理，觸媒筐冷膽和換熱器不匹配等。為了攻克難關，公司經(jīng)過不斷努力，加快研發(fā)進展，有針對性地在工藝技術(shù)上取得了突破性的進展。
二、 主要創(chuàng)新突破點
1、全軸向改為軸徑向結(jié)構(gòu)
在塔徑不變的情況下，為了增加產(chǎn)能，塔自身高度加長，勢必造成床層加高，阻力增大，難以適應生產(chǎn)需要，市場競爭力下滑。經(jīng)過不斷的摸索，借鑒國內(nèi)同行的經(jīng)驗，床層上部設置軸向，下部設置徑向。依據(jù)甲醇的反應機理，確保反應完全的情況下，徑向段結(jié)構(gòu)在原魚鱗筒式徑向流分布器的基礎上作了很大改進，使徑向分布器從切線方向進出觸媒層，最大限度減少觸媒死角，氣流分布通過不等孔徑和孔數(shù)，以及魚鱗板的再分布特性加以設定，因此使徑向氣流分布比較均勻，增加反應氣體與觸媒接觸面積，減緩氣體流速，增加觸媒接觸時間，提高了出口甲醇濃度，大大降低全塔阻力，同時多充填觸媒，使出口CO含量更低，底部溫度微升，反應更徹底，減少床層溫差。軸向段與徑向段的氣流采用自然過渡，整塔觸媒一次性裝填倒卸，便利安裝，升溫還原徹底，觸媒利用率更高。
2、Φ800（含Φ800）以上塔內(nèi)部增設氣體分布器，Φ800（含Φ800）以上塔由于內(nèi)件本身的結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)場安裝和裝填觸媒等原因，或多或少會引起氣體偏流，造成平面溫差（徑向）加大，不利于升溫還原和正常生產(chǎn)�；谏鲜鲈颍夜旧a(chǎn)的內(nèi)件在冷膽上部專門設計一個氣體分布器，使氣體得到重新均勻分流，氣體進冷管更均勻，從而確保反應氣體分布的均勻程度和在觸媒筐中均衡分布，避免了氣體偏流，做到同平面溫差≤5℃。從已使用情況看，效果明顯，得到使用廠家的一致好評。
3、螺旋板結(jié)構(gòu)采用自行設計的多通道、高強度、低阻力、不等厚度板的高效螺旋板換熱器
目前，底部換熱器基本上采用列管式換熱器和螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)。列管式換熱器占據(jù)有效空間大，一旦結(jié)蠟易造成堵塞難以流通，久而久之影響正常生產(chǎn)。而我公司自行設計研發(fā)的螺旋板換熱器，將原有的單一通道變?yōu)槎嗤ǖ溃s短了氣流在螺旋板的距離，氣流沿圓周多方向進入，反應效果好，阻力大幅度減少。依據(jù)螺旋板的受力情況采用了不等厚度的板，增加了螺旋板的強度，定距釘由原來的線接觸改為面接觸，確保了通道的高度，氣體分布均勻，不易壓扁。因螺旋板換熱效果優(yōu)于列管式換熱器，占用空間小，內(nèi)件床層有效面積增大，為增加產(chǎn)能創(chuàng)造了條件。
4、為了提高系統(tǒng)產(chǎn)能，自行研發(fā)設計了“一種生產(chǎn)粗醇的合成裝置及其工藝”的特有技術(shù)。
由于熱平衡受底部換熱器的影響和牽制較大，因此生產(chǎn)強度較低，再則由于換熱器安置在塔內(nèi)，生產(chǎn)中缺乏溫度調(diào)節(jié)手段，不利于提高生產(chǎn)強度和生產(chǎn)操作。本技術(shù)在相同裝置和條件下，由于將內(nèi)置換熱器移至塔外后，裝置的生產(chǎn)能力提高了50%以上，解決原工藝不能副產(chǎn)蒸汽的問題。經(jīng)測算，每噸產(chǎn)品能副產(chǎn)低壓蒸汽0.6噸以上，經(jīng)濟效益明顯。另外，利用本裝置還可以降低冷卻器的制造成本，以及可在塔外換熱器上設置調(diào)溫副線，生產(chǎn)操作方便，控制溫度容易。
三、 典型使用廠家
河南輝煌集團： 原先使用的Φ1200甲醇塔操作難度大，易超溫，氣體平面溫差大，產(chǎn)能小。經(jīng)多方考察，使用我公司生產(chǎn)的Φ1200軸徑向甲醇合成塔內(nèi)件，在其它裝置不變的條件僅換臺內(nèi)件，阻力由原先1.2MPa現(xiàn)降至0.8MPa。在氣量及氣質(zhì)條件不變的情況下，每天產(chǎn)能增加了20噸左右。操作方便，平面溫差僅在3℃以內(nèi)。
河北天成化工股份有限公司昌黎分公司： 于2008年5月經(jīng)多方比較使用我公司Φ1000 均溫型軸徑向甲醇合成塔內(nèi)件。經(jīng)使用，軸徑向溫差小，整塔阻力低，生產(chǎn)能力強度增加，操作彈性大，被認為是比較理想的甲醇合成塔內(nèi)件。
陜西寶雞化肥廠： Φ1400甲醇塔已開車并一次成功，從升溫還原到生產(chǎn)都達到設計要求。平面溫差小于3℃，軸向溫差小于10℃，進口CO 4.2%，出口低于0.5%以下。全塔阻力在0.6MPa以下。
四、 結(jié)束語
我公司經(jīng)過幾年的不斷努力，生產(chǎn)的均溫型甲醇合成塔榮獲國家科技進步三等獎，原化工部科技進步二等獎，國家級新產(chǎn)品，原化工部科技進步獎勵委員會重點推薦產(chǎn)品，其間，已獲得國家發(fā)明專利9項，成為浙江省高新技術(shù)企業(yè)。通過了ISO09001質(zhì)量體系認證，省級研發(fā)中心等稱號。擁有全國500多臺套的設計與制造業(yè)績。公司是A1、A2級壓力容器制造單位，具有健全的設備制造質(zhì)量保證體系，有較先進的工裝和檢測設備，擁有一支素質(zhì)好的職工隊伍。
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