李明明
（中石化南京化工研究院有限公司，江苏 南京210048）
［摘 要］某2×1 000 kt/a甲醇装置于2021年7月投产，其主生产工艺为粉煤加压气化、部分耐硫变换、低温甲醇洗、8.5 MPa Lurgi低压甲醇合成（单系列2台水冷反应器并联流程，水冷反应器管程装填甲醇合成催化剂）等；甲醇合成Ⅰ系列第一炉催化剂采用国外某M型催化剂，甲醇合成Ⅱ系列第一炉催化剂采用中石化南京化工研究院有限公司开发的C307型铜基甲醇合成催化剂，这是C307型铜基甲醇合成催化剂在大型甲醇装置的首次应用。应用情况表明，在甲醇合成催化剂床层热点温度、副产物生成量等方面，C307型催化剂明显优于M型催化剂，且仍具有很大的操作与调节空间，装填C307型催化剂的甲醇合成Ⅱ系列精甲醇产量长期稳定在112 t/h以上，新鲜气单耗维持在2 200 m3/t以下，在较长的运行周期内表现出良好的强度、活性以及稳定性。目前C307型甲醇合成催化剂已在Davy、Lurgi、Casale、Topsoe等甲醇合成系统中成功应用，未来有望在大型甲醇装置中发挥更加重要的作用。
［关键词］大型甲醇装置；Lurgi低压甲醇合成系统；水冷反应器；C307型甲醇合成催化剂；进口M型催化剂；应用情况；对比分析；应用前景分析
［中图分类号］TQ223.12+1；TQ426.8 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）06-0001-04
0 引 言
1997年德国鲁奇（Lurgi）公司率先提出“大甲醇”概念后[1]，戴维（Davy）、Lurgi、托普索（Topsoe）等公司相继开发出大型甲醇装置甲醇合成工艺。其中，Lurgi甲醇合成工艺是一种成熟的工艺技术，广泛应用于全球大型甲醇装置。Lurgi甲醇合成工艺主要采用低压法，通过甲醇合成催化剂的作用将合成气（CO、H2、CO2）转化为甲醇[2]。Lurgi甲醇合成工艺并非必须采用气冷反应器，但通常大型甲醇装置中会使用气冷反应器与水冷反应器串联组合以提高生产效率与热回收率[3-5]。国内大型甲醇装置多采用低压甲醇合成工艺，Lurgi甲醇合成工艺因高效、低能耗、安全性高、长周期稳定运行等特点在市场占有率方面稳居前列，在全球甲醇产业中占据着举足轻重的地位，成为了业界的标杆之一。
某公司2×1 000 kt/a甲醇装置（以100%甲醇计）主生产工艺为6.5 MPa航天炉粉煤加压气化、部分耐硫变换、低温甲醇洗脱硫脱碳、8.5 MPa Lurgi低压甲醇合成、三塔甲醇精馏，产出的精甲醇用作1 200 kt/a醋酸装置的生产原料；本甲醇装置于2021年7月投产，甲醇合成Ⅰ系列第一炉甲醇合成催化剂采用国外某M型催化剂（大型Lurgi甲醇合成系统首炉催化剂曾因技术专利壁垒、技术适配性要求等，与进口甲醇合成催化剂“捆绑”）；鉴于中石化南京化工研究院有限公司（简称南化院）开发的C307型催化剂此前已在国内Lurgi甲醇合成系统中得到应用，其性能与Lurgi甲醇合成工艺深度适配，技术上突破了进口催化剂的垄断壁垒，且兼具国产化带来的综合优势，该公司甲醇合成Ⅱ系列第一炉甲醇合成催化剂采用了C307型铜基甲醇合成催化剂，由此，C307型铜基甲醇合成催化剂在大型甲醇装置首次得到应用。应用情况表明，系统各项工艺指标较优，符合该甲醇装置工艺技术要求与甲醇合成催化剂性能保证指标要求，精甲醇产量长期稳定在112 t/h以上，新鲜气单耗（生产吨精甲醇新鲜气耗量）维持在2 200 m3/t（标态，下同）以下，在较长的运行周期内，C307型催化剂表现出良好的强度、活性以及稳定性，能满足大型甲醇装置生产需求，促进系统长周期优质运行等。以下对有关情况作一介绍。
1 Lurgi甲醇合成工艺及其特点简介
Lurgi甲醇合成工艺以其卓越的安全性能、显著的经济效益以及长期稳定的运行能力，在业内脱颖而出。具体而言，设计上充分考虑了安全性，确保操作过程中风险得到有效控制，保障了生产环境与人员安全；系统高效的转化率和优化的工艺流程，实现了良好的经济效益，提升了投资回报率；长期稳定的运行特点减少了意外停车时间，降低了维护成本，是一种高效、低能耗的甲醇合成技术，广泛应用于大型甲醇装置[6]。大型Lurgi甲醇合成系统多采用反应器串联流程，即气冷反应器与水冷反应器串联（并非必须采用气冷反应器），可提高生产效率和热回收率，使得CO单程转化率高，反应速率较快，不仅节省了合成气压缩机的功耗，而且降低了循环气量[2]。Lurgi甲醇合成工艺中水冷反应器近等温设计，床层传热速率极快，80%的甲醇合成反应热被利用直接转化为蒸汽。Lurgi甲醇合成工艺中气冷反应器允许在较低的压力下操作，这有助于降低设备投资成本与操作的复杂性，且气冷反应器有出色的适应性，能够灵活应对宽广的温度变化区间以及多样化的催化剂活性需求，不仅可为优化反应条件提供广阔的空间，还成为提升甲醇产率的关键因素，以确保生产过程的高效与优质[7]；此外，气冷反应器的结构设计也考虑了催化剂更换和维护的便利性，这对于系统长周期稳定运行是非常重要的。
Lurgi甲醇合成工艺主要特点如下：① 管壳式反应器设计，可有效地将反应热传递给沸腾水，不仅控制了反应温度，还副产了中压蒸汽，实现了能量的有效回收；② 其设计与实施过程中采取了多种环保措施，如废水处理、废气净化和固废处理，减轻了对环境的影响；③ 甲醇合成催化剂的选择与优化对整个系统的效率和经济性有着重要影响[8-11]，铜基催化剂作为Lurgi甲醇合成工艺的核心，能够在较低的温度下提供高活性，从而降低能耗并提高甲醇的产率；④ Lurgi甲醇合成系统开车操作简便，通过蒸汽直接加热甲醇合成塔催化剂床层即可，无需设置强制循环水泵，节省了资源，提高了安全系数。
2 C307型催化剂在大型甲醇装置中的应用
2.1 C307型催化剂的性能特点
C307型铜基甲醇合成催化剂具有活性高、选择性好、稳定性强等特点，其机械强度（径向抗压碎力≥205 N/cm）显著优于同品类产品，还原收缩率稳定在3%（体积分数）以下；粗甲醇中杂质含量较同类产品低30%以上，其操作弹性覆盖190～300 ℃温度范围及3.0～15.0 MPa压力区间，适配煤、天然气、焦炉气等多种原料路线（制甲醇装置）。本1 000 kt/a甲醇合成系统Ⅱ系列采用C307型铜基甲醇合成催化剂，通过国产化产品替代进口产品，其采购成本降低了近36%。此外，进口催化剂受国际物流、清关手续及生产排期等因素影响，供货周期普遍长达4～8个月，而C307型催化剂依托国内完善的供应链，可将供货周期压缩至2～4个月。
2.2 1 000 kt/a甲醇合成系统工艺流程简述
更多内容详见《中氮肥》2025年第6期