马辉，崔玉彪，龚普勤
（江西心连心化学工业有限公司，江西 彭泽332700）
［摘 要］江西心连心化学工业有限公司600 kt/a甲醇合成系统在工艺技术的选择时，基于投资成本控制方面的要求，未考虑国外甲醇合成技术，主要在备选方案之华东理工大学的5.0 MPa级双塔绝热—管壳式甲醇合成塔技术和南京聚拓化工科技有限公司的5.0 MPa级单塔束管水床式甲醇合成塔技术之间进行抉择，经综合分析与论证，最终选择了5.0 MPa级单塔束管水床式甲醇合成塔技术。江西心连心甲醇装置于2021年2月8日投运，整体运行稳定，甲醇合成系统主要工艺运行指标基本上接近设计值，该技术在甲醇合成塔阻力及结构合理性、催化剂装卸及装填量等方面优势明显；由于是首次在大型甲醇装置中应用，目前存在的主要问题有副产蒸汽压力偏低、冷副线无法有效调节床层温度、粗甲醇中乙醇含量高，提出了设计优化方向，以助力国产化大型甲醇（装置）合成技术的推广应用。
［关键词］甲醇合成系统；工艺技术选择；绝热—管壳式甲醇合成塔；束管水床式甲醇合成塔；工艺流程；运行情况；问题分析
［中图分类号］TQ223.12+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）05-0051-03
0 引 言
江西心连心化学工业有限公司（简称江西心连心）是河南心连心化学工业集团股份有限公司（简称心连心集团）全资子公司，成立于2016年，位于江西省九江市彭泽县矶山工业园区内，一期“60·52·40”项目于2021年2月8日建成投产，设计产能为600 kt/a合成氨、520 kt/a尿素、400 kt/a二甲醚，并配套600 kt/a甲醇装置为400 kt/a二甲醚装置提供生产原料。江西心连心“60·52·40”项目醇氨产能为1 200 kt/a，气化系统配置3台多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉（两开一备，单台气化炉设计投煤量3 000 t/d，设计操作压力6.5 MPa），气化炉出口粗煤气进入变换系统一分为二（据产品生产所需原料气成分的不同，设置不同的生产线），一条线进入甲醇生产线（CO部分变换线），一条线进入合成氨生产线（CO全变换线）；在甲醇生产线，一部分粗煤气进入变换炉，一部分粗煤气不经变换炉，两股气体汇合出变换界区进入甲醇生产线低温甲醇洗系统，为甲醇合成系统制取合格的原料气；甲醇合成系统制得的粗甲醇，经五塔双效+三效精馏系统制得精甲醇送400 kt/a二甲醚装置作为生产原料。以下主要就600 kt/a甲醇合成系统的工艺设计及运行情况进行分析与总结。
1 甲醇合成工艺技术的选择
1.1 工艺技术方向的确定
甲醇合成工艺技术与氨合成工艺技术类似，不同技术供应商之甲醇合成回路整体工艺设计差别很小，其技术核心及区别主要在于甲醇合成反应器（甲醇合成塔）的设计，甲醇合成塔的效能直接影响着整个合成回路运行的经济性。目前，国外已经工业化的大型甲醇（装置）合成技术主要有鲁奇列管式等温甲醇合成塔技术、庄信万丰戴维径向甲醇合成塔技术、托普索绝热型管壳式甲醇合成塔技术、卡萨利板式换热甲醇合成塔技术、林德螺旋管式甲醇合成塔技术、日本东洋MRF甲醇合成塔技术等［1］。国内甲醇合成技术推广应用较多的有：南京聚拓化工科技有限公司（简称南京聚拓）束管水床式甲醇合成塔，其是在戴维径向甲醇合成塔基础上开发而来；华东理工大学绝热—管壳式甲醇合成塔，其是在鲁奇列管式甲醇合成塔基础上开发而来；南京国昌化工科技有限公司GC型甲醇合成塔，其是在卡萨利板式换热甲醇合成塔基础上开发而来；湖南安淳高新技术有限公司JJD水管式等温低压甲醇合成塔，其是在日本MRF型双套管式水床甲醇合成塔基础上开发而来。
项目建设之初，单套系统甲醇产能在600 kt/a及以上的甲醇合成技术主要被国外垄断，且国外供应商更青睐于产能1 000 kt/a及以上的大型甲醇装置，像采用鲁奇甲醇合成技术、戴维甲醇合成技术的单套系统甲醇合成塔产能均已能轻松达到900 kt/a［2］。江西心连心在进行甲醇合成工艺技术的选择时，基于投资成本控制方面的要求，未考虑国外甲醇合成技术，主要在国内甲醇合成技术中进行考察。当时国内大型甲醇（装置）合成技术应用业绩较多的是华东理工大学的绝热—管壳式甲醇合成塔，其优点是，管内装催化剂、管外走水，相当于整个甲醇合成反应“泡”在水中，床层温度分布均匀，且甲醇合成反应副产物少、甲醇合成催化剂使用寿命长；其缺点是，反应过程为轴向流，催化剂床层阻力大，甲醇合成塔上/下管板（大型化）制造、加工、运输困难。通过对外技术交流考察和对内技术论证分析，认为南京聚拓的束管水床式甲醇合成塔在催化剂装填、塔压差、结构设计、操作运行、大型化设计等方面更具优势，故将其与华东理工大学的绝热—管壳式甲醇合成塔技术作为江西心连心甲醇装置甲醇合成工艺技术备选方案。
1.2 工艺技术方案的对比
若采用绝热—管壳式甲醇合成塔，可供选择的为8.0 MPa级单塔或5.0 MPa级双塔甲醇合成技术方案。鉴于甲醇合成系统设计压力为8.0 MPa时甲醇合成塔直径为DN4200，受项目所在地运输条件限制，经论证分析放弃了8.0 MPa级单塔绝热—管壳式甲醇合成技术。
若采用束管水床式甲醇合成塔，甲醇合成系统（单塔）设计压力采用5.0 MPa或8.0 MPa均可，两种压力等级的投资整体上差别不大，通过模拟计算，其运行参数的对比见表1（注：上游系统气化炉设计操作压力为6.5 MPa，8.0 MPa甲醇合成系统属加压合成，合成气压缩机分为新鲜气压缩段与循环气压缩段；5.0 MPa甲醇合成系统属等压合成，合成气压缩机只有循环气压缩段）。据模拟数据进行简单估算，以电价0.62元/(kW·h)、循环水运行费用0.25元/m3、年运行时间7 200 h计，5.0 MPa甲醇合成系统在长周期运行成本方面更具优势。
综上，当时甲醇合成工艺技术方案主要在5.0 MPa级双塔绝热—管壳式甲醇合成塔技术与5.0 MPa级单塔束管水床式甲醇合成塔技术之间抉择，两者投资及运行成本大体相当，技术上各有千秋，前者应用业绩多、技术成熟［2］，后者甲醇合成塔结构设计更合理、适宜于大型化。经多次论证，基于束管水床式甲醇合成塔床层阻力小、催化剂装填量大和装卸方便、合成塔可靠性高、单塔系统各方面更简易等优势，最终决定选择5.0 MPa级单塔束管水床式甲醇合成塔技术。
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