從陽煤集團(tuán)深州化工有限公司獲悉:該公司采用南京聚拓化工科技有限公司開發(fā)的、擁有完全自主
知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型徑向束管式水床大型加氫反應(yīng)器,對(duì)一期20萬噸/年乙二醇裝置加氫B系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造,已于今年8月1日成功投入運(yùn)行,至8月7日裝置實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行,各項(xiàng)指標(biāo)滿足工藝設(shè)計(jì)要求。截止到10月23日,該裝置已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定試運(yùn)行兩個(gè)多月。
經(jīng)工業(yè)化運(yùn)行考核,目前以一個(gè)徑向床加氫反應(yīng)器替代原來的2臺(tái)管殼式反應(yīng)器,單塔達(dá)到設(shè)計(jì)的10萬噸草酸二甲酯(DMO)加氫制乙二醇的生產(chǎn)能力,產(chǎn)品全部達(dá)到優(yōu)級(jí)品。塔阻力≤22KPa,還不到原來管殼式反應(yīng)器的二分之一。溫度分布≤3℃。待裝置各方面條件優(yōu)化后,即可能達(dá)到年產(chǎn)乙二醇20萬噸的運(yùn)行能力。
實(shí)施技改 突破瓶頸
陽煤深州化工有限公司董事長柳小豐告訴記者,近年來,我國乙二醇產(chǎn)業(yè)也如同合成氨、甲醇等一樣,同期進(jìn)入了裝置大型化的建設(shè)階段。目前,國內(nèi)煤制乙二醇單套系統(tǒng)產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了30萬噸/年。國外的著名公司如ICI公司旗下的莊信萬豐的Davy公司、Casale公司、Topsoe公司等公司均在搶灘中國市場,幾乎全部的大型煤制甲醇、乙二醇成套技術(shù)均為國外跨國公司所占據(jù)。
中國石化集團(tuán)公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院副總工程師、教授級(jí)高工安福告訴記者,2017年底,全球有效乙二醇產(chǎn)能為3168萬噸/年;產(chǎn)量為2682萬噸/年,消費(fèi)量為2705萬噸/年,仍保持較快增長。到2020年,預(yù)計(jì)產(chǎn)能將達(dá)到4051萬噸,需求約為3027萬噸;到2025年,全球產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá)到4843萬噸,需求將達(dá)3543萬噸左右。
安福說,2017年,我國乙二醇產(chǎn)能達(dá)到881萬噸/年,產(chǎn)量613萬噸,進(jìn)口量875萬噸。煤制乙二醇產(chǎn)能已占國內(nèi)產(chǎn)能37%。預(yù)計(jì)2020年前,國內(nèi)乙二醇新增產(chǎn)能約800萬噸/年,其中一半以上為煤制乙二醇。到2020年產(chǎn)能將達(dá)到1100萬噸/年左右,表觀消費(fèi)量1520萬噸。
預(yù)計(jì)2025年,國內(nèi)乙二醇產(chǎn)能將達(dá)1400萬噸/年,表觀消費(fèi)量1750萬噸。受國際原油價(jià)格上漲因素刺激,我國煤制乙二醇進(jìn)入新一輪建設(shè)高潮,且裝置大型化趨勢明顯。
上?;ぱ芯吭河邢薰靖呒?jí)工程師、全國新型煤氣化技術(shù)發(fā)展委員會(huì)秘書長鄭偉中說,目前,我國煤制乙二醇的核心技術(shù)研發(fā),在工藝設(shè)計(jì)、反應(yīng)器及催化劑等方面都實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化,不存在“卡脖子”問題。但在加氫工段單反應(yīng)器產(chǎn)能大型化方面,仍受反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、直徑、設(shè)備運(yùn)輸、反應(yīng)器阻力等因素的交互影響,限制了催化劑的裝填量,國外現(xiàn)有傳統(tǒng)的管殼式反應(yīng)器單塔產(chǎn)能僅達(dá)到5萬噸/年。
另一方面,國內(nèi)目前建設(shè)的大甲醇裝置(主要是80萬t/a以上規(guī)模)都是引進(jìn)國外技術(shù),催化劑也是打包銷售,大型煤基甲醇裝置匹配的合成氣凈化技術(shù)幾乎被國外所壟斷。煤制乙二醇雖然國內(nèi)成套技術(shù)供應(yīng)商與國外成套技術(shù)供應(yīng)商形成分庭抗?fàn)幹畡?,?0萬t/a項(xiàng)目國外占比較大且工藝包、核心設(shè)備、催化劑也是打包銷售。國內(nèi)外技術(shù)供應(yīng)商也都意識(shí)到要提高競爭力,必須實(shí)現(xiàn)和突破反應(yīng)器等核心設(shè)備的大型化。如今,僅有南京聚拓科技公司在煤制乙二醇、甲醇反應(yīng)器大型化研發(fā)、制造與工業(yè)化應(yīng)用方面取得了業(yè)績。
柳小豐說,公司一期20萬噸/年乙二醇裝置的加氫B系統(tǒng)DMO加氫工段原為A/B兩個(gè)系列,每個(gè)系列各有2臺(tái)反應(yīng)器,總計(jì)A、B、C、D四臺(tái)管殼式加氫反應(yīng)器。因管殼式反應(yīng)器采取軸向流,阻力較大,單塔前期正常生產(chǎn)阻力為45~55KPa,催化劑使用末期阻力最大曾達(dá)到100kPa,造成系統(tǒng)阻力超過設(shè)計(jì),影響了裝置的安全長周期滿負(fù)荷運(yùn)行。
本次技改是在原來工藝不變的條件下,采用南京聚拓研發(fā)的新型徑向束管式水床加氫反應(yīng)器,只對(duì)B系統(tǒng)兩臺(tái)管殼式反應(yīng)器進(jìn)行置換,并對(duì)部分管線適配調(diào)整,改造后的徑向反應(yīng)器利用原反應(yīng)器的氣泡,反應(yīng)器飽和水自然循環(huán)。
柳小豐說,此技改項(xiàng)目的成功投運(yùn),標(biāo)志著長期困擾我國煤制乙二醇單反應(yīng)器大型化的“腸梗阻”被徹底打通,從而為煤制乙二醇、甲醇等煤化工實(shí)現(xiàn)單系列、單反應(yīng)器的大型化和裝置的大型化奠定了基礎(chǔ)。
找準(zhǔn)痛點(diǎn) 戮力攻關(guān)
南京聚拓化工科技有限公司總經(jīng)理王雪林告訴記者,近年來,我國煤制甲醇合成技術(shù)取得較大進(jìn)展。國內(nèi)自主開發(fā)的甲醇合成反應(yīng)器主要有華東理工大學(xué)的“管殼外冷-絕熱復(fù)合式反應(yīng)器”、杭州林達(dá)公司的“氣固相催化反應(yīng)器”、南京國昌公司的“水冷板式反應(yīng)器”和南京聚拓的“束管式水床甲醇反應(yīng)器”,這些反應(yīng)器由于結(jié)構(gòu)或換熱的原因,單系列單反應(yīng)器建設(shè)規(guī)模均小于60萬t/a。
中石化在甲醇合成工藝和技術(shù)方面也取得很大進(jìn)步。中石化寧波工程有限公司具有大、中型甲醇裝置設(shè)計(jì)成功業(yè)績,完成了格爾木、玉門等中型甲醇裝置的設(shè)計(jì),以及川維77萬噸/年乙炔尾氣制甲醇、重慶卡貝樂85萬噸/年天然氣制甲醇等大型裝置的設(shè)計(jì)。
煤制甲醇/乙二醇裝置的大型化對(duì)配套的催化劑也提出更高要求。寧波工程公司與南化院、南京聚拓合作開展過反應(yīng)器的設(shè)計(jì)研究。在此基礎(chǔ)上,三方琮合作開展“大型徑向水冷型甲醇合成反應(yīng)器技術(shù)開發(fā)”課題的研究,致力于配套服務(wù)中國石化MTO大型化技術(shù),有助于打破國外在60萬t/a及以上甲醇裝置上技術(shù)壟斷,促進(jìn)大型甲醇/乙二醇技術(shù)的國產(chǎn)化,促進(jìn)國產(chǎn)催化劑在大型甲醇/乙二醇裝置上的應(yīng)用。
王雪林說,大型甲醇合成塔分為兩類:一類是管殼式軸向流反應(yīng)器,二類是徑向流反應(yīng)器。軸向流反應(yīng)器受氣體阻力限制,床層不能過高(一般有效段不超過7米),這樣要想達(dá)到60萬噸/年以上甲醇產(chǎn)量,必須要有大容量的催化劑容量,軸向流反應(yīng)器直徑達(dá)到4.6米以上,超出了合適的陸運(yùn)尺寸,會(huì)大大提高運(yùn)輸成本。另一方面,因直徑大、壓力高,管殼式反應(yīng)器的管板尺寸越來越大、越來越厚(有的甚至超過500毫米),又大大提高了管板的采購和機(jī)加工成本;所以高效的大型化反應(yīng)器應(yīng)優(yōu)先考慮徑向流。
而國內(nèi)部分廠家制造的徑向流反應(yīng)器,因?yàn)楸壤涿娣e小、移熱能力差,不能適應(yīng)國產(chǎn)催化劑的需要,從而限制了大型化的發(fā)展和工業(yè)化應(yīng)用。
南京聚拓科技公司認(rèn)真研究、分析了國內(nèi)外同類反應(yīng)器的技術(shù)現(xiàn)狀,下大力氣組織科研力量,在甲醇、乙二醇反應(yīng)器及系統(tǒng)研究、新技術(shù)開發(fā)和推廣方面進(jìn)行攻關(guān),創(chuàng)造了一種稱之為“束管式水床反應(yīng)器”,并取得了國家發(fā)明專利,經(jīng)過持續(xù)的技術(shù)研發(fā)與市場推廣,取得了頗豐的成果。
南京聚拓科技公司董事長、總工程師盧健告訴記者,聚拓科技公司經(jīng)過大量基礎(chǔ)性研究與創(chuàng)新,在自主研發(fā)的甲醇束管式水床反應(yīng)器取得工業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)上,開發(fā)了適用于乙二醇的DMO加氫反應(yīng)條件下的“徑向束管式水床加氫反應(yīng)器”,也取得了多個(gè)工業(yè)化應(yīng)用業(yè)績,打破了傳統(tǒng)的管殼式反應(yīng)器單系列、單反應(yīng)器大型化的制約瓶頸,開創(chuàng)了國內(nèi)這一領(lǐng)域的先河。
盧健說,南京聚拓科技公司開發(fā)的“束管式水床反應(yīng)器”取得了多項(xiàng)技術(shù)突破與顯著特點(diǎn):
一是采用小管板束管式結(jié)構(gòu)。突破了大管板加工難度大、組裝困難等多種局限,為設(shè)備大型化打開了瓶頸。
二是采用無縫管多維彎制。與平管板平角焊縫焊接,提高了焊接可靠性能,減少了焊接量,從而可達(dá)到“本質(zhì)安全”。
束管式技術(shù)是該反應(yīng)器的一個(gè)突出特色。它沒有諸如管殼反應(yīng)器、套管式反應(yīng)器那樣的大管板;也沒有多層環(huán)管水管式反應(yīng)器、螺旋繞管式反應(yīng)器那樣有多層環(huán)管和全位置的焊接結(jié)構(gòu),也沒有板式塔那樣多的封板焊縫。因而使其設(shè)備可實(shí)現(xiàn)“本質(zhì)安全”、可靠程度增加。
采用分散的小管板結(jié)構(gòu),使反應(yīng)器的絕對(duì)密封容易實(shí)現(xiàn)。相比其它類型的反應(yīng)器,焊縫量是最少的,僅只有管板與管子焊,完全可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接,焊接質(zhì)量十分有保證。
采用合適的材料,節(jié)省了大量的低合金鋼和不銹鋼等材料,從而節(jié)省了投資。
換熱部件采用較小的無縫鋼管,整根管系無對(duì)接焊縫,質(zhì)量容易控制,從結(jié)構(gòu)上杜絕了反應(yīng)器的泄漏。
三是比冷面積大,移熱能力強(qiáng),循環(huán)熱水不需要消耗動(dòng)力。由于在催化劑床層中均勻地密布了內(nèi)含高速流動(dòng)的飽和水移熱的換熱管,管內(nèi)水具有較強(qiáng)的蓄熱和移熱能力。管外為催化劑反應(yīng)床層,每立方米催化劑配置的水管換熱面積較大,管內(nèi)熱水利用上水和下水密度差,在重力的作用下自然循環(huán),很方便地帶走了反應(yīng)熱。它完全可以實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)、方便高效地移熱和對(duì)床層溫度的精準(zhǔn)控制。
四是采用徑向流,反應(yīng)器床層阻力小。束管式水床反應(yīng)器中的反應(yīng)氣體流過催化劑層,是采用“向心徑向流”和“離心徑向流”方式,氣體徑向過催化劑床的同時(shí),也橫掃過水管換熱層。由于路徑短、徑向面積大,因而阻力很小。甲醇生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)阻力降只有約0.1MPa,乙二醇反應(yīng)器的阻力降只有約22Kpa,與管殼式軸向床的反應(yīng)器相比,阻力要小很多,節(jié)能效果十分顯著,容易實(shí)現(xiàn)大型化。
五是所有換熱管采取整根三維彎管結(jié)構(gòu),自動(dòng)消除熱應(yīng)力。
王雪林告訴記者,南京聚拓科技公司開發(fā)的束管式水床反應(yīng)器,不僅已經(jīng)成功應(yīng)用于草酸二甲酯加氫制乙二醇生產(chǎn),此外也已成功應(yīng)用于合成氣低壓合成甲醇、水煤氣變換。目前,這一新型反應(yīng)器已經(jīng)在甲醇合成領(lǐng)域投用的裝置有5套(廠家):江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司、陽煤集團(tuán)深州化工有限公司、吉林通化化工股份有限公司、山西宏源煤焦化工有限公司、內(nèi)蒙古家景三聚新能源有限公司。
即將投產(chǎn)的裝置有5套(廠家):萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司、九江心連心化肥有限公司、徐州偉天化工有限公司、鄂爾多斯市金誠泰化工有限公司、山東潤銀生物化工股份有限公司。其中,正在運(yùn)行的甲醇裝置最大單反應(yīng)器的壓力為5.5MPa、產(chǎn)能可達(dá)60萬噸/年。
等溫變換領(lǐng)域已經(jīng)投產(chǎn)的裝置有1套:吉林通化化工股份有限公司。即將投產(chǎn)的裝置有2套:黑龍江省七臺(tái)河市隆鵬煤炭發(fā)展有限公司2臺(tái)、山東潤銀生物化工股份有限公司。
在煤制乙二醇領(lǐng)域,草酸二甲酯加氫制乙二醇已經(jīng)投產(chǎn)的裝置有1套:陽煤集團(tuán)深州化工有限公司。
上述已成功投運(yùn)的與乙二醇類似結(jié)構(gòu)的甲醇裝置反應(yīng)器的實(shí)踐證明,束管式水床反應(yīng)器完全適應(yīng)大型化、徑向流、低阻力、高比冷面積、移熱能力強(qiáng)、配套國產(chǎn)催化劑、制造產(chǎn)業(yè)化、本質(zhì)安全的目標(biāo)。
多方合作 持續(xù)開發(fā)
王雪林告訴記者,南京聚拓公司是一家民營的國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè),在氨合成、變換、低壓甲醇、乙二醇反應(yīng)器等多方面,已經(jīng)擁有幾十項(xiàng)專利技術(shù),其中有《固定床催化反應(yīng)器》、《束管式水床反應(yīng)器》、《準(zhǔn)全徑向固定床反應(yīng)器》、《束管水床移熱復(fù)合型CO變換裝置》、《立式組合式等溫反應(yīng)器》、《準(zhǔn)全徑向反應(yīng)器》、《折流桿式波紋管熱交換器》、《氨冷-冷交組合式換熱器》等多項(xiàng)國家發(fā)明專利?!妒苁剿布状挤磻?yīng)器及工藝技術(shù)》、《DC節(jié)能氨合成反應(yīng)器及工藝系統(tǒng)》被認(rèn)定為國家“十三五”節(jié)能減排先進(jìn)適用技術(shù)。
王雪林說,目前,我國針對(duì)煤制乙二醇等煤化工裝置日趨大型化,對(duì)反應(yīng)器單臺(tái)設(shè)備大型化的需求也日益迫切,南京聚拓公司已與國內(nèi)知名高等院校、科研院所與相關(guān)骨干企業(yè),在氨合成、甲醇、乙二醇等領(lǐng)域結(jié)成戰(zhàn)略合作伙伴,展開聯(lián)合攻關(guān)。
公司先后與北京三聚環(huán)??萍脊煞萦邢薰竞炇鹆藨?zhàn)略合作框架協(xié)議,雙方約定在釕基氨合成等領(lǐng)域展開廣泛深度合作;與北京三聚、三聚福大簽定了戰(zhàn)略合作協(xié)議,在等壓氨合成、釕基氨合成等領(lǐng)域展開研究工作,并已于2017年12月在江蘇,成功進(jìn)行了3萬噸釕基氨合成工業(yè)化測試。
公司還與上海浦景化工技術(shù)股份有限公司簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議,雙方約定在乙二醇羰化、乙二醇EG大型化反應(yīng)器等方面展開廣泛合作;雙方已于今年5月,在山西某廠完成了3萬噸全徑向羰化反應(yīng)器工業(yè)化裝置測試;由雙方共同合作研發(fā)的全國首套徑向羰化反應(yīng)器即將正式投放市場。