甲醇合成塔的设计

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1、甲醇合成塔的设计DesignofcarbinolSyntheticTower摘要：本文针对设备DN3400甲醇合成塔的设计要点进行了详细论述。详细介绍了大直径不带法兰的立式列管固定床甲醇合成塔材料和加热方式的选择，以及各主要部件结构的设计特点。Abstract:ThistextintroducesthemainpointofdesigningdeDN3400carbinolsynthetictower,describesthesectionofmaterialandheatingmethodusedtofabricatelargediameter-non-flange,

2、verticalpipelinecarbinolsynthetictower.Thistextalsoexplainsthestructuredesigncharacterofthemaincomponentsandparts.关键词：甲醇合成塔；工作原理；结构设计特点KeyWords:Carbinolsynthetictowerworkingtheorystructuredesigncharacter1．引言甲醇工业始20世纪初，到20世纪60年代，甲醇工业取得重大进展。1966年英国ICI公司首先推出了低压甲醇合成工艺—ICI工艺，此为低压法生产甲醇的开端。所有中、

3、低压法甲醇装置工艺过程类似，在压力为5.0Mpa~15.0Mpa、温度205℃~275℃操作。各种工艺的主要区别在于反应器的设计、反应热的移走及回收利用方式的不同，另外，所用的催化剂亦有差异。国内低压甲醇装置建设始于20世纪70年代，最早引进的是ICI公司的冷激型低压甲醇合成塔装置，数量不多。某公司年产50万吨甲醇合成装置采用华东理工大学“绝热—管壳外冷复合式反应器”专利技术，我公司设计、制造的甲醇合成塔是此项目的关键设备，其建成投产后，运行状况一直良好，对兖矿高硫煤能够得到充分有效利用，减少资源浪费，使煤炭行业向高附加值—化工方向转化等方面，具有重要意义。现将该设备的

4、主要设计过程进行简单的介绍。2．甲醇合成塔的工作原理新鲜气在离心式透平压缩机内加压至8.2Mpa(A),与循环气以1：5比例混合（入塔气），经过与出塔气换热并升温至230℃后，从顶部的入口进入甲醇合成塔，经过装填一定粒径的(Cu-Zn-AL)催化剂在换热管内，在催化剂的作用下，CO、CO2加氢合成甲醇，反应热传给壳程的沸腾水，产生蒸汽进入汽包，反应器出口气温度约254℃，含甲醇6.2%左右。3.甲醇合成塔的结构4甲醇合成塔的型式为立式列管固定床，设备直径为φ3400，反应管为φ38x2x6000列管，共计4513根，换热面积为3124m2，内装催化剂共26.3m3，催化

5、剂床层高度为200mm。主要由管板筒体裙座管箱换热管束等部件组成，其主要结构见图1。甲醇合成塔的上下封头，采用半球封头。上封头合成气入口处设置气体分布器，在管板的上部装填一层200mm高的绝热层催化剂，绝热层催化剂上部填装耐火球φ8mm。下管板下面装填耐火球φ25mm。4.甲醇合成塔的设计4.1设计参数主要设计参数如下：项目技术参数管程壳程设计压力（ＭＰa）6.34.3设计温度（℃）280256操作介质合成气（易燃易爆）沸腾水腐蚀裕度3.02.0焊接接头系数1.01.0换热面积（m2）3124容器类别三类(A2)催化剂装填量（m3）26.3氧化铝球装填量（m3）20.9

6、设计使用寿命（年）154.2材料的选择材料的选择主要考虑甲醇合成塔工作过程中的介质特性和工艺条件，以及设备制造过程中材料的焊接性、工艺性和经济性。零部件名称材料名称规格（mm）球形封头15CrMoR(正火+回火)δ=46(包括冲压减薄量)壳程筒体13MnNiMoNbR(正火+回火)δ=42管程筒体13MnNiMoNbR(正火+回火)堆焊不锈钢δ=60+5反应管双相不锈钢：瑞典Sandvik公司的SAF2205φ38X2上下管板13MnNiMoNbR堆焊不锈钢δ=90+74补强管锻件20MnMoⅢ法兰锻件20MnMoⅢ4.3筒体与管板的焊接结构的设计根据甲醇合成塔工作程序

7、，在操作反应前先要将催化剂颗粒装填在每根换热管内，催化剂需要定期更换，从操作工艺条件上讲，管箱筒体与管板之间采用法兰连接比较合理，但是由于其直径较大，如果采用法兰连接将存在以下不利因素：1）大直径法兰的密封性较难保证，若操作失误易造成严重泄漏，且大直径法兰的成本造价高；2）大直径法兰的密封垫片加工困难。为了防止设备工作过程中的密封泄漏，减少法兰力矩对管板的影响，降低制造成本，采用不兼做法兰的管板结构最为合理。4.4在设计时将管箱封头处开设人孔并适当增大管箱空间结构形式,为了方便安装维修人员进入合成塔内进行催化剂的装填和对合成塔的检查与维修