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中国能成为煤化工技术强国吗是嘛

发布时间:2021-07-13 08:43:34 阅读: 来源:回转支承厂家

中国能成为煤化工技术强国吗?

二年一次的中国国际煤化工大会将于本月召开,中国是煤化工大国,近几年引进数十套国外煤化工技术和设备,短短几年形成数千万吨甲醇装置生产能力,这次会议将有众多跨国公司介绍他们的先进新技术,我国也将有一大批煤化工企业参会,特别是当前世界各国高度重视节约能源和环境保护的背景下,我们期望国外公司给我们带来新的技术成果和工程业绩,介绍国外引进先进技术投运后实际所达到的效果和具体运行数据,以便更好地学习国外先进技术,使我国煤化工走上高效低耗、节能环保、经济的健康道路,从而避免像有的化工界领导和专家所言花巨资引进的不是先进技术。

我国领导多次强调“我们要引进和学习世界上先进的科技成果,但更重要的是要立足自主创新”、“必需将增强自主创新能力作为国家战略”。我国在大力发展煤化工中在采用国外引进和自主创新方面实际情况究竟如何呢?这在最近出版的一本煤化工专著《现代煤化工新技术》一书中提出不少值得深思的问题和观点。该书在“大型合成氨和甲醇没有能够实现国产化的原因“中指出”三十多年来,我国三十多套合成氨技术全部是成套引进的”、“在当前的甲醇热中,我国正在建设几千万吨的甲醇生产能力,基本上也是成套引进天然气制甲醇装置,或者引进煤制甲醇中的合成回路,没有能够做到大型化的国产化,甲醇的大型化走的是合成氨的老路,在技术上同样受到西方厂商的控制。我们提供了近四十年的氨合成和甲醇合成市场,但是没有换来技术”。在谈到“国内甲醇合成不能大型化原因”第1条就是“长期依赖国外思想”,其他是管理体制在技术上缺乏信心和能力目前以单螺杆挤出机利用最为广泛等原因。

客观地说,我国甲醇合成国产化要比氨合成要好一些,从所建装置数量上看,还是采用国产化技术多,从规模上看,年产二、三十万吨或更大一些的也采用了国产技术,国家也将单台年产60万吨甲醇合成项目列入国家支撑计划。在一些年产60万吨甚至百万吨级大甲醇项目中国内技术开发商也有进行技术交流或邀请参与投标的机会,但是正是该书中指出,至今已投运的60万吨以上甲醇合成几乎都是国外引进技术。

造成我国大甲醇合成装置不能国产化的基本原因,是在上大甲醇项目时认为国内技术不行,只有国外技术好,有的大甲醇项目中即使与国内公司进行充分技术交流,发标书邀请参与投标后,最后还只请了几家国外公司,认为国内公司没有投标的资格,当前我们是否应该实事求是分析一下这些引进技术是否都是值得花巨资的先进技术。因此我们需要用事实数据来回答是否大力引进的国外技术一定是先进技术。对于大型甲醇合成技术的先进性,按照高效、节能、低耗、环保、经济的要求,主要可以从下述五个方面的技术数据和性能来评定:

技 术

国产甲醇新技术

国外先进技术

林达卧式塔

日本MGC/MHC

Lurgi

日本TEC

应用厂

内蒙苏天化

日本新泻厂

特立尼达

泸天化

合成塔型式

卧式水冷

SPC

管壳水冷+气冷

MRF

年产能力

万吨

20

15

160

40

台数

1

1

3

1

合成压力

MPa

9.1

11.0

9.14

8.05

原料气量

104 Nm3/h

7.72

6.03

51.48

14.4

进塔气量

104 Nm3/h

22

20.5

163.63

94.19

循环比

1.85

2.4

2.178

5.54

甲醇出塔含量

%

12.37

9.13

11.37/9.9

5.0

催化床温差

<25

50

>100

45

吨醇副产蒸汽

1.2

0..76

0.8

精醇产量

吨/日

721

516

5000

1292

催化剂型号

国产CNX-98

MGC

M-5

德国南方

Megamax 700

英国JM

KATALCO

催化剂量

M3

30

28.65

337

51.08

空时产率

T/m3.h

1.0

0.75

0.62

1.05

合成塔压降

Bar

<0.1

3

1、低循环比、高甲醇净值、解决大型化装置装备庞大、投资和能耗高的问题。

2、有效移去反应热,催化剂床层温度分布均匀合理,充分发挥催化剂活性,提高甲醇产量,热量回收副产蒸汽量游先生认为高。

3、高CO、CO2转化率,低排放气,节约原料消耗,减少排放CO2等对环境污染。

4、大幅降低合成塔和甲醇合成回路压差,降低能耗。

5、合成塔单塔易大型化,减少合成塔设备台数和加工运输难题。

目前国外大型合成塔都向上述目标努力,国外引进的主要大甲醇技术方案有:

1、L公司管壳水冷-气冷塔组合方案:采用水冷-气冷联合反应器技术在冷却水槽中分段放置不同温度的水,在国外Atlas有日产5000吨大甲醇装置投产,采用一台气冷与二台并联管壳式串联,三台均为轴向塔,在国外投运的该公司日产5000吨技术中,用德国南方公司专为此工艺开发的Megamax 700催化剂300多M3,二台并联管壳塔共100多M3,与一台气冷塔(装200多M3)串联。催化剂床总高达10多米,采用降低循环比到2.18以减少进塔气量降低塔压降。即使循环比降低一半,塔压降仍>0.4MPa。在我国引进的日产5000吨煤制甲醇装置中,在上述水冷-气冷塔之间串联了一台进出塔中间换热器,使联合反应器组总压降高达7.6bar。

L公司联合反应器技术在我国大甲醇装置中受到两点限制:一是要求催化剂温区要宽(200~280℃),这是因为:气冷反应器是逆流冷管型,底部催化剂温度低,故要求催化剂低温活性好,而水冷反应器控制在较高温度下。对于国内催化剂,低温230~250℃活性相对较好、使用时间长,在250℃以上使用温度下使催化剂活性下降明显,甲醇转化率低、副反应增加。

2、对大型甲醇装置D公司之前已开发了径向蒸汽上升塔(RADIAL SRC),采用管内水冷产汽方式移热,在特立尼达5400吨/日大甲醇上使用。该塔与L公司管壳一样塔内水冷,但催化剂装在管外,同等生产能力合成塔直径比Lurgi管壳式小,气体径向流动,阻力小,据报导换热管数和换热面积也减小,比冷面仅为管壳式三分之一,SRC采用5MPa较低合成压力、5以上较大的循环比和副产2.0MPa低压蒸汽以控制催化剂层温度。

最近D公司提出水冷管壳塔在前串联气冷TCC的大型甲醇合成技术方案,来适应甲醇合成反应热前大后小的情况,循环比可比径向SRC降低,甲醇净值可提高,但是该流程中经过水冷管壳塔反应气需经塔外中间换热器由250℃多降温到100℃上下,再进气冷TCC反应器的冷管吸收管外催化剂层反应热达到200℃以上合成甲醇,这一甲醇塔组合的大甲醇方案中,存在的高温水冷反应气大幅度冷却到低温再进气冷塔反应,显然可见流程复杂,部分反应热用于加热冷气,热量回收和副产蒸汽量比单用水冷塔减少,同时若采用这一技术,甲醇塔由径向SRC改为轴向管壳塔和轴向TCC串联,合成塔阻力也增加几倍。

除上述二家国外最有代表性的大甲醇专利商外,我国引进的年产40万吨MRF反应器由用户的使用报告可见,使用国外最先进的甲醇催化剂KATALCO 51M3多,循环比高达5.54,仍然移热能力不足,反应温度长期高达280℃多,上述最好的催化剂也用不到2年。我国在还没有看到运行数据的情况下引进的用于我国煤制甲醇厂水冷板式甲醇塔,设计中循环比也降至2多,甲醇净值10%以上,目前有厂投运多年,但至今未见具体的实际运行数据。而作为先进核心技术不肯向我国转让的日本超转化率反应器SPC,据该公司提供年产15万吨的运行数据,虽循环比降至2.4,在11MPa的高压下,出塔甲醇也只有9.1%,双套反应管长15M,塔压差有3bar,吨醇付产蒸汽仅有0.8吨。在我国引进上述SPC塔用过的合成圈,采用我国自行开发具有自主知识产权的卧式水冷甲醇塔使用效果超过SPC,在去年我们召开的现场会前夕,该公司还到用户了解技术运行情况。

上述国产化技术于去年7月公开召开现场会的用户提供了72小时考核的完整生产数据,该套装置投运后合成压力比SPC下降2MPa,循环比降至1.85,出塔甲醇含量比SPC提高3%达到12.37%,日产精醇超过720吨,而床层差降更低达0.01MPa,催化剂床层温度均匀,温差小。中国石化协会和众多设计院及知名甲醇厂的专家代表到现场和DCS中央控制室详细观看实际情况,并评价称,卧式水冷甲醇合成塔是甲醇合成技术一项革命性的突破,将循环比降到1.9、出塔气甲醇平均含量达11.85%,醇净值高、压差小、温差小、结构合理,技术指标超过国外先进技术,单台能力不仅能达60万吨,而且可达180万吨。

同样使用天然气转化气为原料的上述具有代表性的几种国外甲醇合成先进技术和国产化技术,用上述五个方面技术性能和数据比较可见二者水平的高低。

1、国产化循环比降到小于2,国外均高于2;甲醇净值高达12%,超过国外先进技术指标。

2、国产合成塔温差小,温度分布均匀,采用国产催化剂性能好,国外专利商的水冷气冷合成技术催化剂温度范围要求200~280℃,必需用国外专用催化剂因而受其控制。国产化甲醇合成副产蒸汽达1.1吨,国外联合反应器部分反应热用于加热合成气,副产蒸汽只有0.8吨/吨。

3、国产塔CO单程转化率高于88%,总转化率高于99%,驰放气量大幅减少,实现了节能降耗、减排环保。

4、国产卧式塔催化剂装填系数高,且采用化整为零,壳体和内件优化设计,单台可达日产5000吨,而国外水冷-气冷需要三台。

在上述《现代煤化工新技术》一书中,在谈到大型合成氨和甲醇不能实现国产化的原因中提出国内对工艺和设备设计不足,大型设备制造能力和软件开发技术水平的问题,我们承认国外有先进的技术,但事实确实证明我国目前的硬件制造能力和甲醇合成软件的开发已经有相当能力和水平,如华东理工大学一些合成塔研究论文,在国外文献资料上也占有相当重要的地位。内蒙使用首台卧式水冷甲醇合成塔,设计压力高达11.5MPa,采用高强度耐热低合金钢,板厚达135mm,总重近二百吨,从材料制造、设备设计和加工都是由国内企业完成的,创造了多项首次纪录。

正如书中所言,合成塔内件的设计和数学模拟国外是不会泄露的,即使一些国外公司希望国产化甲醇塔能使用他们的催化剂时,也要求我们提供合成塔的具体结构和尺寸,而不肯提供他们催化剂的动力学数据,然而我们不仅自主开发和掌握了管壳水冷、分段冷激式、气冷换热以及管壳水从整体上看冷-气冷联合反应器的数学模型成功应用于反应器的优化设计。例如早在10年前我们自主开发的均温低压甲醇塔数学模型用于改进哈气化从国外引进的冷激型塔,利用原合成圈装置,在同样壳体大小和国产同样数量催化剂,在同样原料气和进塔气量情况下,提高合成甲醇含量和甲醇产量50%。这次经过长期努力,开创性地成功开发国外所没有的卧式水冷甲醇合成塔数学模拟软件,一步达到年产廿万吨的规模,投运不到几天就达到设计能力,而有的从国外引进合成装置开车几年也未达设计能力,国外公司以超过二年质保期为由而不再负责解决技术问题。尽管我们在某些设备设计和软件技术上仍有不足,但通过如浙江大学、浙江工业大学化机所使用引进和掌握CFD流体力学、有限元分析等软件,可以成功完成大型甲醇合成的国产化,几年前中国石化协会组成国内几家甲醇合成专利商完成上报年产160万吨大甲醇技术方案,我们还超前于国外进行了化工-电力IGCC多联产技术的开发和设计。相信有国内企业的支持,有我国设计院、工程院及高校的紧密合作,年产百万吨大甲醇国产化将能早日实现。

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