平惠强 黄晖
(浙江工业大学机械厂 杭州 310014)
浙江工业大学机械厂自1989年开始进行zFJ冷管型甲醇合成塔内件的研发工作(内件规格从φ5OO mm～φ1 400 mm)，至今共生产各种型号的甲醇塔内件400余台。2001年成功开发了01 200 mm、φ1 000 mm ZFJ冷管型甲醇合成塔内件，先后在安徽、河南、山东等地投入运行；2003年开始φ1 400 mm ZFJ型甲醇塔内件的研发工作，2004年顺利完成制作并于同年3月25日在安徽投人运行，运行情况良好。
1 φ1 400 mm ZFJ冷管型甲醇合成塔内件的设计思路
1．1 触媒层移热方式的确定
甲醇合成反应的特点是强放热，而且联醇触媒活性温度低。以C207触媒为例，在15 MPa、260 ℃仅有CO参与甲醇合成反应时，其反应热为1 734、53 kJ／mol(414．96 kcaL／mo1)，且活化能为94．98 kJ／mol，后。为7．734×10 S～。根据中压联醇合成反应的平衡温度曲线和最适宜温度曲线，
在设计内件触媒筐的移热方式时充分考虑了以下几点：
(1)从甲醇合成反应动力学来看，要求气体人塔后迅速达到较高的温度，并随着反应的进行逐步降低床层反应温度来提高合成效率。但由于C207等常用甲醇触媒的活性温度范围为220～290℃，最高操作温度要求低于290 oC，从延长触媒的使用寿命考虑，床层轴向温差应小于20℃较为合适。
(2)由于甲醇触媒活性范围较窄，合成塔高径比较小，若要利用整塔触媒的活性还必须保证较小的同平面温差，所以在冷管型移热方式中必须保证冷管分布的绝对均匀。
(3)随着反应的进行，在完成气体量80％ 的反应后，要求床层温度略有下降，以利于甲醇的合成，使操作线更逼近最适宜温度曲线。而且在触媒使用后期，可利用底部反应温度较低的部分触媒进行强化生产，提高整塔触媒的利用率。因此绝对的均温并不利于合成率的提高。采用单管折流冷管连续换热方式能较好地达到上述要求，通过详实计算，确定冷管面积和上、下行冷管数量的配比，使整塔轴向温差控制在较小的范围，同时采取措施降低触媒层底部温度。为设置尽可能多而均匀分布冷管并确保结构可靠性，冷管胆应采用多环结构。
1．2 内件底部换热器的设计
对甲醇合成塔来说，底部换热器的设计较为关键。换热面积的大小直接影响床层温度的分布：换热面积太大，使进入触媒层0 m的气体温度太高，需要较大的循环量，且出口甲醇含量降低，虽然生产能力增加，但床层阻力也随之增大，电耗增加，且易造成触媒粉化而使其寿命缩短；如果设计面积太小，进入触媒层的气体温度太低，达不到反应起活温度，则需要牺牲一段触媒先提温，触媒利用率较低，也缩短了触媒的使用周期。为节省用户投资，采用了高效螺旋板换热器，具有换热系数大、换热效果好的特点，与列管换热器相比可以提高触媒筐的容积利用系数，但阻力相对较大。
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