二年一次的中國(guó)國(guó)際煤化工大會(huì)將于本月召開(kāi)，中國(guó)是煤化工大國(guó)，近幾年引進(jìn)數(shù)十套國(guó)外煤化工技術(shù)和設(shè)備，短短幾年形成數(shù)千萬(wàn)噸甲醇裝置生產(chǎn)能力，這次會(huì)議將有眾多跨國(guó)公司介紹他們的先進(jìn)新技術(shù)，我國(guó)也將有一大批煤化工企業(yè)參會(huì)，特別是當(dāng)前世界各國(guó)高度重視節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的背景下，我們期望國(guó)外公司給我們帶來(lái)新的技術(shù)成果和工程業(yè)績(jī)，介紹國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)投運(yùn)后實(shí)際所達(dá)到的效果和具體運(yùn)行數(shù)據(jù)，以便更好地學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，使我國(guó)煤化工走上高效低耗、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的健康道路，從而避免像有的化工界領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家所言花巨資引進(jìn)的不是先進(jìn)技術(shù)。
我國(guó)領(lǐng)導(dǎo)多次強(qiáng)調(diào)“我們要引進(jìn)和學(xué)習(xí)世界上先進(jìn)的科技成果，但更重要的是要立足自主創(chuàng)新”、“必需將增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力作為國(guó)家戰(zhàn)略”。我國(guó)在大力發(fā)展煤化工中在采用國(guó)外引進(jìn)和自主創(chuàng)新方面實(shí)際情況究竟如何呢？這在最近出版的一本煤化工專(zhuān)著《現(xiàn)代煤化工新技術(shù)》一書(shū)中提出不少值得深思的問(wèn)題和觀(guān)點(diǎn)。該書(shū)在“大型合成氨和甲醇沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的原因“中指出”三十多年來(lái)，我國(guó)三十多套合成氨技術(shù)全部是成套引進(jìn)的”、“在當(dāng)前的甲醇熱中，我國(guó)正在建設(shè)幾千萬(wàn)噸的甲醇生產(chǎn)能力，基本上也是成套引進(jìn)天然氣制甲醇裝置，或者引進(jìn)煤制甲醇中的合成回路，沒(méi)有能夠做到大型化的國(guó)產(chǎn)化，甲醇的大型化走的是合成氨的老路，在技術(shù)上同樣受到西方廠(chǎng)商的控制。我們提供了近四十年的氨合成和甲醇合成市場(chǎng)，但是沒(méi)有換來(lái)技術(shù)”。在談到“國(guó)內(nèi)甲醇合成不能大型化原因”第1條就是“長(zhǎng)期依賴(lài)國(guó)外思想”，其他是管理體制在技術(shù)上缺乏信心和能力等原因。
客觀(guān)地說(shuō)，我國(guó)甲醇合成國(guó)產(chǎn)化要比氨合成要好一些，從所建裝置數(shù)量上看，還是采用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)多，從規(guī)模上看，年產(chǎn)二、三十萬(wàn)噸或更大一些的也采用了國(guó)產(chǎn)技術(shù)，國(guó)家也將單臺(tái)年產(chǎn)60萬(wàn)噸甲醇合成項(xiàng)目列入國(guó)家支撐計(jì)劃。在一些年產(chǎn)60萬(wàn)噸甚至百萬(wàn)噸級(jí)大甲醇項(xiàng)目中國(guó)內(nèi)技術(shù)開(kāi)發(fā)商也有進(jìn)行技術(shù)交流或邀請(qǐng)參與投標(biāo)的機(jī)會(huì)，但是正是該書(shū)中指出，至今已投運(yùn)的60萬(wàn)噸以上甲醇合成幾乎都是國(guó)外引進(jìn)技術(shù)。
造成我國(guó)大甲醇合成裝置不能?chē)?guó)產(chǎn)化的基本原因，是在上大甲醇項(xiàng)目時(shí)認(rèn)為國(guó)內(nèi)技術(shù)不行，只有國(guó)外技術(shù)好，有的大甲醇項(xiàng)目中即使與國(guó)內(nèi)公司進(jìn)行充分技術(shù)交流，發(fā)標(biāo)書(shū)邀請(qǐng)參與投標(biāo)后，最后還只請(qǐng)了幾家國(guó)外公司，認(rèn)為國(guó)內(nèi)公司沒(méi)有投標(biāo)的資格，當(dāng)前我們是否應(yīng)該實(shí)事求是分析一下這些引進(jìn)技術(shù)是否都是值得花巨資的先進(jìn)技術(shù)。因此我們需要用事實(shí)數(shù)據(jù)來(lái)回答是否大力引進(jìn)的國(guó)外技術(shù)一定是先進(jìn)技術(shù)。對(duì)于大型甲醇合成技術(shù)的先進(jìn)性，按照高效、節(jié)能、低耗、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的要求，主要可以從下述五個(gè)方面的技術(shù)數(shù)據(jù)和性能來(lái)評(píng)定：
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技 術(shù) |
國(guó)產(chǎn)甲醇新技術(shù) |
國(guó)外先進(jìn)技術(shù) | |||
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林達(dá)臥式塔 |
日本MGC/MHC |
Lurgi |
日本TEC | ||
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應(yīng)用廠(chǎng) |
內(nèi)蒙蘇天化 |
日本新瀉廠(chǎng) |
特立尼達(dá) |
瀘天化 | |
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合成塔型式 |
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臥式水冷 |
SPC |
管殼水冷＋氣冷 |
MRF |
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年產(chǎn)能力 |
萬(wàn)噸 |
20 |
15 |
160 |
40 |
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臺(tái)數(shù) |
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1 |
1 |
3 |
1 |
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合成壓力 |
MPa |
9.1 |
11.0 |
9.14 |
8.05 |
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原料氣量 |
104 Nm3/h |
7.72 |
6.03 |
51.48 |
14.4 |
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進(jìn)塔氣量 |
104 Nm3/h |
22 |
20.5 |
163.63 |
94.19 |
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循環(huán)比 |
|
1.85 |
2.4 |
2.178 |
5.54 |
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甲醇出塔含量 |
% |
12.37 |
9.13 |
11.37/9.9 |
5.0 |
|
催化床溫差 |
℃ |
＜25 |
50 |
＞100 |
45 |
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噸醇副產(chǎn)蒸汽 |
噸 |
1.2 |
0.72-0.76 |
0.8 |
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精醇產(chǎn)量 |
噸/日 |
721 |
516 |
5000 |
1292 |
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催化劑型號(hào) |
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國(guó)產(chǎn)CNX-98 |
MGC
M-5 |
德國(guó)南方
Megamax 700 |
英國(guó)JM
KATALCO 51-8 |
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催化劑量 |
M3 |
30 |
28.65 |
337 |
51.08 |
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空時(shí)產(chǎn)率 |
T/m3.h |
1.0 |
0.75 |
0.62 |
1.05 |
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合成塔壓降 |
Bar |
＜0.1 |
3 |
4-6 |
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1、低循環(huán)比、高甲醇凈值、解決大型化裝置裝備龐大、投資和能耗高的問(wèn)題。
2、有效移去反應(yīng)熱，催化劑床層溫度分布均勻合理，充分發(fā)揮催化劑活性，提高甲醇產(chǎn)量，熱量回收副產(chǎn)蒸汽量高。
3、高CO、CO2轉(zhuǎn)化率，低排放氣，節(jié)約原料消耗，減少排放CO2等對(duì)環(huán)境污染。
4、大幅降低合成塔和甲醇合成回路壓差，降低能耗。
5、合成塔單塔易大型化，減少合成塔設(shè)備臺(tái)數(shù)和加工運(yùn)輸難題。
目前國(guó)外大型合成塔都向上述目標(biāo)努力，國(guó)外引進(jìn)的主要大甲醇技術(shù)方案有：
1、L公司管殼水冷－氣冷塔組合方案：采用水冷－氣冷聯(lián)合反應(yīng)器技術(shù)，在國(guó)外Atlas有日產(chǎn)5000噸大甲醇裝置投產(chǎn)，采用一臺(tái)氣冷與二臺(tái)并聯(lián)管殼式串聯(lián)，三臺(tái)均為軸向塔，在國(guó)外投運(yùn)的該公司日產(chǎn)5000噸技術(shù)中，用德國(guó)南方公司專(zhuān)為此工藝開(kāi)發(fā)的Megamax 700催化劑300多M3，二臺(tái)并聯(lián)管殼塔共100多M3，與一臺(tái)氣冷塔(裝200多M3)串聯(lián)。催化劑床總高達(dá)10多米，采用降低循環(huán)比到2.18以減少進(jìn)塔氣量降低塔壓降。即使循環(huán)比降低一半，塔壓降仍＞0.4MPa。在我國(guó)引進(jìn)的日產(chǎn)5000噸煤制甲醇裝置中，在上述水冷－氣冷塔之間串聯(lián)了一臺(tái)進(jìn)出塔中間換熱器，使聯(lián)合反應(yīng)器組總壓降高達(dá)7.6bar。
L公司聯(lián)合反應(yīng)器技術(shù)在我國(guó)大甲醇裝置中受到兩點(diǎn)限制：一是要求催化劑溫區(qū)要寬（200～280℃），這是因?yàn)椋簹饫浞磻?yīng)器是逆流冷管型，底部催化劑溫度低，故要求催化劑低溫活性好，而水冷反應(yīng)器控制在較高溫度下。對(duì)于國(guó)內(nèi)催化劑，低溫230～250℃活性相對(duì)較好、使用時(shí)間長(zhǎng)，在250℃以上使用溫度下使催化劑活性下降明顯，甲醇轉(zhuǎn)化率低、副反應(yīng)增加。
2、對(duì)大型甲醇裝置D公司之前已開(kāi)發(fā)了徑向蒸汽上升塔（RADIAL SRC），采用管內(nèi)水冷產(chǎn)汽方式移熱，在特立尼達(dá)5400噸/日大甲醇上使用。該塔與L公司管殼一樣塔內(nèi)水冷，但催化劑裝在管外，同等生產(chǎn)能力合成塔直徑比Lurgi管殼式小，氣體徑向流動(dòng)，阻力小，據(jù)報(bào)導(dǎo)換熱管數(shù)和換熱面積也減小，比冷面僅為管殼式三分之一，SRC采用5MPa較低合成壓力、5以上較大的循環(huán)比和副產(chǎn)2.0MPa低壓蒸汽以控制催化劑層溫度。
最近D公司提出水冷管殼塔在前串聯(lián)氣冷TCC的大型甲醇合成技術(shù)方案，來(lái)適應(yīng)甲醇合成反應(yīng)熱前大后小的情況，循環(huán)比可比徑向SRC降低，甲醇凈值可提高，但是該流程中經(jīng)過(guò)水冷管殼塔反應(yīng)氣需經(jīng)塔外中間換熱器由250℃多降溫到100℃上下，再進(jìn)氣冷TCC反應(yīng)器的冷管吸收管外催化劑層反應(yīng)熱達(dá)到200℃以上合成甲醇，這一甲醇塔組合的大甲醇方案中，存在的高溫水冷反應(yīng)氣大幅度冷卻到低溫再進(jìn)氣冷塔反應(yīng)，顯然可見(jiàn)流程復(fù)雜，部分反應(yīng)熱用于加熱冷氣，熱量回收和副產(chǎn)蒸汽量比單用水冷塔減少，同時(shí)若采用這一技術(shù)，甲醇塔由徑向SRC改為軸向管殼塔和軸向TCC串聯(lián)，合成塔阻力也增加幾倍。
除上述二家國(guó)外最有代表性的大甲醇專(zhuān)利商外，我國(guó)引進(jìn)的年產(chǎn)40萬(wàn)噸MRF反應(yīng)器由用戶(hù)的使用報(bào)告可見(jiàn)，使用國(guó)外最先進(jìn)的甲醇催化劑KATALCO51-8 51M3多，循環(huán)比高達(dá)5.54，仍然移熱能力不足，反應(yīng)溫度長(zhǎng)期高達(dá)280℃多，上述最好的催化劑也用不到2年。我國(guó)在還沒(méi)有看到運(yùn)行數(shù)據(jù)的情況下引進(jìn)的用于我國(guó)煤制甲醇廠(chǎng)水冷板式甲醇塔，設(shè)計(jì)中循環(huán)比也降至2多，甲醇凈值10%以上，目前有廠(chǎng)投運(yùn)多年，但至今未見(jiàn)具體的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。而作為先進(jìn)核心技術(shù)不肯向我國(guó)轉(zhuǎn)讓的日本超轉(zhuǎn)化率反應(yīng)器SPC，據(jù)該公司提供年產(chǎn)15萬(wàn)噸的運(yùn)行數(shù)據(jù)，雖循環(huán)比降至2.4，在11MPa的高壓下，出塔甲醇也只有9.1%，雙套反應(yīng)管長(zhǎng)15M，塔壓差有3bar，噸醇付產(chǎn)蒸汽僅有0.8噸。在我國(guó)引進(jìn)上述SPC塔用過(guò)的合成圈，采用我國(guó)自行開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的臥式水冷甲醇塔使用效果超過(guò)SPC，在去年我們召開(kāi)的現(xiàn)場(chǎng)會(huì)前夕，該公司還到用戶(hù)了解技術(shù)運(yùn)行情況。
上述國(guó)產(chǎn)化技術(shù)于去年7月公開(kāi)召開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)的用戶(hù)提供了72小時(shí)考核的完整生產(chǎn)數(shù)據(jù)，該套裝置投運(yùn)后合成壓力比SPC下降2MPa，循環(huán)比降至1.85，出塔甲醇含量比SPC提高3%達(dá)到12.37%，日產(chǎn)精醇超過(guò)720噸，而床層差降更低達(dá)0.01MPa，催化劑床層溫度均勻，溫差小。中國(guó)石化協(xié)會(huì)和眾多設(shè)計(jì)院及知名甲醇廠(chǎng)的專(zhuān)家代表到現(xiàn)場(chǎng)和DCS中央控制室詳細(xì)觀(guān)看實(shí)際情況，并評(píng)價(jià)稱(chēng)，臥式水冷甲醇合成塔是甲醇合成技術(shù)一項(xiàng)革命性的突破，將循環(huán)比降到1.9、出塔氣甲醇平均含量達(dá)11.85%，醇凈值高、壓差小、溫差小、結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)指標(biāo)超過(guò)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，單臺(tái)能力不僅能達(dá)60萬(wàn)噸，而且可達(dá)180萬(wàn)噸。
同樣使用天然氣轉(zhuǎn)化氣為原料的上述具有代表性的幾種國(guó)外甲醇合成先進(jìn)技術(shù)和國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，用上述五個(gè)方面技術(shù)性能和數(shù)據(jù)比較可見(jiàn)二者水平的高低。
1、國(guó)產(chǎn)化循環(huán)比降到小于2，國(guó)外均高于2；甲醇凈值高達(dá)12%，超過(guò)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)。
2、國(guó)產(chǎn)合成塔溫差小，溫度分布均勻，采用國(guó)產(chǎn)催化劑性能好，國(guó)外專(zhuān)利商的水冷氣冷合成技術(shù)催化劑溫度范圍要求200~280℃，必需用國(guó)外專(zhuān)用催化劑因而受其控制。國(guó)產(chǎn)化甲醇合成副產(chǎn)蒸汽達(dá)1.1噸，國(guó)外聯(lián)合反應(yīng)器部分反應(yīng)熱用于加熱合成氣，副產(chǎn)蒸汽只有0.8噸/噸。
3、國(guó)產(chǎn)塔CO單程轉(zhuǎn)化率高于88%，總轉(zhuǎn)化率高于99%，馳放氣量大幅減少，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、減排環(huán)保。
4、國(guó)產(chǎn)臥式塔催化劑裝填系數(shù)高，且采用化整為零，殼體和內(nèi)件優(yōu)化設(shè)計(jì)，單臺(tái)可達(dá)日產(chǎn)5000噸，而國(guó)外水冷－氣冷需要三臺(tái)。
在上述《現(xiàn)代煤化工新技術(shù)》一書(shū)中，在談到大型合成氨和甲醇不能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的原因中提出國(guó)內(nèi)對(duì)工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)不足，大型設(shè)備制造能力和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)水平的問(wèn)題，我們承認(rèn)國(guó)外有先進(jìn)的技術(shù)，但事實(shí)確實(shí)證明我國(guó)目前的硬件制造能力和甲醇合成軟件的開(kāi)發(fā)已經(jīng)有相當(dāng)能力和水平，如華東理工大學(xué)一些合成塔研究論文，在國(guó)外文獻(xiàn)資料上也占有相當(dāng)重要的地位。內(nèi)蒙使用首臺(tái)臥式水冷甲醇合成塔，設(shè)計(jì)壓力高達(dá)11.5MPa，采用高強(qiáng)度耐熱低合金鋼，板厚達(dá)135mm，總重近二百?lài)崳瑥牟牧现圃臁⒃O(shè)備設(shè)計(jì)和加工都是由國(guó)內(nèi)企業(yè)完成的，創(chuàng)造了多項(xiàng)首次紀(jì)錄。
正如書(shū)中所言，合成塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)模擬國(guó)外是不會(huì)泄露的，即使一些國(guó)外公司希望國(guó)產(chǎn)化甲醇塔能使用他們的催化劑時(shí)，也要求我們提供合成塔的具體結(jié)構(gòu)和尺寸，而不肯提供他們催化劑的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，然而我們不僅自主開(kāi)發(fā)和掌握了管殼水冷、分段冷激式、氣冷換熱以及管殼水冷－氣冷聯(lián)合反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型成功應(yīng)用于反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如早在10年前我們自主開(kāi)發(fā)的均溫低壓甲醇塔數(shù)學(xué)模型用于改進(jìn)哈氣化從國(guó)外引進(jìn)的冷激型塔，利用原合成圈裝置，在同樣殼體大小和國(guó)產(chǎn)同樣數(shù)量催化劑，在同樣原料氣和進(jìn)塔氣量情況下，提高合成甲醇含量和甲醇產(chǎn)量50%。這次經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，開(kāi)創(chuàng)性地成功開(kāi)發(fā)國(guó)外所沒(méi)有的臥式水冷甲醇合成塔數(shù)學(xué)模擬軟件，一步達(dá)到年產(chǎn)廿萬(wàn)噸的規(guī)模，投運(yùn)不到幾天就達(dá)到設(shè)計(jì)能力，而有的從國(guó)外引進(jìn)合成裝置開(kāi)車(chē)幾年也未達(dá)設(shè)計(jì)能力，國(guó)外公司以超過(guò)二年質(zhì)保期為由而不再負(fù)責(zé)解決技術(shù)問(wèn)題。盡管我們?cè)谀承┰O(shè)備設(shè)計(jì)和軟件技術(shù)上仍有不足，但通過(guò)如浙江大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)化機(jī)所使用引進(jìn)和掌握CFD流體力學(xué)、有限元分析等軟件，可以成功完成大型甲醇合成的國(guó)產(chǎn)化，幾年前中國(guó)石化協(xié)會(huì)組成國(guó)內(nèi)幾家甲醇合成專(zhuān)利商完成上報(bào)年產(chǎn)160萬(wàn)噸大甲醇技術(shù)方案，我們還超前于國(guó)外進(jìn)行了化工－電力IGCC多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。相信有國(guó)內(nèi)企業(yè)的支持，有我國(guó)設(shè)計(jì)院、工程院及高校的緊密合作，年產(chǎn)百萬(wàn)噸大甲醇國(guó)產(chǎn)化將能早日實(shí)現(xiàn)。