浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械廠自1989年開始進(jìn)行zFJ冷管型甲醇合成塔內(nèi)件的研發(fā)工作(內(nèi)件規(guī)格從φ5OO mm～φ1 400mm)，至今共生產(chǎn)各種型號(hào)的甲醇塔內(nèi)件400余臺(tái)。2001年成功開發(fā)了01 200 mm、φ1 000 mmZFJ冷管型甲醇合成塔內(nèi)件，先后在安徽、河南、山東等地投入運(yùn)行；2003年開始φ1 400 mmZFJ型甲醇塔內(nèi)件的研發(fā)工作，2004年順利完成制作并于同年3月25日在安徽投人運(yùn)行，運(yùn)行情況良好。
1 φ1 400 mm ZFJ冷管型甲醇合成塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)思路
1．1 觸媒層移熱方式的確定
甲醇合成反應(yīng)的特點(diǎn)是強(qiáng)放熱，而且聯(lián)醇觸媒活性溫度低。以C207觸媒為例，在15 MPa、260℃僅有CO參與甲醇合成反應(yīng)時(shí)，其反應(yīng)熱為1 734、53 kJ／mol(414．96 kcaL／mo1)，且活化能為94．98kJ／mol，后。為7．734×10 S～。根據(jù)中壓聯(lián)醇合成反應(yīng)的平衡溫度曲線和*適宜溫度曲線，
在設(shè)計(jì)內(nèi)件觸媒筐的移熱方式時(shí)充分考慮了以下幾點(diǎn)：
(1)從甲醇合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來看，要求氣體人塔后迅速達(dá)到較高的溫度，并隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐步降低床層反應(yīng)溫度來提高合成效率。但由于C207等常用甲醇觸媒的活性溫度范圍為220～290℃，*高操作溫度要求低于290oC，從延長觸媒的使用壽命考慮，床層軸向溫差應(yīng)小于20℃較為合適。
(2)由于甲醇觸媒活性范圍較窄，合成塔高徑比較小，若要利用整塔觸媒的活性還必須保證較小的同平面溫差，所以在冷管型移熱方式中必須保證冷管分布的**均勻。
(3)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，在完成氣體量80％的反應(yīng)后，要求床層溫度略有下降，以利于甲醇的合成，使操作線更逼近*適宜溫度曲線。而且在觸媒使用后期，可利用底部反應(yīng)溫度較低的部分觸媒進(jìn)行強(qiáng)化生產(chǎn)，提高整塔觸媒的利用率。因此**的均溫并不利于合成率的提高。采用單管折流冷管連續(xù)換熱方式能較好地達(dá)到上述要求，通過詳實(shí)計(jì)算，確定冷管面積和上、下行冷管數(shù)量的配比，使整塔軸向溫差控制在較小的范圍，同時(shí)采取措施降低觸媒層底部溫度。為設(shè)置盡可能多而均勻分布冷管并確保結(jié)構(gòu)可靠性，冷管膽應(yīng)采用多環(huán)結(jié)構(gòu)。
1．2 內(nèi)件底部換熱器的設(shè)計(jì)
對(duì)甲醇合成塔來說，底部換熱器的設(shè)計(jì)較為關(guān)鍵。換熱面積的大小直接影響床層溫度的分布：換熱面積太大，使進(jìn)入觸媒層0m的氣體溫度太高，需要較大的循環(huán)量，且出口甲醇含量降低，雖然生產(chǎn)能力增加，但床層阻力也隨之增大，電耗增加，且易造成觸媒粉化而使其壽命縮短；如果設(shè)計(jì)面積太小，進(jìn)入觸媒層的氣體溫度太低，達(dá)不到反應(yīng)起活溫度，則需要犧牲一段觸媒先提溫，觸媒利用率較低，也縮短了觸媒的使用周期。為節(jié)省用戶投資，采用了高效螺旋板換熱器，具有換熱系數(shù)大、換熱效果好的特點(diǎn)，與列管換熱器相比可以提高觸媒筐的容積利用系數(shù)，但阻力相對(duì)較大。
