煤制年产60万吨甲醇合成工艺路线的选择
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3.结 论
甘肃景电灌区由于不合理的人为因素和盆状地形而使土壤此生 盐渍化现象严重。 本试验对施加秸秆改善土壤物理性状在实验设计的 Cl-/SO42-浓 度 范 围 内 是 否 会 影 响 秸 秆 分 解 速 率 以 及 对 土 壤 结 构 的 影 响 做了尝试性研究 。 结果表明,Cl-/SO42-在本研究条件下,对盐化土壤秸 秆有机碳分解速率无明显影响; 添加秸秆增加了土壤中有机碳的含
Lurgi 公 司 :专 利 费 、基 础 设 计 费 、甲 醇 合 成 塔 、技 术 服 务 费 、催 化 剂 、培 训 费 合 计 1038 万 元 (¥10700 万 元 )。 其 它¥11132 万 元 ,合 计 ¥21849 万元。
华 东 理 工 : 兖 矿 国 宏 50 万 吨/年 甲 醇 合 成 系 统 投 资 :¥7849 万 元 (含合成塔),压缩机系统 6230 万元。 总计¥14079 万元。 年产 60 万吨 甲醇合成总投资需放大 1.1 倍,即¥15486 万元。
当前国内外产能较大、运行较成熟的甲醇合成工艺主要有:英国 Davy 公司“径向流蒸汽上升式甲醇合成器”技术、德国 Lurgi“气冷式反 应器+水冷式反应器”两段等温甲醇合成技术,以及华东理工大学双塔 并联“绝热-管壳外冷复合式反应器 ”技术。 工艺过程大致相同 ,主要区 别在于所采用的反应器不同,催化床层的温控方式有区别。
9
合成气循环比
--
5.35
1.5~1.9
5.25
10 循环功耗(含压缩功) kW
4700
6500
11000
11
新技术业绩(近 5 年 内)
套
投产 1,在 建1
投产无,在 建5
投产无,在建 1
12
公用工程消耗(吨甲醇耗)
电
kWh/t 0.48
3.36
3.33
循环水
t/t
69.03
33.6
79.2
725
【关键词】甲醇;合成;技术;选择 【Abstract】This article elaborated the domestic and foreign big methanol synthesis technology, through comparison in the technical characteristic, the investment, equipment transportation and reliability. The production 600,000 t/a methanol of Yulin Energy&Chemical synthesis process route's selection. 【Key words】Methanol;Synthesis;Technology;Choice
科技信息
○企业论坛○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2009 年 第 27 期
煤制年产 60 万吨甲醇合成工艺路线的选择
马 飞 高春雷 (兖州煤业榆林能化有限公司 陕西 榆林 719000)
【摘 要】本文通过在技术特性、投资、超限设备运输及可靠性等方面对国内外大甲醇合成技术进行比较 、分析,阐述了榆林能化年产 60 万 吨甲醇合成工艺路线的选择。
华东理工的绝热-管壳外冷复合式反应器设计较为传统, 兖矿国 宏 50 万吨/年甲醇选择了该技术,认为可靠。 触媒装填量较大。 操作弹 性 :~110% 。
5.投 资 比 较
本文数据来源于技术提供方的技术报价或技术交流资料。 Davy 公司:专利费、基础设计费、甲醇合成塔、技术服务费、催化剂 、培
训费合计$1500 万元(¥12375 万元)。 其它¥11132 万元,合计¥23507 万 元。
1.2 Lurgi“气冷式反应器-水冷式反应器”合成技术 Lurgi 公司根据甲醇合成反应的特点,研制开发了列管式反应器。 Lurgi 大 甲 醇 多 采 用 “气 冷 式 反 应 器+水 冷 式 反 应 器 ”两 段 等 温 甲 醇 合 成技术,不强求设置保护床。 水冷反应器的反应热由副产的中压蒸汽 带出,气冷反应器的反应热由与新鲜合成气逆流换热带出,实现热量 偶合。 其技术主要特点是:水冷反应器中反应控制简单,近似等温操 作,反应初期大部分床层温度在 220~230℃之间,温度变化小。 甲醇收 率高,能量效率高,副产中压蒸汽。 能准确、灵敏地控制反应温度,催化 剂床层的温度可以通过控制反应器壳程中水的饱和蒸汽压力来调节。 气冷反应器高平衡驱动力、高转化率,无催化剂中毒的可能,不需要反 应器给料预热器。 该项合成技术单系列生产能力大 ,循环比为 1.5,循 环气量较低,回路设备体积小。反应器出口甲醇含量可达 15%(摩尔分 率)投资成本低,可靠性高。 1.3 华东理工大学“双塔并联绝热-管壳外冷复合式反应器”技术 双塔并联“绝热-管壳外冷复合式反应器”:反应器分为上、下两个 部分,上部为绝热反应段,下部为管壳外冷反应段,是为了在进气温度 较低的情况下在绝热段提升反应气温度,进入列管时保证床层温差均 匀,保护列管进气口附近的触媒;单塔生产能力比相同直径的管壳外 冷反应器大 20%;列管尺寸放大为 44×2,管径增大减少了壁效应的发 生。 触媒寿命长,具有操作容易。 大甲醇中合成反应器、换热器、水冷 器、甲醇分离器等均双系列,循环机一台,无需设保护床。 2.主 要 设 备 比 较 2.1 Davy 技术 脱 氯 床 :¢3000mm ,L=6300mm , 材 质 : 炭 钢 脱 硫 床 :¢3000mm ,L=6300mm , 材 质 : 炭 钢 甲 醇 预 反 应 器 : 蒸 汽 上 升 式 ,¢4000mm,L<20000mm , 材 质 : 低 合 金 钢 甲 醇 反 应 器 :L<20m ,¢4000( 内 径)
[责任编辑:张新雷]
●
(上接第 710 页)由表 2 可以看出,用蒸馏水处理的 1 号土样粘粒 分散率较其他 4 个供试土样低,说明 Cl-/SO42-对土壤结构的破坏性 ;不 加秸秆的盐化土壤比添加秸秆的盐化土壤分散率高,添加秸秆可以极 有 效 地 改 善 土 壤 的 结 构 ,增 加 土 壤 大 团 聚 体 (greataggregate )的 含 量 , 提 高了土壤结构的稳定性; 表 2 中 1 号至 5 号土样 Cl-/SO42-呈现递增趋 势,粒径小于 0.002mm 的土壤粘粒含量无论是不加秸秆的还是加秸秆 的均呈现递减趋势,粘粒分散率亦呈递减趋势,说明土壤结构稳定。 实 验 所 得 的 基 本 结 论 是 :在 本 实 验 的 研 究 条 件 下 ,Cl-/SO42-越 高 ,土 壤 结 构越稳定。 但这一现象及原因还有待与进一步研究。
1.工 艺 特 性 比 较 1.1 Davy“径向流蒸汽上升式甲醇合成器”技术 近 几 年 ,Davy 公 司 针 对 大 甲 醇 装 置 专 门 开 发 了 径 向 流 蒸 汽 上 升
式甲醇合成器,其主要特点是催化剂装填在壳侧,原料气从中心管进 入,并从中心向四周辐射流动。 其技术主要特点是:采用气体径向流 动、蒸汽上升、合成器串/并联结构。 气体沿径向从内到外通过催化剂 床层,压力降较小。 副产中压蒸汽将反应热带走,通过控制蒸汽压力 来控制催化剂床层温度,接近等温。 CO+H2 转化率可达 98.5%。 对材料 的要求相对较低,合成器成本低,大甲醇为单系列。 但该工艺要求在反 应器之前设置保护床,对合成气进一步净化。
序号
项目
单位 Davy 公司 Lurgi 公司 华东理工
1
技术特点
ห้องสมุดไป่ตู้
--
蒸汽上升式 气冷-水冷 绝热-管壳外冷 甲醇反应器 双塔串联 复合式反应器
2
合成塔数
台 2(1 大 1 小)
2
2
4
合成反应压力
bar
53.4
84
82
5
合成塔压降
bar
<1.0
5.0
4.0
6
催化剂寿命
年
4
3
2
催化剂装填数量
m3
117
科技信息
○企业论坛○
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2009 年 第 27 期
锅炉给水
t/t
0.98
1.17
1.02
中压蒸汽
t/t
0.22
0.456
0.616
副产蒸汽
t/t
0.881
1.062
1.009
注:Lurgi 按日产 2200 吨为设计基础,且留有 10%的设 计 余 量 ,所 有 运 行 数 据约增加 20%。
6.结 论
数据表明,华东技术一次性投资较低,但从运行消耗及我公司二 期 180 万吨/年甲醇项目技术引进、消化和人员培养考虑,华东技 术 运 行消耗较大且不宜实现大型化。 Davy 与 Lurgi 的投资成本相差无几 , 可以认为在经济上是基本相近的。 Lurgi 的水冷反应器换热能力大,平 均收率也高,催化剂成本相对较低,产率大且能耗低,循环量小,运行 成本低,技术可靠,操作适应性强。 最终选择了 Lurgi 的气冷串水冷反 应器合成工艺技术。 根据我公司近期甲醇合成运行情况看,反应器床 层温度受合成气组分影响较大,一般易控制,副反应产物少,较稳定。 因上游工序原因,暂未满负荷运行。 科
4.技 术 可 靠 性 及 操 作 弹 性 分 析 Davy 的径向流蒸汽上升式合成技术:设计理念较为 先 进 ,触 媒 装
填量较传统,较为可靠。 触媒装填量较传统,循环量大,保证产能为 2200t/d。 操作弹性:50~100%。
Lurgi 气 冷 式 反 应 器+水 冷 式 反 应 器 合 成 技 术 : 设 计 理 念 较 为 先 进,循环量小,反应产率高。 操作弹性:50~110%,产能可达 2400t/d。 通 过与设计院交流核算,该产量可以实现,可靠。
80.9
114.1
7 出合成塔气甲醇含量 mol%
6.11
16.98
6.97
合成气消耗
Nm3/h 190975
190536
198392
以吨精甲醇计 Nm3/t 2291.7
2287.3
2380.7
8
入塔气量
Nm3/h 1267165 687106
1159000
吹除气量
Nm3/h 15220
7827
14586
循环气压缩机:汽轮机驱动,轴功率 4700kW 合成塔国内制造及大件运输的可能性: 因甲醇合成塔结构特殊, 国内制造难度较大, 要求主要设备必须进口。 合成塔的详细设计由 Davy 完成。 大件可以运输,也可以考虑分段运输到现场组焊。 2.2 Lurgi 技术 甲 醇 合 成 塔 : 水 冷 管 壳 式 合 成 塔 ,¢3900mm ( 内 径 ), 管 长 度 : 7000mm;壳体碳钢、管体特殊材料,内装触媒 38.6m3。 气冷管壳式合成 塔 ,¢2600mm(内 径 ),管 长 度 :10000mm;壳 体 碳 钢 、管 体 特 殊 材 料 ,内 装触媒 43.3 m3 甲醇联合机组:离心式压缩机,汽轮机驱动,轴功率 8100kW 合 成 塔 国 内 制 造 及 大 件 运 输 的 可 能 性 :Lurgi 同 意 有 资 质 的 厂 家 制造水冷反应器,但气冷反应器必须进口。 合成塔的详细设计由 Lurgi 完成。 大件可以运输。 2.3 华东理工大学技术 甲 醇 反 应 器 : 管 壳 外 冷 - 绝 热 复 合 式 ,¢ 4000mm, 管 子 长 度 7000mm ,操 作 压 力 :8.2MPa 甲醇联合压缩机:汽轮机驱动。 合成塔国内制造及大件运输的可能性:可以国内制造,大件可以 运输。 3.经 济 运 行 参 数 比 较 表 1 Davy、Lurgi 及华东理工甲醇合成技术运行参数对照表
兖州煤业榆林能化有限公司甲醇厂年产 240 万吨一期年产 60 万 吨 的 甲 醇 装 置 ,日 生 产 能 力 2000 吨 甲 醇 ,于 2005 年 4 月 开 始 工 程 建 设 ,2008 年 12 月 29 日 一 次 投 料 试 车 成 功 ,全 系 统 流 程 打 通 ,产 出 合 格甲醇。 该装置是目前国内煤制甲醇在生产中单系统最大的装置,因 此甲醇合成技术的选择是关键。
量 ,从 而 可 以 有 效 地 改 善 土 壤 的 结 构 状 况 ;Cl-/SO42-愈 高 ,分 散 性 粘 粒 含量愈低,土壤结构愈稳定,但对这一现象及原有还有待于进一步研 究。 科
● 【参考文献】
甘肃景电灌区由于不合理的人为因素和盆状地形而使土壤此生 盐渍化现象严重。 本试验对施加秸秆改善土壤物理性状在实验设计的 Cl-/SO42-浓 度 范 围 内 是 否 会 影 响 秸 秆 分 解 速 率 以 及 对 土 壤 结 构 的 影 响 做了尝试性研究 。 结果表明,Cl-/SO42-在本研究条件下,对盐化土壤秸 秆有机碳分解速率无明显影响; 添加秸秆增加了土壤中有机碳的含
Lurgi 公 司 :专 利 费 、基 础 设 计 费 、甲 醇 合 成 塔 、技 术 服 务 费 、催 化 剂 、培 训 费 合 计 1038 万 元 (¥10700 万 元 )。 其 它¥11132 万 元 ,合 计 ¥21849 万元。
华 东 理 工 : 兖 矿 国 宏 50 万 吨/年 甲 醇 合 成 系 统 投 资 :¥7849 万 元 (含合成塔),压缩机系统 6230 万元。 总计¥14079 万元。 年产 60 万吨 甲醇合成总投资需放大 1.1 倍,即¥15486 万元。
当前国内外产能较大、运行较成熟的甲醇合成工艺主要有:英国 Davy 公司“径向流蒸汽上升式甲醇合成器”技术、德国 Lurgi“气冷式反 应器+水冷式反应器”两段等温甲醇合成技术,以及华东理工大学双塔 并联“绝热-管壳外冷复合式反应器 ”技术。 工艺过程大致相同 ,主要区 别在于所采用的反应器不同,催化床层的温控方式有区别。
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合成气循环比
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5.35
1.5~1.9
5.25
10 循环功耗(含压缩功) kW
4700
6500
11000
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新技术业绩(近 5 年 内)
套
投产 1,在 建1
投产无,在 建5
投产无,在建 1
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公用工程消耗(吨甲醇耗)
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kWh/t 0.48
3.36
3.33
循环水
t/t
69.03
33.6
79.2
725
【关键词】甲醇;合成;技术;选择 【Abstract】This article elaborated the domestic and foreign big methanol synthesis technology, through comparison in the technical characteristic, the investment, equipment transportation and reliability. The production 600,000 t/a methanol of Yulin Energy&Chemical synthesis process route's selection. 【Key words】Methanol;Synthesis;Technology;Choice
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2009 年 第 27 期
煤制年产 60 万吨甲醇合成工艺路线的选择
马 飞 高春雷 (兖州煤业榆林能化有限公司 陕西 榆林 719000)
【摘 要】本文通过在技术特性、投资、超限设备运输及可靠性等方面对国内外大甲醇合成技术进行比较 、分析,阐述了榆林能化年产 60 万 吨甲醇合成工艺路线的选择。
华东理工的绝热-管壳外冷复合式反应器设计较为传统, 兖矿国 宏 50 万吨/年甲醇选择了该技术,认为可靠。 触媒装填量较大。 操作弹 性 :~110% 。
5.投 资 比 较
本文数据来源于技术提供方的技术报价或技术交流资料。 Davy 公司:专利费、基础设计费、甲醇合成塔、技术服务费、催化剂 、培
训费合计$1500 万元(¥12375 万元)。 其它¥11132 万元,合计¥23507 万 元。
1.2 Lurgi“气冷式反应器-水冷式反应器”合成技术 Lurgi 公司根据甲醇合成反应的特点,研制开发了列管式反应器。 Lurgi 大 甲 醇 多 采 用 “气 冷 式 反 应 器+水 冷 式 反 应 器 ”两 段 等 温 甲 醇 合 成技术,不强求设置保护床。 水冷反应器的反应热由副产的中压蒸汽 带出,气冷反应器的反应热由与新鲜合成气逆流换热带出,实现热量 偶合。 其技术主要特点是:水冷反应器中反应控制简单,近似等温操 作,反应初期大部分床层温度在 220~230℃之间,温度变化小。 甲醇收 率高,能量效率高,副产中压蒸汽。 能准确、灵敏地控制反应温度,催化 剂床层的温度可以通过控制反应器壳程中水的饱和蒸汽压力来调节。 气冷反应器高平衡驱动力、高转化率,无催化剂中毒的可能,不需要反 应器给料预热器。 该项合成技术单系列生产能力大 ,循环比为 1.5,循 环气量较低,回路设备体积小。反应器出口甲醇含量可达 15%(摩尔分 率)投资成本低,可靠性高。 1.3 华东理工大学“双塔并联绝热-管壳外冷复合式反应器”技术 双塔并联“绝热-管壳外冷复合式反应器”:反应器分为上、下两个 部分,上部为绝热反应段,下部为管壳外冷反应段,是为了在进气温度 较低的情况下在绝热段提升反应气温度,进入列管时保证床层温差均 匀,保护列管进气口附近的触媒;单塔生产能力比相同直径的管壳外 冷反应器大 20%;列管尺寸放大为 44×2,管径增大减少了壁效应的发 生。 触媒寿命长,具有操作容易。 大甲醇中合成反应器、换热器、水冷 器、甲醇分离器等均双系列,循环机一台,无需设保护床。 2.主 要 设 备 比 较 2.1 Davy 技术 脱 氯 床 :¢3000mm ,L=6300mm , 材 质 : 炭 钢 脱 硫 床 :¢3000mm ,L=6300mm , 材 质 : 炭 钢 甲 醇 预 反 应 器 : 蒸 汽 上 升 式 ,¢4000mm,L<20000mm , 材 质 : 低 合 金 钢 甲 醇 反 应 器 :L<20m ,¢4000( 内 径)
[责任编辑:张新雷]
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(上接第 710 页)由表 2 可以看出,用蒸馏水处理的 1 号土样粘粒 分散率较其他 4 个供试土样低,说明 Cl-/SO42-对土壤结构的破坏性 ;不 加秸秆的盐化土壤比添加秸秆的盐化土壤分散率高,添加秸秆可以极 有 效 地 改 善 土 壤 的 结 构 ,增 加 土 壤 大 团 聚 体 (greataggregate )的 含 量 , 提 高了土壤结构的稳定性; 表 2 中 1 号至 5 号土样 Cl-/SO42-呈现递增趋 势,粒径小于 0.002mm 的土壤粘粒含量无论是不加秸秆的还是加秸秆 的均呈现递减趋势,粘粒分散率亦呈递减趋势,说明土壤结构稳定。 实 验 所 得 的 基 本 结 论 是 :在 本 实 验 的 研 究 条 件 下 ,Cl-/SO42-越 高 ,土 壤 结 构越稳定。 但这一现象及原因还有待与进一步研究。
1.工 艺 特 性 比 较 1.1 Davy“径向流蒸汽上升式甲醇合成器”技术 近 几 年 ,Davy 公 司 针 对 大 甲 醇 装 置 专 门 开 发 了 径 向 流 蒸 汽 上 升
式甲醇合成器,其主要特点是催化剂装填在壳侧,原料气从中心管进 入,并从中心向四周辐射流动。 其技术主要特点是:采用气体径向流 动、蒸汽上升、合成器串/并联结构。 气体沿径向从内到外通过催化剂 床层,压力降较小。 副产中压蒸汽将反应热带走,通过控制蒸汽压力 来控制催化剂床层温度,接近等温。 CO+H2 转化率可达 98.5%。 对材料 的要求相对较低,合成器成本低,大甲醇为单系列。 但该工艺要求在反 应器之前设置保护床,对合成气进一步净化。
序号
项目
单位 Davy 公司 Lurgi 公司 华东理工
1
技术特点
ห้องสมุดไป่ตู้
--
蒸汽上升式 气冷-水冷 绝热-管壳外冷 甲醇反应器 双塔串联 复合式反应器
2
合成塔数
台 2(1 大 1 小)
2
2
4
合成反应压力
bar
53.4
84
82
5
合成塔压降
bar
<1.0
5.0
4.0
6
催化剂寿命
年
4
3
2
催化剂装填数量
m3
117
科技信息
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SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2009 年 第 27 期
锅炉给水
t/t
0.98
1.17
1.02
中压蒸汽
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0.22
0.456
0.616
副产蒸汽
t/t
0.881
1.062
1.009
注:Lurgi 按日产 2200 吨为设计基础,且留有 10%的设 计 余 量 ,所 有 运 行 数 据约增加 20%。
6.结 论
数据表明,华东技术一次性投资较低,但从运行消耗及我公司二 期 180 万吨/年甲醇项目技术引进、消化和人员培养考虑,华东技 术 运 行消耗较大且不宜实现大型化。 Davy 与 Lurgi 的投资成本相差无几 , 可以认为在经济上是基本相近的。 Lurgi 的水冷反应器换热能力大,平 均收率也高,催化剂成本相对较低,产率大且能耗低,循环量小,运行 成本低,技术可靠,操作适应性强。 最终选择了 Lurgi 的气冷串水冷反 应器合成工艺技术。 根据我公司近期甲醇合成运行情况看,反应器床 层温度受合成气组分影响较大,一般易控制,副反应产物少,较稳定。 因上游工序原因,暂未满负荷运行。 科
4.技 术 可 靠 性 及 操 作 弹 性 分 析 Davy 的径向流蒸汽上升式合成技术:设计理念较为 先 进 ,触 媒 装
填量较传统,较为可靠。 触媒装填量较传统,循环量大,保证产能为 2200t/d。 操作弹性:50~100%。
Lurgi 气 冷 式 反 应 器+水 冷 式 反 应 器 合 成 技 术 : 设 计 理 念 较 为 先 进,循环量小,反应产率高。 操作弹性:50~110%,产能可达 2400t/d。 通 过与设计院交流核算,该产量可以实现,可靠。
80.9
114.1
7 出合成塔气甲醇含量 mol%
6.11
16.98
6.97
合成气消耗
Nm3/h 190975
190536
198392
以吨精甲醇计 Nm3/t 2291.7
2287.3
2380.7
8
入塔气量
Nm3/h 1267165 687106
1159000
吹除气量
Nm3/h 15220
7827
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循环气压缩机:汽轮机驱动,轴功率 4700kW 合成塔国内制造及大件运输的可能性: 因甲醇合成塔结构特殊, 国内制造难度较大, 要求主要设备必须进口。 合成塔的详细设计由 Davy 完成。 大件可以运输,也可以考虑分段运输到现场组焊。 2.2 Lurgi 技术 甲 醇 合 成 塔 : 水 冷 管 壳 式 合 成 塔 ,¢3900mm ( 内 径 ), 管 长 度 : 7000mm;壳体碳钢、管体特殊材料,内装触媒 38.6m3。 气冷管壳式合成 塔 ,¢2600mm(内 径 ),管 长 度 :10000mm;壳 体 碳 钢 、管 体 特 殊 材 料 ,内 装触媒 43.3 m3 甲醇联合机组:离心式压缩机,汽轮机驱动,轴功率 8100kW 合 成 塔 国 内 制 造 及 大 件 运 输 的 可 能 性 :Lurgi 同 意 有 资 质 的 厂 家 制造水冷反应器,但气冷反应器必须进口。 合成塔的详细设计由 Lurgi 完成。 大件可以运输。 2.3 华东理工大学技术 甲 醇 反 应 器 : 管 壳 外 冷 - 绝 热 复 合 式 ,¢ 4000mm, 管 子 长 度 7000mm ,操 作 压 力 :8.2MPa 甲醇联合压缩机:汽轮机驱动。 合成塔国内制造及大件运输的可能性:可以国内制造,大件可以 运输。 3.经 济 运 行 参 数 比 较 表 1 Davy、Lurgi 及华东理工甲醇合成技术运行参数对照表
兖州煤业榆林能化有限公司甲醇厂年产 240 万吨一期年产 60 万 吨 的 甲 醇 装 置 ,日 生 产 能 力 2000 吨 甲 醇 ,于 2005 年 4 月 开 始 工 程 建 设 ,2008 年 12 月 29 日 一 次 投 料 试 车 成 功 ,全 系 统 流 程 打 通 ,产 出 合 格甲醇。 该装置是目前国内煤制甲醇在生产中单系统最大的装置,因 此甲醇合成技术的选择是关键。
量 ,从 而 可 以 有 效 地 改 善 土 壤 的 结 构 状 况 ;Cl-/SO42-愈 高 ,分 散 性 粘 粒 含量愈低,土壤结构愈稳定,但对这一现象及原有还有待于进一步研 究。 科
● 【参考文献】