從陽煤集團深州化工有限公司獲悉：該公司采用南京聚拓化工科技有限公司開發的、擁有完全自主知識產權的新型徑向束管式水床大型加氫反應器，對一期20萬噸/年乙二醇裝置加氫B系統實施技術改造，已于今年8月1日成功投入運行，至8月7日裝置實現滿負荷運行，各項指標滿足工藝設計要求。截止到10月23日，該裝置已經連續穩定試運行兩個多月。
　　經工業化運行考核，目前以一個徑向床加氫反應器替代原來的2臺管殼式反應器，單塔達到設計的10萬噸草酸二甲酯(DMO)加氫制乙二醇的生產能力，產品全部達到優級品。塔阻力≤22KPa，還不到原來管殼式反應器的二分之一。溫度分布≤3℃。待裝置各方面條件優化后，即可能達到年產乙二醇20萬噸的運行能力。
實施技改 突破瓶頸
　　陽煤深州化工有限公司董事長柳小豐告訴記者，近年來，我國乙二醇產業也如同合成氨、甲醇等一樣，同期進入了裝置大型化的建設階段。目前，國內煤制乙二醇單套系統產量已經達到了30萬噸/年。國外的著名公司如ICI公司旗下的莊信萬豐的Davy公司、Casale公司、Topsoe公司等公司均在搶灘中國市場，幾乎全部的大型煤制甲醇、乙二醇成套技術均為國外跨國公司所占據。
　　中國石化集團公司經濟技術研究院副總工程師、教授級高工安福告訴記者，2017年底，全球有效乙二醇產能為3168萬噸/年;產量為2682萬噸/年，消費量為2705萬噸/年，仍保持較快增長。到2020年，預計產能將達到4051萬噸，需求約為3027萬噸;到2025年，全球產能預計達到4843萬噸，需求將達3543萬噸左右。
　　安福說，2017年，我國乙二醇產能達到881萬噸/年，產量613萬噸，進口量875萬噸。煤制乙二醇產能已占國內產能37%。預計2020年前，國內乙二醇新增產能約800萬噸/年，其中一半以上為煤制乙二醇。到2020年產能將達到1100萬噸/年左右，表觀消費量1520萬噸。
　　預計2025年，國內乙二醇產能將達1400萬噸/年，表觀消費量1750萬噸。受國際原油價格上漲因素刺激，我國煤制乙二醇進入新一輪建設高潮，且裝置大型化趨勢明顯。
　　上海化工研究院有限公司高級工程師、全國新型煤氣化技術發展委員會秘書長鄭偉中說，目前，我國煤制乙二醇的核心技術研發，在工藝設計、反應器及催化劑等方面都實現了國產化，不存在“卡脖子”問題。但在加氫工段單反應器產能大型化方面，仍受反應器結構、直徑、設備運輸、反應器阻力等因素的交互影響，限制了催化劑的裝填量，國外現有傳統的管殼式反應器單塔產能僅達到5萬噸/年。
　　另一方面，國內目前建設的大甲醇裝置(主要是80萬t/a以上規模)都是引進國外技術，催化劑也是打包銷售，大型煤基甲醇裝置匹配的合成氣凈化技術幾乎被國外所壟斷。煤制乙二醇雖然國內成套技術供應商與國外成套技術供應商形成分庭抗爭之勢，但40萬t/a項目國外占比較大且工藝包、核心設備、催化劑也是打包銷售。國內外技術供應商也都意識到要提高競爭力，必須實現和突破反應器等核心設備的大型化。如今，僅有南京聚拓科技公司在煤制乙二醇、甲醇反應器大型化研發、制造與工業化應用方面取得了業績。
　　柳小豐說，公司一期20萬噸/年乙二醇裝置的加氫B系統DMO加氫工段原為A/B兩個系列，每個系列各有2臺反應器，總計A、B、C、D四臺管殼式加氫反應器。因管殼式反應器采取軸向流，阻力較大，單塔前期正常生產阻力為45～55KPa，催化劑使用末期阻力最大曾達到100kPa，造成系統阻力超過設計，影響了裝置的安全長周期滿負荷運行。
　　本次技改是在原來工藝不變的條件下，采用南京聚拓研發的新型徑向束管式水床加氫反應器，只對B系統兩臺管殼式反應器進行置換，并對部分管線適配調整，改造后的徑向反應器利用原反應器的氣泡，反應器飽和水自然循環。
　　柳小豐說，此技改項目的成功投運，標志著長期困擾我國煤制乙二醇單反應器大型化的“腸梗阻”被徹底打通，從而為煤制乙二醇、甲醇等煤化工實現單系列、單反應器的大型化和裝置的大型化奠定了基礎。
找準痛點 戮力攻關
　　南京聚拓化工科技有限公司總經理王雪林告訴記者，近年來，我國煤制甲醇合成技術取得較大進展。國內自主開發的甲醇合成反應器主要有華東理工大學的“管殼外冷-絕熱復合式反應器”、杭州林達公司的“氣固相催化反應器”、南京國昌公司的“水冷板式反應器”和南京聚拓的“束管式水床甲醇反應器”，這些反應器由于結構或換熱的原因，單系列單反應器建設規模均小于60萬t/a。
　　中石化在甲醇合成工藝和技術方面也取得很大進步。中石化寧波工程有限公司具有大、中型甲醇裝置設計成功業績，完成了格爾木、玉門等中型甲醇裝置的設計，以及川維77萬噸/年乙炔尾氣制甲醇、重慶卡貝樂85萬噸/年天然氣制甲醇等大型裝置的設計。
　　煤制甲醇/乙二醇裝置的大型化對配套的催化劑也提出更高要求。寧波工程公司與南化院、南京聚拓合作開展過反應器的設計研究。在此基礎上，三方琮合作開展“大型徑向水冷型甲醇合成反應器技術開發”課題的研究，致力于配套服務中國石化MTO大型化技術，有助于打破國外在60萬t/a及以上甲醇裝置上技術壟斷，促進大型甲醇/乙二醇技術的國產化，促進國產催化劑在大型甲醇/乙二醇裝置上的應用。
　　王雪林說，大型甲醇合成塔分為兩類：一類是管殼式軸向流反應器，二類是徑向流反應器。軸向流反應器受氣體阻力限制，床層不能過高(一般有效段不超過7米)，這樣要想達到60萬噸/年以上甲醇產量，必須要有大容量的催化劑容量，軸向流反應器直徑達到4.6米以上，超出了合適的陸運尺寸，會大大提高運輸成本。另一方面，因直徑大、壓力高，管殼式反應器的管板尺寸越來越大、越來越厚(有的甚至超過500毫米)，又大大提高了管板的采購和機加工成本;所以高效的大型化反應器應優先考慮徑向流。
　　而國內部分廠家制造的徑向流反應器，因為比冷面積小、移熱能力差，不能適應國產催化劑的需要，從而限制了大型化的發展和工業化應用。
　　南京聚拓科技公司認真研究、分析了國內外同類反應器的技術現狀，下大力氣組織科研力量，在甲醇、乙二醇反應器及系統研究、新技術開發和推廣方面進行攻關，創造了一種稱之為“束管式水床反應器”，并取得了國家發明專利，經過持續的技術研發與市場推廣，取得了頗豐的成果。
南京聚拓科技公司董事長、總工程師盧健告訴記者，聚拓科技公司經過大量基礎性研究與創新，在自主研發的甲醇束管式水床反應器取得工業化應用的基礎上，開發了適用于乙二醇的DMO加氫反應條件下的“徑向束管式水床加氫反應器”，也取得了多個工業化應用業績，打破了傳統的管殼式反應器單系列、單反應器大型化的制約瓶頸，開創了國內這一領域的先河。
　　盧健說，南京聚拓科技公司開發的“束管式水床反應器”取得了多項技術突破與顯著特點：
　　一是采用小管板束管式結構。突破了大管板加工難度大、組裝困難等多種局限，為設備大型化打開了瓶頸。
　　二是采用無縫管多維彎制。與平管板平角焊縫焊接，提高了焊接可靠性能，減少了焊接量，從而可達到“本質安全”。
　　束管式技術是該反應器的一個突出特色。它沒有諸如管殼反應器、套管式反應器那樣的大管板;也沒有多層環管水管式反應器、螺旋繞管式反應器那樣有多層環管和全位置的焊接結構，也沒有板式塔那樣多的封板焊縫。因而使其設備可實現“本質安全”、可靠程度增加。
　　采用分散的小管板結構，使反應器的絕對密封容易實現。相比其它類型的反應器，焊縫量是最少的，僅只有管板與管子焊，完全可實現自動焊接，焊接質量十分有保證。
　　采用合適的材料，節省了大量的低合金鋼和不銹鋼等材料，從而節省了投資。
　　換熱部件采用較小的無縫鋼管，整根管系無對接焊縫，質量容易控制，從結構上杜絕了反應器的泄漏。
　　三是比冷面積大，移熱能力強，循環熱水不需要消耗動力。由于在催化劑床層中均勻地密布了內含高速流動的飽和水移熱的換熱管，管內水具有較強的蓄熱和移熱能力。管外為催化劑反應床層，每立方米催化劑配置的水管換熱面積較大，管內熱水利用上水和下水密度差，在重力的作用下自然循環，很方便地帶走了反應熱。它完全可以實現自然循環、方便高效地移熱和對床層溫度的精準控制。
　　四是采用徑向流，反應器床層阻力小。束管式水床反應器中的反應氣體流過催化劑層，是采用“向心徑向流”和“離心徑向流”方式，氣體徑向過催化劑床的同時，也橫掃過水管換熱層。由于路徑短、徑向面積大，因而阻力很小。甲醇生產運行時阻力降只有約0.1MPa，乙二醇反應器的阻力降只有約22Kpa，與管殼式軸向床的反應器相比，阻力要小很多，節能效果十分顯著，容易實現大型化。
　　五是所有換熱管采取整根三維彎管結構，自動消除熱應力。
　　王雪林告訴記者，南京聚拓科技公司開發的束管式水床反應器，不僅已經成功應用于草酸二甲酯加氫制乙二醇生產，此外也已成功應用于合成氣低壓合成甲醇、水煤氣變換。目前，這一新型反應器已經在甲醇合成領域投用的裝置有5套(廠家)：江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司、陽煤集團深州化工有限公司、吉林通化化工股份有限公司、山西宏源煤焦化工有限公司、內蒙古家景三聚新能源有限公司。
　　即將投產的裝置有5套(廠家)：萬華化學集團股份有限公司、九江心連心化肥有限公司、徐州偉天化工有限公司、鄂爾多斯市金誠泰化工有限公司、山東潤銀生物化工股份有限公司。其中，正在運行的甲醇裝置最大單反應器的壓力為5.5MPa、產能可達60萬噸/年。
　　等溫變換領域已經投產的裝置有1套：吉林通化化工股份有限公司。即將投產的裝置有2套：黑龍江省七臺河市隆鵬煤炭發展有限公司2臺、山東潤銀生物化工股份有限公司。
　　在煤制乙二醇領域，草酸二甲酯加氫制乙二醇已經投產的裝置有1套：陽煤集團深州化工有限公司。
　　上述已成功投運的與乙二醇類似結構的甲醇裝置反應器的實踐證明，束管式水床反應器完全適應大型化、徑向流、低阻力、高比冷面積、移熱能力強、配套國產催化劑、制造產業化、本質安全的目標。
多方合作 持續開發
　　王雪林告訴記者，南京聚拓公司是一家民營的國家級高新技術企業，在氨合成、變換、低壓甲醇、乙二醇反應器等多方面，已經擁有幾十項專利技術，其中有《固定床催化反應器》、《束管式水床反應器》、《準全徑向固定床反應器》、《束管水床移熱復合型CO變換裝置》、《立式組合式等溫反應器》、《準全徑向反應器》、《折流桿式波紋管熱交換器》、《氨冷-冷交組合式換熱器》等多項國家發明專利。《束管式水床甲醇反應器及工藝技術》、《DC節能氨合成反應器及工藝系統》被認定為國家“十三五”節能減排先進適用技術。
　　王雪林說，目前，我國針對煤制乙二醇等煤化工裝置日趨大型化，對反應器單臺設備大型化的需求也日益迫切，南京聚拓公司已與國內知名高等院校、科研院所與相關骨干企業，在氨合成、甲醇、乙二醇等領域結成戰略合作伙伴，展開聯合攻關。
　　公司先后與北京三聚環保科技股份有限公司簽署了戰略合作框架協議，雙方約定在釕基氨合成等領域展開廣泛深度合作;與北京三聚、三聚福大簽定了戰略合作協議，在等壓氨合成、釕基氨合成等領域展開研究工作，并已于2017年12月在江蘇，成功進行了3萬噸釕基氨合成工業化測試。
　　公司還與上海浦景化工技術股份有限公司簽署戰略合作框架協議，雙方約定在乙二醇羰化、乙二醇EG大型化反應器等方面展開廣泛合作;雙方已于今年5月，在山西某廠完成了3萬噸全徑向羰化反應器工業化裝置測試;由雙方共同合作研發的全國首套徑向羰化反應器即將正式投放市場。