甲醇合成塔氣體分布器改造

劉天匯 賀瑞民 魏聚廣 陳西伍

作者通聯(lián)：濮陽(yáng)龍宇化工有限責(zé)任公司設(shè)備部 河南濮陽(yáng)市 457000

E-mail：lth33@sohu.com

1.概述

濮陽(yáng)龍宇化工有限責(zé)任公司的前身是濮陽(yáng)市甲醇廠(chǎng)，2008年之前的甲醇生產(chǎn)能力為10萬(wàn)t/a，采用國(guó)際上先進(jìn)的原西德魯奇（Lurgi)低壓法甲醇合成工藝，是國(guó)內(nèi)第一套以天然氣與水煤氣混合生產(chǎn)甲醇的裝置。其關(guān)鍵設(shè)備之一是兩套合成塔系統(tǒng)（老塔1992年投用，新塔1998年投用），合成塔采用管殼外冷—絕熱復(fù)合式固定床催化反應(yīng)器，內(nèi)部為列管式結(jié)構(gòu)，殼程為冷卻水，管程裝填催化劑。它們可單獨(dú)一塔使用，也可并聯(lián)同時(shí)使用?；玖鞒虨椋杭状己铣蓺忸A(yù)熱至225℃后在一定壓力下進(jìn)入合成塔管程，在催化劑（銅基觸媒）作用下，反應(yīng)生成甲醇和水。這是一個(gè)體積縮小的放熱反應(yīng)，其主要反應(yīng)式為：

反應(yīng)生成的甲醇?xì)怏w出塔后經(jīng)冷卻、分離、閃蒸獲得粗甲醇，而反應(yīng)產(chǎn)生的熱量則被殼程中的冷卻水（沸騰水）帶走，轉(zhuǎn)換成蒸汽后供系統(tǒng)使用。

2.存在的問(wèn)題

兩合成塔自1998年以來(lái)，存在催化劑利用率較低、使用壽命短的現(xiàn)象。特別是在催化劑使用后期，甲醇轉(zhuǎn)化率較低，造成系統(tǒng)負(fù)荷加不上，只能控制在90%負(fù)荷以下，使成本大幅度上升，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)。針對(duì)這種情況，認(rèn)真分析新、老合成塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，研究歷次催化劑的裝卸記錄、使用情況，以找到問(wèn)題的癥結(jié)所在。

甲醇合成氣從新塔塔頂封頭正上方進(jìn)入塔內(nèi)（進(jìn)氣管口徑350mm），經(jīng)氣體分布器實(shí)現(xiàn)分流。該氣體分布器底部為擋板，上面三層為環(huán)狀板，中間以十字筋板焊連。如圖1a所示，氣體自上部進(jìn)來(lái)后再?gòu)沫h(huán)狀板之間的空隙向四周、而后向下流入塔內(nèi)，透過(guò)管板上均勻分布的厚約200～300mm的銅基觸媒（催化劑）層（上覆10mm厚直徑為6mm的惰性瓷球）進(jìn)入管程進(jìn)行反應(yīng)。這種氣體分布器使氣體呈傘狀下流，在塔內(nèi)分布不均勻，出現(xiàn)“偏流”現(xiàn)象。由于高壓氣體的沖擊作用（空速），管板上中間部分漸漸隆起2～3m3的觸媒堆（夾雜惰性瓷球），阻滯了氣體流入該區(qū)域下面的列管；而觸媒堆以外的地方則因觸媒被吹起露出管板，氣流由此大量進(jìn)入列管。這樣結(jié)果就使管程中的觸媒受氣量不均勻，造成部分觸媒使用率低、部分觸媒又負(fù)荷過(guò)高而使催化劑提前失活。在被氣體偏流吹起的管板以上的觸媒堆處，反應(yīng)放出的大量熱量不能被冷卻水帶走而積聚，造成觸媒燒焦、結(jié)塊，降低了觸媒的壽命，而觸媒的燒結(jié)又進(jìn)一步阻滯了氣體進(jìn)入管程，使觸媒的利用率更低。以上是新合成系統(tǒng)甲醇轉(zhuǎn)化率低的根本原因。老合成塔沒(méi)有氣體分布器，入塔氣直接從塔頂以45°方向進(jìn)入塔內(nèi)，同樣存在氣體“偏流”現(xiàn)象（圖2a）。這使老塔管板上的觸媒在進(jìn)氣口下方積聚成堆，而其他地方的觸媒被吹開(kāi)，露出管板。這也造成了氣流分布不均，部分觸媒燒結(jié)，影響觸媒使用率，降低觸媒使用壽命的問(wèn)題。

3.改造措施

這一要求。對(duì)新塔，用8mm厚鋼板制作三個(gè)像喇叭口一樣的大小頭，它們的小端對(duì)齊，環(huán)環(huán)相套，間隔均勻，中間以筋板十字焊接固定（圖4）。該分布器的外層小頭與塔體進(jìn)氣口相連接，大頭的延長(zhǎng)線(xiàn)略大于管板外圓。入塔氣體經(jīng)過(guò)這兩種新型分布器后都能均勻地流向管板面的外、中、內(nèi)三部分，達(dá)到氣流均布的目的，從而避免管板上觸媒成堆、燒結(jié)，管程內(nèi)氣流分布不均，觸媒利用率偏低、壽命縮短的問(wèn)題。

4.效果

在2007年8月裝置大修、更換催化劑的過(guò)程中，對(duì)新、老合成塔分別安裝上述兩種新型氣體分布器。開(kāi)車(chē)后經(jīng)過(guò)催化劑升溫還原、小負(fù)荷生產(chǎn)之后，還進(jìn)行了滿(mǎn)負(fù)荷測(cè)試，創(chuàng)下日產(chǎn)352t甲醇的最高紀(jì)錄，生產(chǎn)負(fù)荷超過(guò)以往任何時(shí)期。經(jīng)過(guò)此后近半年的連續(xù)運(yùn)行，觸媒使用率大幅上升，甲醇轉(zhuǎn)化率也顯著提高，新鮮氣最高可以加到42000m3/h,而改造前新鮮氣最高只能加到38000m3/h。增加的氣量每小時(shí)可增產(chǎn)甲醇1.4t（按噸甲醇耗氣2850m3計(jì)），全年生產(chǎn)按照8000h計(jì)算，可增加產(chǎn)量11200t，每噸甲醇按照2500元均價(jià)計(jì)算，全年可增加產(chǎn)值2800萬(wàn)元，效益巨大。這說(shuō)明以前合成塔存在的問(wèn)題基本得到解決，新型氣體分布器在新老合成塔上的應(yīng)用效果良好，提高了合成催化劑利用率和甲醇產(chǎn)量，降低了能耗。兩種新型分布器已在2009年5月獲得國(guó)家專(zhuān)利局實(shí)用新型發(fā)明專(zhuān)利。 W10.01-29