林达大型低压甲醇合成塔在内蒙天野20万吨/年装置上的应用

    摘  要：本文简要介绍了具有我国自主知识产权、第一套大型化的均温型甲醇塔在内蒙天野开车及初步运行情况，充分显示其催化剂床层测温点多、温度分布均匀、运行稳定等特点。

关键词 ： 均温型  甲醇合成  甲醇生产  甲醇催化剂  催化剂升温还原 

 

1项目背景

    由于近几年原油价格持续上涨，内蒙天野化工有限责任公司决定将氨合成原料由油改为天然气，同时联产200kt/a甲醇，项目由五环工程公司设计。在甲醇合成技术选择上，公司通过对国内外现有几种技术的考察和比较分析，最终选定杭州林达公司这一具有国内自主知识产权、且性价比高的均温型低压甲醇合成技术。甲醇合成塔直径3米，触媒装填量47m³，合成压力7.8MPa。

2甲醇合成流程

    转化气与甲醇循环气经联合压缩机提压至7.9MPa，经入塔气预热器提温至150℃左右，进入甲醇合成塔冷管内与管外反应气进一步换热升温至240℃左右，然后出冷管进入管外触媒层反应，出合成塔气体温度 250℃左右，进入废热锅炉副产蒸汽后，经入塔气预热器管程加热入塔气并使自身进一步降温，然后依次进入脱盐水预热器、甲醇水冷器使反应气温度降至40℃，进入甲醇分离器。分离后的粗甲醇经闪蒸槽减压闪蒸后送甲醇精馏工段，分离后的气体大部分经循环机提压后重新进入甲醇合成塔反应，一小部分作为弛放气去氢回收。流程框图见图1。

图1  低压甲醇合成流程框图

3 甲醇合成主要设备（表1）

表1 甲醇合成主要设备

 

4 均温型甲醇合成塔结构

    均温型甲醇塔结构简图如图2，入塔气由进气口1进入合成塔，通过引气管6使气体均匀分配到各环管8，此结构可保证塔内气体径向均匀分布。然后气体进入下行冷管10与触媒层反应气体并流换热升温，再进入上行冷管9进一步与触媒层反应气体逆流换热升温，气体温度达到催化剂活性温度后进入触媒层17进行甲醇合成反应，反应后气体由出气口16出甲醇合成塔。

 

图2 甲醇反应器简图

1－进气口，2—分布器，3—小封头，4—小法兰，5—测温口，6－引气管，7－大法兰，8－上环管，9－上行管，10－下行管，11－外筒，12—下环管，13－支承板，14－卸料口，15－锥形帽，16—出气口， 17—触媒，18-大封头，19－隔板，20－填料函

    内蒙天野JW3000均温型甲醇合成塔内设有4组共28个测温点，这在内径3米、触媒床层高7米多的其他合成反应器中所少见。较多且合理的测温点分布能够在生产过程中更好的监测触媒层温度，对甲醇合成反应情况的掌握更加全面。

触媒层测温热电偶TE-01409-1～7、TE-01409-8～14、TE-01409-15～21、TE-01409-22～28均为7点式铠装热电偶，各点深度如下（以测温内套管法兰端面为零点）：

TE-01409-1/8：1800mm；TE-01409-2/9：3300mm；TE-01409-3/10：4500mm；TE-01409-4/11：5700mm；TE-01409-5/12：6900mm；TE-01409-6/13：8100mm；TE-01409-7/14：9300mm。

TE-01409-15/22：2070mm；TE-01409-16/23：3570mm；TE-01409-17/24：4770mm；TE-01409-18/25：5970mm；TE-01409-19/26：7170mm；TE-01409-20/27：8370mm；TE-01409-21/28：9570mm。

5 催化剂的升温还原

    甲醇合成催化剂选用四川天一科技股份有限公司XNC-98低压甲醇催化剂，装填量74.05t。

    升温还原的好坏将直接影响到催化剂的使用效果。升温还原基本原则是：严格控制水汽浓度不超过3.0g/m³，尽量做到低温下多出水。由于水汽浓度测定存在一定的滞后性和误差，因此一般将水汽浓度折成出水量以控制升温还原速度。低温出水有利于更好的发挥催化剂活性。

    甲醇合成催化剂的升温还原十分重要，为此天野公司甲醇车间专门组织催化剂厂家、林达公司及车间技术人员开会讨论，并确定以下要求：

    1.甲醇合成触媒在140℃开始配氢还原；

    2.还原前，测试配氢管线流量计FI01412的准确性，并分析合成塔出口氢含量，要求氢含量<0.2%，采用间断配氢方式；

    3.每半小时一次放水，并称量；

    4.根据联合压缩机特点，升温还原压力确定在1.2MPa；

    5.触媒还原末期温度在220~230℃；

    6.把合成塔入口氢浓度、氢耗作为重要参考指标；

    7.酒精擦拭测温内套管及测温热电偶，并经氮气吹干后回装；

    8.触媒层温差控制：轴向<10℃，径向<5℃；

    9.小时出水量应<150Kg，水汽浓度<3g/m³；

    10.合成塔塔壁温差<60℃，还原末期热点不超过235℃。

    11.升温还原末期控制氢含量在20%左右，合成气置换时床层温度降至210℃；

    升温还原自2005.12.1  17：00开始至2005.12.6  07：00结束，累计耗时110h。升温还原过程中系统压力基本维持在1.2~1.4MPa，循环量55000~60000Nm3/h。整个升温还原过程中触媒层温度分布均匀，平面温差<3℃，轴向温差<10℃，出水均匀，整个升温还原过程累计出水14076.5Kg，180℃之前出水合计12341.5Kg ，占总出水量的88.31%，做到了低温下多出水。升温还原数据摘录及触媒层温度分布数据见表2、表3。

表2  升温还原过程触媒层温度分布数据

 

 

表3  甲醇合成触媒升温还原数据摘录

 

6 甲醇合成塔运行情况及几点看法

    甲醇合成系统于2005-12-7转入轻负荷生产阶段，由于受天然气量不足制约，生产负荷尚未加满，甲醇目前日产约650t。2006-1-1的生产数据见表4、表5。

    从甲醇塔开车投产及运行情况看出：①催化剂升温还原温差小，几乎为等温还原，出水均匀平稳；②投运后，热点温度在230℃就能稳定操作，CO转化率高；③合成塔装填系数大，同等生产能力管壳式塔需4米。

    内蒙天野投运的甲醇合成塔为林达首套大型化甲醇塔，在生产过程中显示出触媒层温差小、操作控制容易、生产弹性较大等特点，充分证明了林达大型甲醇合成塔具有较高的技术水平。

表4  内蒙天野φ3000甲醇合成生产数据摘录（2006.1.1）

 

表5  内蒙天野φ3000甲醇合成生产数据摘录（2006.1.1）