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：濮陽龍宇化工有限責任公司設備部 河南濮陽市 457000

E-mail：lth33@sohu.com

1.概述

濮陽龍宇化工有限責任公司的前身是濮陽市甲醇廠，2008年之前的甲醇生產能力為10萬t/a，采用國際上先進的原西德魯奇（Lurgi)低壓法甲醇合成工藝，是國內第一套以天然氣與水煤氣混合生產甲醇的裝置。其關鍵設備之一是兩套合成塔系統（老塔1992年投用，新塔1998年投用），合成塔采用管殼外冷—絕熱復合式固定床催化反應器，內部為列管式結構，殼程為冷卻水，管程裝填催化劑。它們可單獨一塔使用，也可并聯同時使用。基本流程為：甲醇合成氣預熱至225℃后在一定壓力下進入合成塔管程，在催化劑（銅基觸媒）作用下，反應生成甲醇和水。這是一個體積縮小的放熱反應，其主要反應式為：

反應生成的甲醇氣體出塔后經冷卻、分離、閃蒸獲得粗甲醇，而反應產生的熱量則被殼程中的冷卻水（沸騰水）帶走，轉換成蒸汽后供系統使用。

2.存在的問題

兩合成塔自1998年以來，存在催化劑利用率較低、使用壽命短的現象。特別是在催化劑使用后期，甲醇轉化率較低，造成系統負荷加不上，只能控制在90%負荷以下，使成本大幅度上升，嚴重制約了生產。針對這種情況，認真分析新、老合成塔的內部結構，研究歷次催化劑的裝卸記錄、使用情況，以找到問題的癥結所在。

甲醇合成氣從新塔塔頂封頭正上方進入塔內（進氣管口徑350mm），經氣體分布器實現分流。該氣體分布器底部為擋板，上面三層為環狀板，中間以十字筋板焊連。如圖1a所示，氣體自上部進來后再從環狀板之間的空隙向四周、而后向下流入塔內，透過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）進入管程進行反應。這種氣體分布器使氣體呈傘狀下流，在塔內分布不均勻，出現“偏流”現象。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，氣流由此大量進入列管。這樣結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、部分觸媒又負荷過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、結塊，降低了觸媒的壽命，而觸媒的燒結又進一步阻滯了氣體進入管程，使觸媒的利用率更低。以上是新合成系統甲醇轉化率低的根本原因。老合成塔沒有氣體分布器，入塔氣直接從塔頂以45°方向進入塔內，同樣存在氣體“偏流”現象（圖2a）。這使老塔管板上的觸媒在進氣口下方積聚成堆，而其他地方的觸媒被吹開，露出管板。這也造成了氣流分布不均，部分觸媒燒結，影響觸媒使用率，降低觸媒使用壽命的問題。

3.改造措施

這一要求。對新塔，用8mm厚鋼板制作三個像喇叭口一樣的大小頭，它們的小端對齊，環環相套，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氣口相連接，大頭的延長線略大于管板外圓。入塔氣體經過這兩種新型分布器后都能均勻地流向管板面的外、中、內三部分，達到氣流均布的目的，從而避免管板上觸媒成堆、燒結，管程內氣流分布不均，觸媒利用率偏低、壽命縮短的問題。

4.效果

在2007年8月裝置大修、更換催化劑的過程中，對新、老合成塔分別安裝上述兩種新型氣體分布器。開車后經過催化劑升溫還原、小負荷生產之后，還進行了滿負荷測試，創下日產352t甲醇的最高紀錄，生產負荷超過以往任何時期。經過此后近半年的連續運行，觸媒使用率大幅上升，甲醇轉化率也顯著提高，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。增加的氣量每小時可增產甲醇1.4t（按噸甲醇耗氣2850m3計），全年生產按照8000h計算，可增加產量11200t，每噸甲醇按照2500元均價計算，全年可增加產值2800萬元，效益巨大。這說明以前合成塔存在的問題基本得到解決，新型氣體分布器在新老合成塔上的應用效果良好，提高了合成催化劑利用率和甲醇產量，降低了能耗。兩種新型分布器已在2009年5月獲得國家專利局實用新型發明專利。 W10.01-29