甲醇合成塔气体分布器改造

刘天汇 贺瑞民 魏聚广 陈西伍

作者通联：濮阳龙宇化工有限责任公司设备部 河南濮阳市 457000

E-mail：lth33@sohu.com

1.概述

濮阳龙宇化工有限责任公司的前身是濮阳市甲醇厂，2008年之前的甲醇生产能力为10万t/a，采用国际上先进的原西德鲁奇（Lurgi)低压法甲醇合成工艺，是国内第一套以天然气与水煤气混合生产甲醇的装置。其关键设备之一是两套合成塔系统（老塔1992年投用，新塔1998年投用），合成塔采用管壳外冷—绝热复合式固定床催化反应器，内部为列管式结构，壳程为冷却水，管程装填催化剂。它们可单独一塔使用，也可并联同时使用。基本流程为：甲醇合成气预热至225℃后在一定压力下进入合成塔管程，在催化剂（铜基触媒）作用下，反应生成甲醇和水。这是一个体积缩小的放热反应，其主要反应式为：

反应生成的甲醇气体出塔后经冷却、分离、闪蒸获得粗甲醇，而反应产生的热量则被壳程中的冷却水（沸腾水）带走，转换成蒸汽后供系统使用。

2.存在的问题

两合成塔自1998年以来，存在催化剂利用率较低、使用寿命短的现象。特别是在催化剂使用后期，甲醇转化率较低，造成系统负荷加不上，只能控制在90%负荷以下，使成本大幅度上升，严重制约了生产。针对这种情况，认真分析新、老合成塔的内部结构，研究历次催化剂的装卸记录、使用情况，以找到问题的症结所在。

甲醇合成气从新塔塔顶封头正上方进入塔内（进气管口径350mm），经气体分布器实现分流。该气体分布器底部为挡板，上面三层为环状板，中间以十字筋板焊连。如图1a所示，气体自上部进来后再从环状板之间的空隙向四周、而后向下流入塔内，透过管板上均匀分布的厚约200～300mm的铜基触媒（催化剂）层（上覆10mm厚直径为6mm的惰性瓷球）进入管程进行反应。这种气体分布器使气体呈伞状下流，在塔内分布不均匀，出现“偏流”现象。由于高压气体的冲击作用（空速），管板上中间部分渐渐隆起2～3m3的触媒堆（夹杂惰性瓷球），阻滞了气体流入该区域下面的列管；而触媒堆以外的地方则因触媒被吹起露出管板，气流由此大量进入列管。这样结果就使管程中的触媒受气量不均匀，造成部分触媒使用率低、部分触媒又负荷过高而使催化剂提前失活。在被气体偏流吹起的管板以上的触媒堆处，反应放出的大量热量不能被冷却水带走而积聚，造成触媒烧焦、结块，降低了触媒的寿命，而触媒的烧结又进一步阻滞了气体进入管程，使触媒的利用率更低。以上是新合成系统甲醇转化率低的根本原因。老合成塔没有气体分布器，入塔气直接从塔顶以45°方向进入塔内，同样存在气体“偏流”现象（图2a）。这使老塔管板上的触媒在进气口下方积聚成堆，而其他地方的触媒被吹开，露出管板。这也造成了气流分布不均，部分触媒烧结，影响触媒使用率，降低触媒使用寿命的问题。

3.改造措施

这一要求。对新塔，用8mm厚钢板制作三个像喇叭口一样的大小头，它们的小端对齐，环环相套，间隔均匀，中间以筋板十字焊接固定（图4）。该分布器的外层小头与塔体进气口相连接，大头的延长线略大于管板外圆。入塔气体经过这两种新型分布器后都能均匀地流向管板面的外、中、内三部分，达到气流均布的目的，从而避免管板上触媒成堆、烧结，管程内气流分布不均，触媒利用率偏低、寿命缩短的问题。

4.效果

在2007年8月装置大修、更换催化剂的过程中，对新、老合成塔分别安装上述两种新型气体分布器。开车后经过催化剂升温还原、小负荷生产之后，还进行了满负荷测试，创下日产352t甲醇的最高纪录，生产负荷超过以往任何时期。经过此后近半年的连续运行，触媒使用率大幅上升，甲醇转化率也显著提高，新鲜气最高可以加到42000m3/h,而改造前新鲜气最高只能加到38000m3/h。增加的气量每小时可增产甲醇1.4t（按吨甲醇耗气2850m3计），全年生产按照8000h计算，可增加产量11200t，每吨甲醇按照2500元均价计算，全年可增加产值2800万元，效益巨大。这说明以前合成塔存在的问题基本得到解决，新型气体分布器在新老合成塔上的应用效果良好，提高了合成催化剂利用率和甲醇产量，降低了能耗。两种新型分布器已在2009年5月获得国家专利局实用新型发明专利。 W10.01-29