甲醇厂净化车间入转化炉蒸汽管线改造技术研究

周文龙， 杨明燕

(山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606)

1 概况

山西焦化股份有限公司甲醇厂净化车间转化炉于2006年由赛鼎工程有限公司(化学工业第二设计院)设计、制造、安装。2008年5月投入使用，2011年5月对转化炉非金属氧气分布器改造为金属烧嘴，同时增加了两台烧嘴泵及事故水联锁系统，2015年5月对氧气流程进行改造，氧气不经预热炉预热，直接进入转化炉。转化炉为转化系统关键设备，立式圆筒触媒转化炉。经预热炉辐射段预热后的焦炉气+蒸汽进入转化炉与转化炉上部烧嘴来的氧气+蒸汽在转化炉头混合，在炉头空间发生燃烧反应，形高温气体进入触媒层，在镍触媒的作用下，将原料气中的甲烷转化成合成甲醇的有效气体CO和H2。转化炉运行的好坏是甲醇生产的关键。

2 改造的必要性

2015年5月对预热炉对流段和转化炉氧气入口管线进行改造，改造前预热炉对流段对氧气+蒸汽进行预热，改造后氧气不经预热炉预热，与对流段预热后的蒸汽混合后进入转化炉。

改造后，在生产运行中，出现预热炉对流段出口蒸汽温度偏高甚至超指标现象。为保证预热炉对流段出口蒸汽温度在指标范围内，同时在满足转化炉所需热量条件下，只能通过加大入预热炉蒸汽流量方式调节，入预热炉对流段蒸汽流量由改造前的10 t/h增加至13 t/h～17 t/h。

经预热炉对流段预热的蒸汽与氧气混合后经烧嘴喷出，因气量增多，气体流速过大，造成转化炉上层触媒吹翻、偏流、形成坑洞，燃烧区下移，进而造成转化炉触媒层第一点温度偏高、第二、三点温度偏低，甲烷转化区域下移，触媒有效利用率低，CH4转化率下降，转化炉出口温度偏低。随着触媒活性的下降，转化炉的温差越来越大，为满足转化炉CH4转化率，转化炉第一点温度控制越来越高，达到指标上限。表1是转化炉运行数据。

表1 转化炉运行数据

根据现转化炉操作调控温度(转化炉第一点温度指标≤1 050 ℃)，若遇到联合机、低压机跳车等紧急情况，转化炉操作难度增大，稍有不慎，转化炉可能超温超压，严重影响转化炉长周期安全运行，必须对其进行改造。

此次改造后，在转化系统开车N2升温期间，为防止预热炉对流段炉管干烧，对流段需引蒸汽进行保护，在对流段出口放空处放空，每小时放空量约10 t蒸汽，而N2升温约需20 h，因放空设计在离地面高度约20 m左右的设备平台上，且放空出口未设置消音器，N2升温时现场噪音大，操作工操作难度大，噪音对人体造成一定伤害，建议利用此次机会同时进行改造。

3 改造目标

1) 预热炉对流段出口管线增设一条蒸汽管线，返至入焦炉气预热器焦炉气管线处，管线操作温度按开车工况500 ℃进行设计选材。

2) 在预热炉出口蒸汽管线至入转化炉烧嘴管线阀后增设蒸汽流量计，加强入烧嘴气量的调控。

3) 对预热炉对流段出口放空管线进行改造，放空引至转化炉平台处操作，管线操作温度按开车工况500 ℃进行设计选材。在放空出口增设消音器，减少现场噪音，改善操作环境。

4 改造前后的工艺流程图

4.1 现氧气工艺流程(见图1)

图1 改造前工艺流程图

指标控制：

温度：预热炉出口混合气温度正常580 ℃～660 ℃(升温期间压力≤0.5 MPa，温度≤700 ℃，不超过2 h)。

预热炉出口蒸汽温度≤400 ℃(升温期间压力≤0.5 MPa，温度≤500 ℃)

流量：入焦炉气蒸汽≤16 t/h；入预热炉蒸汽≤16 t/h。

4.2 改造后

改造后工艺流程(加粗部分为新增管线、阀门、仪表)，见图2。

图2 改造后工艺流程图

造后工艺技术指标：

温度：预热炉出口混合气温度正常520 ℃～650 ℃(升温期间压力≤0.5 MPa，温度≤700 ℃，不超过2 h)。

预热炉出口蒸汽温度≤400 ℃(升温期间压力≤0.5 MPa，温度≤500 ℃)

流量：入焦炉气蒸汽≤20 t/h；入预热炉蒸汽≤16 t/h；入氧气蒸汽≤10 t/h。

5 改造后运行情况

2016年10月22日入转化炉蒸汽管线改造完毕， 10月26日0:58转化炉改蒸汽升温，改造蒸汽管线正式投入运行。11月4日20:00～7日20:00该改造项目进行72 h满负荷运行考核，通过72 h的满负荷生产数据分析，降低对转化炉触媒层的冲击，燃烧区上移，缩小转化炉触媒温差，触媒有效利用率得到提高，CH4转化率提高，转化气中CO有效成分由15%增至17%，此次预热炉改造基本达到预期目标。

6 费用投资

计划投资30.8万元，实际投资31.1万元，备件材料费用18.1万元，施工费用13万元。

7 效益

7.1 安全效益评价

1) 预热炉对流段出口管线增设一条蒸汽管线，返至入焦炉气预热器焦炉气管线处。降低预热炉对流段出口蒸汽温度，满足出口温度≤400 ℃指标要求，有利于延长预热炉对流段的使用寿命，因设计温度为429 ℃，若长期处于超设备设计参数状态，不利用预热炉的安全、稳定运行。

2) 对预热炉对流段出口放空管线进行改造、增设消音器。有利于操作工的安全操作，避免因现场噪音大，造成操作工职业病等伤害。

7.2 经济效益评价

预热炉对流段出口蒸汽管线改造后，CH4转化率提高，转化气中CO有效成分增加，CO含量由改造前的15%～16%左右提高到了16%～17%，根据CO+2H2=CH3OH和CO2+3H2=CH3OH+H2O甲醇反映机理，系统满负荷生产时，每天可增产甲醇24 t，按吨甲醇2 500元销售计算，每年(330 d)甲醇销售收入可增加1 980万元，甲醇成本(吨甲醇成本价2 088元)1 653.7万元，每年可创利326.3万元。