(兖州煤业股份有限公司,山东 邹城 273500)
兖州煤业股份有限公司60万t/a甲醇装置采用鲁奇合成水冷串气冷反应工艺,在设计时未考虑两反应器负荷调节的问题,在甲醇合成催化剂使用初期,合成反应的90%负荷集中在水冷反应器内进行,到后期水冷反应器负荷低于65%,反应负荷向气冷反应器转移,且气冷反应器入口温度涨至267℃(初期225℃),气冷反应器壳程甲醇反应剧烈、放热量大,管程冷气体不能及时移走反应热量,加之合成压缩机组循环比小、空速低、气冷反应器催化剂床层温度升高快、催化剂的活性衰退是先水冷后气冷,造成两反应器内的催化剂活性衰退不同步,从而影响催化剂整体使用寿命。
为了延长催化剂使用寿命,增强操作弹性,在甲醇合成工艺流程中增加1条合成压缩机一段出口至气冷反应器入口管线(见图1圈内部分),在催化剂使用初期调整水冷反应器、气冷反应器生产负荷。分一股新鲜气与水冷反应器气相出口气混合,既能降低水冷反应器的生产负荷,又能充分发挥水冷、气冷两塔催化剂的低温活性,从而使2台反应器的催化剂活性尽可能同步衰减,提高整体运行寿命。
图1 合成系统新鲜流程改造示意
第2炉庄信万丰催化剂运行初期(2012年7月),气冷反应器R2002入口壳程CO体积分数为2.2%,气冷反应器催化剂床层热点温度234.3℃;催化剂运行中期(2013年5月),气冷反应器R2002入口壳程CO体积分数为5.0%,气冷反应器催化剂床层热点温度252.9℃,此工况为气冷反应器催化剂最佳反应工况。若在催化剂使用初期,将部分新鲜气(CO体积分数30%)直接引至气冷反应器壳程进口,将气冷反应器壳程进口CO的体积分数从2.2%调整至5.0%,可提高气冷反应器的反应负荷,降低水冷反应器的反应负荷。
2017年4月25日,第5炉甲醇合成催化剂投入使用,合成装置接新鲜气200 000Nm3/h,日产粗甲醇2 250t。4月28日,新鲜气副线投入使用,7月,新鲜气副线流量40 000Nm3/h,装置运行稳定。
(1)新鲜气副线投入运行后,与上一炉催化剂同期运行比较,全程CO转化率、水冷反应负荷及气冷反应器负荷见表1。
表1 合成系统新鲜气副线投用前后运行数据
从表1可得出:①随着催化剂运行时间的延长,全程CO转化率在逐步降低,水冷反应器分配负荷比例降低,气冷反应器分配负荷比例增加;②新鲜气副线投入使用,随着新鲜气副线流量增加,气冷反应器分配负荷逐步增加;③当新鲜气流量达到40 000Nm3/h时,水冷反应器分配负荷与气冷反应器分配负荷比例为3∶1。
(2)新鲜气副线投入使用后,催化剂床层温度指标及上炉催化剂同期催化剂床层温度指标见表2。
表2 合成系统新鲜气副线投用前后催化剂床层温度指标
由表2可知:①上炉催化剂初期,运行负荷较本炉催化剂运行初期的负荷高,故在新鲜气副线未投用时,本炉催化剂气冷反应器催化剂床层温度较上炉同期气冷反应催化剂床层热点温度低6.5℃;②随着催化剂运行时间延长,气冷反应器催化剂床层热点温度升高;③新鲜气副线流量为40 000Nm3/h时,气冷反应器催化剂床层热点温度上涨13.1℃,涨幅较小。
(3)新鲜气副线投入使用后,弛放气量、副产物含量的比较见表3。
表3 合成系统新鲜气副线投用前后驰放气量、副产物含量的比较
从表3得出:①随着新鲜气副线量增加,弛放气量同步增加;②上炉催化剂新鲜气副线未投入,在运行过程中,驰放气量稳定,未增加;③新鲜气副线投用后,粗甲醇中副产物明显高于上炉催化剂同期运行过程中粗甲醇中副产物含量。
(4)新鲜气副线投入使用后,甲醇产量、精制气耗量的比较见表4。
表4 合成系统新鲜气副线投用前后甲醇产量、精制气耗量的比较
从表4得出,新鲜气副线投用后的精制气耗量与上炉同期精制气消耗相同。
新鲜气副线管线投用后,在甲醇催化剂使用初期引40 000Nm3/h新鲜气体到气冷反应器,既不影响甲醇产量,又能降低水冷反应器催化剂生产负荷,还能充分发挥水冷、气冷两塔催化剂的低温活性,使2台反应器的催化剂活性尽可能同步衰减,提高整体运行寿命。