化工装置生产中的纯氧二段炉使用探讨

王利军 王广伟

摘 要 大庆油田化工集团甲醇分公司，由中国成达化学工程公司承担工程设计。工艺采用的是上海国际化建工艺生产技术，即以天然气为原料、一段蒸汽转化、压缩、25MPa高压合成、双塔精馏制甲醇的生产路线。为提高工艺技术水平、降低能耗，装置经过不断改进完善，现采用纯氧二段炉、蒸汽透平驱动、低压合成、三塔精馏制取甲醇的生产路线。扩能改造后的装置生产能力可以达到年产10万吨甲醇。

关键词 甲醇；工程设计；天然气

1 纯氧二段转化炉的工艺原理

纯氧二段转化炉在一段转化炉之后新增加的一套设备，利用高压（2.1MPa）、氧气纯度（O2≥99%）与一段转化炉转化气中的过剩氢气完全燃烧产生的热量和水蒸气，在二段转化炉中的催化剂作用下，进一步对一段转化炉出口气体中的残余甲烷及另一股40%原料气天然气进行转化。二段转化炉注入高纯度氧气的主要作用是：①是消耗掉一段转化气中多余的氢气，减少进入合成系统的惰性气体组分量，有利于甲醇合成的正反应，从而提高合成率；②燃烧放出的热量满足部分新鲜原料气天然气转化所需要的热量，同时产生蒸汽供动力装置使用，降低装置的能耗、物耗；③能减少弛放气的排放量。

纯氧二段转化炉其主要的化学反应如下：

2 纯氧二段炉转化炉的应用效果

2.1 纯氧二段炉与一段炉的差异

一段炉在使用过程中存在以下问题：

（1）长期使用炉管易老化蠕变，易损坏炉管；

（2）操作上时刻对火嘴燃烧情况进行监控，火嘴燃烧不好，造成炉管局部过热，易损坏炉管。

（3）在开停工过程中或装置负荷发生剧烈变化时，一段炉上、下尾管易发生泄漏；

（4）烧嘴长期使用易导致烧嘴积碳，清洗工作非常繁重，烧嘴积碳还会引起燃烧紊流和舔管现象发生，造成管壁局部超温；

（5）炉管在更换催化剂时，费时、费力。

一段转化炉炉管多、管径细，在更换催化剂时，需将每根管内催化剂抽出，在经过空

管测量压差，检查是否有堵塞现象才能装填新催化剂。在装填催化剂时也比较复杂，由于炉管长，防止催化剂摔碎，故需将催化剂装在帆布袋中，用尼龙绳缓慢送人炉管底部触媒托盘上，向下抖动使催化剂全部装入炉管内，拉回帆布袋，为防止催化剂架桥，在装填过程中轻轻震荡炉管。每装填一次后要用测深米尺测定剩下高度，如此反复进行将炉管全部装填完，再次对炉管进行压差检测。二段炉在更换催化剂时比较简单，二段炉成筒型，内径粗，故在更换上比较方便、省时。

二段炉投入系统后的异常处理

2.2 原料气天然气中断

短时间中断，关闭氧气入二段炉调节阀组，确认跨线阀已关闭，同时打开进入氧气加热

器的保护蒸汽调节阀（HIC1301），确认氧气放空调节阀全开；打开入二段炉原料气线保护蒸汽阀（FI1308A），同时关闭入二段炉原料气天然气调节阀组及副线阀（FIC1304），打开氧气烧嘴事故蒸汽，防止设备超温。若是长时间中断，执行转化工序紧急停车操作规程。

2.3 氧气中断

短时间中断，首先打开氧气烧嘴事故蒸汽，同时打开氧气加热器保护蒸汽调（HIC1301），关闭氧气入二段炉调节阀组，确认跨线阀已关闭，降低原料气压缩机送气量，然后关闭原料气天然气入二段炉调节阀组及副线阀（FIC1304），同时打开入二段炉原料气保护蒸汽阀（FI1308A）；长时间中断，降低入界区天然气总量，执行二段炉停车操作规程。

3 结束语

（1）工業总结表明，纯氧二段炉的转化率高，副产中压蒸汽更多，使车间整套装置工艺蒸汽量的需求达到了自给自足，大大降低了成本单耗。

（2）由于燃烧纯氧，操作温度比较高，故对设备材质要求比较高。