甲醇廠凈化車間入轉化爐蒸汽管線改造技術研究

周文龍， 楊明燕

(山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606)

1 概況

山西焦化股份有限公司甲醇廠凈化車間轉化爐于2006年由賽鼎工程有限公司(化學工業第二設計院)設計、制造、安裝。2008年5月投入使用，2011年5月對轉化爐非金屬氧氣分布器改造為金屬燒嘴，同時增加了兩臺燒嘴泵及事故水聯鎖系統，2015年5月對氧氣流程進行改造，氧氣不經預熱爐預熱，直接進入轉化爐。轉化爐為轉化系統關鍵設備，立式圓筒觸媒轉化爐。經預熱爐輻射段預熱后的焦爐氣+蒸汽進入轉化爐與轉化爐上部燒嘴來的氧氣+蒸汽在轉化爐頭混合，在爐頭空間發生燃燒反應，形高溫氣體進入觸媒層，在鎳觸媒的作用下，將原料氣中的甲烷轉化成合成甲醇的有效氣體CO和H2。轉化爐運行的好壞是甲醇生產的關鍵。

2 改造的必要性

2015年5月對預熱爐對流段和轉化爐氧氣入口管線進行改造，改造前預熱爐對流段對氧氣+蒸汽進行預熱，改造后氧氣不經預熱爐預熱，與對流段預熱后的蒸汽混合后進入轉化爐。

改造后，在生產運行中，出現預熱爐對流段出口蒸汽溫度偏高甚至超指標現象。為保證預熱爐對流段出口蒸汽溫度在指標范圍內，同時在滿足轉化爐所需熱量條件下，只能通過加大入預熱爐蒸汽流量方式調節，入預熱爐對流段蒸汽流量由改造前的10 t/h增加至13 t/h～17 t/h。

經預熱爐對流段預熱的蒸汽與氧氣混合后經燒嘴噴出，因氣量增多，氣體流速過大，造成轉化爐上層觸媒吹翻、偏流、形成坑洞，燃燒區下移，進而造成轉化爐觸媒層第一點溫度偏高、第二、三點溫度偏低，甲烷轉化區域下移，觸媒有效利用率低，CH4轉化率下降，轉化爐出口溫度偏低。隨著觸媒活性的下降，轉化爐的溫差越來越大，為滿足轉化爐CH4轉化率，轉化爐第一點溫度控制越來越高，達到指標上限。表1是轉化爐運行數據。

表1 轉化爐運行數據

根據現轉化爐操作調控溫度(轉化爐第一點溫度指標≤1 050 ℃)，若遇到聯合機、低壓機跳車等緊急情況，轉化爐操作難度增大，稍有不慎，轉化爐可能超溫超壓，嚴重影響轉化爐長周期安全運行，必須對其進行改造。

此次改造后，在轉化系統開車N2升溫期間，為防止預熱爐對流段爐管干燒，對流段需引蒸汽進行保護，在對流段出口放空處放空，每小時放空量約10 t蒸汽，而N2升溫約需20 h，因放空設計在離地面高度約20 m左右的設備平臺上，且放空出口未設置消音器，N2升溫時現場噪音大，操作工操作難度大，噪音對人體造成一定傷害，建議利用此次機會同時進行改造。

3 改造目標

1) 預熱爐對流段出口管線增設一條蒸汽管線，返至入焦爐氣預熱器焦爐氣管線處，管線操作溫度按開車工況500 ℃進行設計選材。

2) 在預熱爐出口蒸汽管線至入轉化爐燒嘴管線閥后增設蒸汽流量計，加強入燒嘴氣量的調控。

3) 對預熱爐對流段出口放空管線進行改造，放空引至轉化爐平臺處操作，管線操作溫度按開車工況500 ℃進行設計選材。在放空出口增設消音器，減少現場噪音，改善操作環境。

4 改造前后的工藝流程圖

4.1 現氧氣工藝流程(見圖1)

圖1 改造前工藝流程圖

指標控制：

溫度：預熱爐出口混合氣溫度正常580 ℃～660 ℃(升溫期間壓力≤0.5 MPa，溫度≤700 ℃，不超過2 h)。

預熱爐出口蒸汽溫度≤400 ℃(升溫期間壓力≤0.5 MPa，溫度≤500 ℃)

流量：入焦爐氣蒸汽≤16 t/h；入預熱爐蒸汽≤16 t/h。

4.2 改造后

改造后工藝流程(加粗部分為新增管線、閥門、儀表)，見圖2。

圖2 改造后工藝流程圖

造后工藝技術指標：

溫度：預熱爐出口混合氣溫度正常520 ℃～650 ℃(升溫期間壓力≤0.5 MPa，溫度≤700 ℃，不超過2 h)。

預熱爐出口蒸汽溫度≤400 ℃(升溫期間壓力≤0.5 MPa，溫度≤500 ℃)

流量：入焦爐氣蒸汽≤20 t/h；入預熱爐蒸汽≤16 t/h；入氧氣蒸汽≤10 t/h。

5 改造后運行情況

2016年10月22日入轉化爐蒸汽管線改造完畢， 10月26日0:58轉化爐改蒸汽升溫，改造蒸汽管線正式投入運行。11月4日20:00～7日20:00該改造項目進行72 h滿負荷運行考核，通過72 h的滿負荷生產數據分析，降低對轉化爐觸媒層的沖擊，燃燒區上移，縮小轉化爐觸媒溫差，觸媒有效利用率得到提高，CH4轉化率提高，轉化氣中CO有效成分由15%增至17%，此次預熱爐改造基本達到預期目標。

6 費用投資

計劃投資30.8萬元，實際投資31.1萬元，備件材料費用18.1萬元，施工費用13萬元。

7 效益

7.1 安全效益評價

1) 預熱爐對流段出口管線增設一條蒸汽管線，返至入焦爐氣預熱器焦爐氣管線處。降低預熱爐對流段出口蒸汽溫度，滿足出口溫度≤400 ℃指標要求，有利于延長預熱爐對流段的使用壽命，因設計溫度為429 ℃，若長期處于超設備設計參數狀態，不利用預熱爐的安全、穩定運行。

2) 對預熱爐對流段出口放空管線進行改造、增設消音器。有利于操作工的安全操作，避免因現場噪音大，造成操作工職業病等傷害。

7.2 經濟效益評價

預熱爐對流段出口蒸汽管線改造后，CH4轉化率提高，轉化氣中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%，根據CO+2H2=CH3OH和CO2+3H2=CH3OH+H2O甲醇反映機理，系統滿負荷生產時，每天可增產甲醇24 t，按噸甲醇2 500元銷售計算，每年(330 d)甲醇銷售收入可增加1 980萬元，甲醇成本(噸甲醇成本價2 088元)1 653.7萬元，每年可創利326.3萬元。