化工裝置生產中的純氧二段爐使用探討

王利軍 王廣偉

摘 要 大慶油田化工集團甲醇分公司，由中國成達化學工程公司承擔工程設計。工藝采用的是上海國際化建工藝生產技術，即以天然氣為原料、一段蒸汽轉化、壓縮、25MPa高壓合成、雙塔精餾制甲醇的生產路線。為提高工藝技術水平、降低能耗，裝置經過不斷改進完善，現采用純氧二段爐、蒸汽透平驅動、低壓合成、三塔精餾制取甲醇的生產路線。擴能改造后的裝置生產能力可以達到年產10萬噸甲醇。

關鍵詞 甲醇；工程設計；天然氣

1 純氧二段轉化爐的工藝原理

純氧二段轉化爐在一段轉化爐之后新增加的一套設備，利用高壓（2.1MPa）、氧氣純度（O2≥99%）與一段轉化爐轉化氣中的過剩氫氣完全燃燒產生的熱量和水蒸氣，在二段轉化爐中的催化劑作用下，進一步對一段轉化爐出口氣體中的殘余甲烷及另一股40%原料氣天然氣進行轉化。二段轉化爐注入高純度氧氣的主要作用是：①是消耗掉一段轉化氣中多余的氫氣，減少進入合成系統的惰性氣體組分量，有利于甲醇合成的正反應，從而提高合成率；②燃燒放出的熱量滿足部分新鮮原料氣天然氣轉化所需要的熱量，同時產生蒸汽供動力裝置使用，降低裝置的能耗、物耗；③能減少弛放氣的排放量。

純氧二段轉化爐其主要的化學反應如下：

2 純氧二段爐轉化爐的應用效果

2.1 純氧二段爐與一段爐的差異

一段爐在使用過程中存在以下問題：

（1）長期使用爐管易老化蠕變，易損壞爐管；

（2）操作上時刻對火嘴燃燒情況進行監控，火嘴燃燒不好，造成爐管局部過熱，易損壞爐管。

（3）在開停工過程中或裝置負荷發生劇烈變化時，一段爐上、下尾管易發生泄漏；

（4）燒嘴長期使用易導致燒嘴積碳，清洗工作非常繁重，燒嘴積碳還會引起燃燒紊流和舔管現象發生，造成管壁局部超溫；

（5）爐管在更換催化劑時，費時、費力。

一段轉化爐爐管多、管徑細，在更換催化劑時，需將每根管內催化劑抽出，在經過空

管測量壓差，檢查是否有堵塞現象才能裝填新催化劑。在裝填催化劑時也比較復雜，由于爐管長，防止催化劑摔碎，故需將催化劑裝在帆布袋中，用尼龍繩緩慢送人爐管底部觸媒托盤上，向下抖動使催化劑全部裝入爐管內，拉回帆布袋，為防止催化劑架橋，在裝填過程中輕輕震蕩爐管。每裝填一次后要用測深米尺測定剩下高度，如此反復進行將爐管全部裝填完，再次對爐管進行壓差檢測。二段爐在更換催化劑時比較簡單，二段爐成筒型，內徑粗，故在更換上比較方便、省時。

二段爐投入系統后的異常處理

2.2 原料氣天然氣中斷

短時間中斷，關閉氧氣入二段爐調節閥組，確認跨線閥已關閉，同時打開進入氧氣加熱

器的保護蒸汽調節閥（HIC1301），確認氧氣放空調節閥全開；打開入二段爐原料氣線保護蒸汽閥（FI1308A），同時關閉入二段爐原料氣天然氣調節閥組及副線閥（FIC1304），打開氧氣燒嘴事故蒸汽，防止設備超溫。若是長時間中斷，執行轉化工序緊急停車操作規程。

2.3 氧氣中斷

短時間中斷，首先打開氧氣燒嘴事故蒸汽，同時打開氧氣加熱器保護蒸汽調（HIC1301），關閉氧氣入二段爐調節閥組，確認跨線閥已關閉，降低原料氣壓縮機送氣量，然后關閉原料氣天然氣入二段爐調節閥組及副線閥（FIC1304），同時打開入二段爐原料氣保護蒸汽閥（FI1308A）；長時間中斷，降低入界區天然氣總量，執行二段爐停車操作規程。

3 結束語

（1）工業總結表明，純氧二段爐的轉化率高，副產中壓蒸汽更多，使車間整套裝置工藝蒸汽量的需求達到了自給自足，大大降低了成本單耗。

（2）由于燃燒純氧，操作溫度比較高，故對設備材質要求比較高。