皇甫为宗
（安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳455133）
［摘 要］某集团（旗下有6套煤制乙二醇装置）研究院积极开展乙二醇催化剂的研发工作，并取得了阶段性成果；2014年决定依托某200 kt/a乙二醇装置新建1套新型乙二醇加氢催化剂侧线试验装置（2015年8月建成）完成新型加氢催化剂的性能验证与考核工作。针对200 kt/a乙二醇装置加氢反应器生产运行中出现的列管泄漏等问题进行原因分析，总结经验教训，设计过程中对试验装置之加氢反应器的工艺参数和设备结构等进行了优化。2016年该侧线试验装置已完成新型加氢催化剂的性能验证与考核工作，试验装置1 a多的运行实践表明，系统运行稳定，催化剂性能完全能达到设计指标要求，催化剂卸出后未发现有结焦现象，检查单管壳式加氢反应器列管未发现有任何变形，列管无泄漏迹象，试验装置之加氢反应器的设计科学、合理。
［关键词］煤制乙二醇装置；加氢反应器；运行问题；原因分析；改进思路；加氢催化剂侧线试验装置；单管壳式加氢反应器
［中图分类号］TQ223.16+2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）01-0077-04
0 引 言
目前，煤制乙二醇（合成气制乙二醇）装置较为成熟的生产工艺为两步法，第一步为CO与亚硝酸甲酯（MN）在催化剂作用下发生偶联反应生成草酸二甲酯（DMO）和一氧化氮（NO），第二步为DMO加氢合成乙二醇（EG）并副产甲醇（CH3OH）；DMO合成过程中，副产的NO、甲醇与氧气经氧化和酯化反应得到MN，MN重新返回羰化系统循环利用（羰化汽包副产0.5 MPa蒸汽）。其中，DMO加氢是乙二醇生产中的一个重要环节，加氢反应器中装填Φ3 mm～Φ5 mm的柱状铜系催化剂，铜系催化剂由氢气在特定条件下还原活化，加氢反应温度控制在180～250 ℃、压力控制在2.0～2.5 MPa。某公司200 kt/a煤制乙二醇装置加氢反应器运行期间存在一些问题，通过原因分析，在建设新型乙二醇加氢催化剂侧线试验装置时，优化了加氢反应器的设计方案，改进了其制造工艺，新加氢反应器不仅在结构上满足工艺要求，而且制造难度、设备投资、检修费用均得到降低。
1 新型乙二醇加氢催化剂侧线试验装置开发背景
煤制乙二醇的核心技术是生产与制造高性能的催化剂（包括羰化催化剂与加氢催化剂），催化剂单价高、用量大、使用寿命短，在乙二醇生产成本中占比很高（约10%）——该200 kt/a煤制乙二醇装置原始开车催化剂采购费用达1.1亿元。可以看到，乙二醇催化剂的制造成本与使用寿命已成为影响煤制乙二醇装置运行效益的关键因素。某集团旗下有6套煤制乙二醇装置（5套200 kt/a煤制乙二醇装置、1套300 kt/a煤制乙二醇装置，其生产工艺均为两步法），该集团公司研究院积极开展乙二醇催化剂的研究开发工作，并取得了阶段性成果，经实验室测试，发现所研发的羰化催化剂和加氢催化剂性能优良，催化剂之原料转化率、目标产物选择性、产物收率、活性温度等性能指标均优于当前市场上广泛使用的乙二醇催化剂。
由于催化剂从实验室到商业化应用需要经过侧线试验阶段，即在工业化装置上建设1套侧线试验装置，装填新研发的催化剂，与工业化催化剂在同样的操作条件下进行试验，考核所研发催化剂的性能，确定其是否可以应用到大工业装置上。为了模拟工业生产条件，2014年该集团研究院决定依托该200 kt/a乙二醇装置新建1套新型乙二醇加氢催化剂侧线试验装置，利用该侧线试验装置完成新型加氢催化剂的性能验证与考核工作，本侧线试验装置于2015年8月建成。设计过程中，主要针对该200 kt/a乙二醇装置加氢反应器运行期间出现的列管泄漏等问题进行原因剖析，总结经验教训，提出优化思路，并对该新型乙二醇催化剂侧线试验装置之加氢反应器的结构进行优化设计。笔者有幸参与了该新型乙二醇加氢催化剂侧线试验装置设备规格确定和非标设备的设计工作，以下对有关情况作一介绍。
2 加氢反应器运行问题与原因分析及改进思路
2.1 加氢反应器基本情况与设计参数
该200 kt/a乙二醇装置共有6台加氢反应器（R301A/B/C/D/E/F），规格型号相同，均为管壳式反应器，前系列R301A、R301C、R301E并联安装，后系列R301B、R301D和R301F也并联安装；R301A/B/C/D/E/F生产过程中放出的热量通过汽包加热脱氧水副产0.5 MPa蒸汽（生产1 t乙二醇可副产0.5 MPa蒸汽约0.6 t）以控制催化剂床层温度，R301A与R301B、R301C与R301D、R301E6与R301F分别共用1个汽包，共3个汽包。
加氢反应器设计参数：反应器为三类/A2容器，规格DN3800×46 mm×140 449 mm，最大吊装质量145 039 kg；壳程介质为水蒸气（无毒、非易燃）,管程介质为H2、DMO等（易燃易爆、中度危害）；主要受压元件材料为Q345R（壳程）/0Cr18Ni9（管程）；换热管规格Φ76 mm×3 mm×8 000 mm，列管数量1 351根，换热面积2 420 m2；设计压力2.94 MPa（壳程）/3.2 MPa（管程）、操作压力2.55 MPa（壳程）/3.0 MPa（管程），设计温度233 ℃（壳程）/260 ℃（管程）、操作温度225 ℃（壳程）/250 ℃（管程）。
2.2 加氢反应器运行问题
2014年10月系统检修期间，在加氢催化剂卸出更换时，发现加氢反应器（R301E）部分列管存在结焦情况，经清焦、查漏，发现R301E上管板180 °～270 °之间（加氢反应器的6个饱和蒸汽/锅炉给水出口管绕壳程均布，正北方向为0°，且其中一个出口在0°布置）有15根换热管泄漏，泄漏处位于加氢反应器蒸汽出口管与上管板之间，与加氢反应器上管板距离约300 mm。为保险起见，对有明显泄漏列管周边的列管也进行了封堵，此次共封堵列管50根。
2.3 加氢反应器换热管局部泄漏原因分析
更多内容详见《中氮肥》2025年第1期