提高甲醇变换CO转化率的技改总结

兖矿新疆煤化工有限公司60万t/a醇氨联产项目（30万t/a甲醇和30万t/a合成氨）变换系统分为2套，分别为甲醇变换系统和氨变换系统。甲醇装置最高负荷为36万t/a。2013年9月，公司为了调整兖矿新疆煤化工有限的产品结构、丰富产品种类，降低因甲醇市场变化所带来的风险，提出了外售精制气的方案，要求在确保完成甲醇产量（1200 t/d）任务的基础上，外送精制气1550～80000 m³/h，这就要求甲醇净化装置必须要进一步优化系统流程，提高生产能力。

甲醇变换最高处理气量为164000～170000 m³/h，而低温甲醇洗装置最高运行气量为165000～181000 m³/h。从2013年2—3月甲醇净化系统实际运行数据来看，甲醇净化气量达到186000 m³/h时CO转化率降低，甲醇变换炉出口CO含量达13%，大量的水煤气进入变换炉，增加了变换炉负荷，造成变换炉压差增加到75 kPa，床层热点温度下移，制约了甲醇装置负荷的提高。

1.影响CO转化率的因素

甲醇变换采用的是单级-中温-部分变换流程，根据甲醇生产装置的特点，需要在变换系统调整合适的H/C，因此就设计了配气流程：一部分粗水煤气进入变换炉进行变换反应，使煤气中的CO含量从45.6%降至7%左右；另一部分水煤气走配气管线与变换炉出口气体混合，通过调节走配气管线的气量调整H/C。可见，变换炉内CO转化率的高低直接影响变换炉入炉气量：出口CO含量升高，进入变换炉的气量就要增大，就会增加变换炉的负荷，使变换炉的压差增大，床层热点温度下移，需要降低系统负荷；出口CO含量降低，进变换炉的气量就少，变换炉负荷降低，变换炉压差降低，床层温度上移，系统负荷就可以适当提高。而从化学反应平衡原理可知，变换系统的反应温度、水汽比以及催化剂装填量、活性等都会对CO转化率产生影响。

2.变换催化剂的评估及调整

摘取改造前（2014年2月）甲醇变换炉运行数据（平均值）如下：压力5.55 MPa；气量162834.3 m3/h；温度1、温度2、温度3、温度5、温度6分别为277.275 ℃、285.575 ℃、319.15 ℃、352.375 ℃、445.25 ℃；进口CO含量45.335%；出口CO含量13.01%。可以看出：温度1（进口温度）与温度2（上段上点温度）温差仅有10 ℃，说明上段催化剂上点以上催化剂已经没有活性，催化剂的活性已经转移至下段上点以下；甲醇变换炉出口的CO含量在13%左右，远远偏离设计指标7%，若甲醇系统进一步提高负荷，甲醇变换炉出口CO会严重超标。如果想进一步提高甲醇系统负荷，必须对甲醇变换催化剂的装填量进行调整。

低温甲醇洗装置最高运行气量186000 m³/h，则进变换工段干气量为153719 m³/h，假设CO转化率能够满足设计值，则实际入变换炉气量为97136 m³/h，按空速2066 h-1计算实际催化剂装填量应该为47 m³，而实际催化剂初次装填时的量为42 m³，显然不能满足系统提高负荷的要求。所以，按照增产的要求，必须补充装填。考虑临时采购催化剂在时间上不允许，于是决定暂时利用2012年装填剩余的120桶催化剂进行补充。

2014年3月14日系统大修时，甲醇变换炉催化剂降温至37～25 ℃，打开甲醇变换炉上部人孔检查，发现上层耐火球较为平整、干净。将上层耐火球卸出，再卸出300 mm的保护剂，补充装填400 mm的催化剂（温度1上层催化剂由原来的400 mm增加到800 mm），再铺上丝网，丝网上再铺上200 mm的耐火球，总共回装催化剂3 t，催化剂层整体高度提高了100～150 mm。

3.入炉水煤气水汽比的调整

在原始设计中，入变换工段水煤气压力为6.0 MPa、温度为240 ℃，经水煤气废热锅炉降温之后温度为232 ℃，通过废热锅炉来调整水汽比到0.9～1.0，以达到甲醇部分变换的要求。但实际运行指标（平均值）为：入变换工段水煤气压力为5.31 MPa、温度为229.3 ℃，出水煤气分离器的水煤气温度为207.5 ℃。计算得出，入甲醇变换炉水煤气的水汽比在0.7左右，与设计值相比偏差较大，严重影响了变换反应，须对入炉水煤气水汽比进行调整。

方案一：调整水煤气废热锅炉副产蒸汽。水煤气废热锅炉设计的最主要目的就是调整入炉水汽比。原始设计时，副产的是1.3 MPa蒸汽，如果想提高水汽比，就须提高废热锅炉的操作压力至2.5 MPa，那么为这台废锅提供的锅炉水压力就须提到3.5 MPa，这样锅炉水泵、相连接的锅炉水管道、相对应的外送2.5 MPa蒸汽管线、阀门须重新设计、购买和铺设，投资较大，改造周期长，经济性和实用性较差。

方案二：水煤气废热锅炉增加副线。造成水汽比过小的原因是水煤气废热锅炉换热面积过大，导致出废热锅炉水煤气的温度较低（入工段水煤气压力在6.0 MPa时，入工段水煤气温度在238～239 ℃，出废热锅炉水煤气温度在210 ℃；而设计出废热锅炉水煤气温度应该在234 ℃）。因此，考虑增加水煤气废热锅炉副线来调整入变换炉水煤气水汽比，经计算，所需副线管径为300 mm。

显然，方案二与方案一相比，在经济性和可操作上都有很大的优势。因此，2014年3月系统大修时选择方案二对甲醇变换系统进行了技改，增加了水煤气废热锅炉副线。

4.技改总结

2014年3月甲醇变换炉上层催化剂部分更换补充和增加甲醇变换炉水煤气副线后，4月开车，利用水煤气废热锅炉副线调节通过水煤气废锅的水煤气量，甲醇变换炉运行数据（平均值）如下：压力5.55 MPa；气量185587 m³/h；变换炉压差48.22 kPa；测温点1～测温点5的温度分别为265.63 ℃、334.63 ℃、398.93 ℃、441.43 ℃、459.98 ℃；进口CO含量46.115%；出口CO含量9.34%。可以看出，改造后变换炉的CO含量由改造前的13%降到9%左右，床层温度分布也有了明显的变化。

2014年改造完成后，由于系统的水汽比可以根据需要进行调节，操作弹性增强，系统的负荷也相应的得到提升，并且实现了新鲜气的外供，甲醇产量得到提升。截止2014年12月26日，共增产甲醇5155.76 t，外送新鲜气4278198.43 m³/h，按照吨甲醇消耗2378 m³/h精制气计算，可产甲醇1799.07 t，则合计增产甲醇6954.83 t，增效208.64万元。本技改在原设计的基础上通过局部改造提高了甲醇装置的产能，降低甲醇的生产成本，增加了收益，增强了企业的竞争力，不失为同类型装置生产运行的很好借鉴。

                           （兖矿新疆煤化工  张永军  秦雅婷，等）