甲醇合成催化剂运行状况及问题解决

高亭

（河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司，河南 鹤壁458000）

   ［摘  要］河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司600 kt/a甲醇装置合成工段采用丹麦托普索低压甲醇合成工艺包，装置自2013年3月试车投产以来，除第一炉甲醇合成催化剂外，第二炉、第三炉甲醇合成催化剂均出现了活性快速衰减的问题，催化剂无法达到预期使用效果和设计使用寿命，装置不能高效、优质运行。为此，通过对多炉甲醇合成催化剂的运行状况进行分析与对比，找到了甲醇合成催化剂使用寿命短的主要原因。于是，鹤壁煤化工对第四炉甲醇合成催化剂的装填方案实施了优化改进，取得了良好的效果，且提出了提高系统效能更有效的解决办法（并联1台甲醇合成塔）并着手相关准备工作。

［关键词］低压甲醇合成工艺；甲醇合成催化剂；羰基铁；催化剂铁中毒；催化剂装填；优化改进；并联甲醇合成塔

［中图分类号］TQ223.12⁺1   ［文献标志码］B   ［文章编号］1004-9932（2020）05-0039-04

0  引  言

河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司（简称鹤壁煤化工）甲醇装置设计产能600 kt/a，气化工段采用壳牌粉煤气化工艺，气化炉投煤量2 800 t/d；甲醇合成工段采用丹麦托普索低压甲醇合成工艺包，甲醇合成催化剂装填量约43 m³。鹤壁煤化工甲醇装置自2013年3月试车投产以来，已产出合格甲醇产品超过3 000 kt，总体而言，生产运行稳定，产品质量优良；但随着运行时间的推移，铜基甲醇合成催化剂活性衰减后，甲醇合成系统运行过程中暴露出一些问题。为此，鹤壁煤化工在对多炉甲醇合成催化剂运行状况进行分析与梳理的基础上，对第四炉甲醇合成催化剂的装填进行了优化改进，同时提出了提高系统效能更有效的解决办法并着手相关准备工作。以下对有关情况作一简介。

1  甲醇合成系统工艺流程简介

甲醇合成反应是碳氢气体的化合反应，受化学反应平衡的制约，H₂、CO的单程转化率较低，在产品甲醇充分分离出来之后，未参与反应的气体需返回甲醇合成塔再次进行反应，因而甲醇合成系统主要由甲醇合成、甲醇分离和未反应气循环三部分组成。

新鲜气从界区外进入甲醇合成回路，与氢回收系统送来的富氢气体混合，经合成气压缩机提压至出口压力略高于合成回路压力，其中携带的COS经高压锅炉给水喷水水解转化为H₂S，经硫保护器将总硫脱除至50×10^-9以内后，进入合成回路与循环气混合。循环气与新鲜气混合后进入甲醇合成塔，在甲醇合成塔内H₂与CO、CO₂反应转化为甲醇（CO+2H₂          

CH₃OH，CO₂+3H₂       CH₃OH+H₂O）。新鲜气中含有少量的惰性气体（N₂、Ar），为防止惰性气体在甲醇合成回路中累积，需从甲醇合成回路中弛放一定量的气体，弛放气在高压甲醇分离器下游（此处的惰性气体浓度最高）被排出，经脱盐水洗涤后进入氢回收系统，洗涤液则返回低压分离器中回收甲醇。弛放气排放后，来自高压分离器的合成气通过循环气压缩机加压返回甲醇合成塔进出口换热器，如此循环利用。

2  甲醇合成系统及催化剂运行情况

2.1  甲醇合成系统运行简况

正常生产中，鹤壁煤化工甲醇合成系统主要气体组分见表1；所产粗甲醇浓度93.53%、水分4.33%、杂醇含量0.23%、pH=5。随着运行时间的延长，甲醇合成催化剂活性逐渐衰减，系统运行中出现以下问题：① 甲醇合成塔进出口温度上涨，进出口温差逐渐增大，由30 ℃增至45 ℃；② 甲醇合成系统气体成分发生变化，甲醇合成塔碳转化率下降明显，由75%降至50%；③ 系统弛放气量增大，通过提高汽包压力的方法已无法弥补催化剂活性的衰减；④ 甲醇合成系统压力上升较多，催化剂床层压差由0.2 MPa增至0.35 MPa，压缩机动力消耗增加；⑤ 粗甲醇中乙醇含量增高，最高达3 000×10^-6，加大了甲醇精馏系统的负荷，导致精甲醇产品中乙醇含量升至300×10^-6，影响精甲醇产品的销售；⑥ 甲醇合成系统内各种高级醇及大分子烃类物增多，生成的石蜡对甲醇合成水冷器的运行造成了极大的影响。

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