袁慧
（兖州煤业榆林能化有限公司，陕西 榆林719000）
［摘 要］兖州煤业榆林能化有限公司600 kt/a甲醇装置合成系统采用鲁奇“气冷串水冷反应器甲醇合成工艺”，迄今已使用七炉甲醇合成催化剂，前五炉甲醇合成催化剂使用期间均出现水冷反应器催化剂活性衰减过快、气冷反应器催化剂活性依然良好的状况；2018年10月甲醇装置大检修期间，更换为第六炉甲醇合成催化剂，并新增新鲜气调节副线以适度降低水冷反应器负荷、提高气冷反应器负荷。分析认为，铜基甲醇合成催化剂使用寿命主要受催化剂床层热点温度、新鲜气硫和氯含量、空速、催化剂升温还原控制优劣、工艺流程等因素的影响。新鲜气调节副线投用后，既不影响甲醇产量，又能降低水冷反应器的负荷；同时，部分新鲜气直接进入气冷反应器，减少了毒物对水冷反应器催化剂的毒害，水冷反应器催化剂使用寿命大致可由1.5 a延长至2 a，由此可降低甲醇合成催化剂整体更换费用。此举可有效解决“气冷串水冷反应器甲醇合成工艺”应用中普遍存在的问题，并带来较好的经济效益，具有良好的推广应用价值。
［关键词］甲醇合成催化剂；水冷反应器；气冷反应器；使用情况；影响因素；优化改进；新鲜气调节副线；运行状况
［中图分类号］TQ223.12+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）01-0047-06
0 引 言
兖州煤业榆林能化有限公司（简称榆林能化）600 kt/a甲醇装置合成系统采用德国鲁奇公司的“气冷串水冷反应器甲醇合成工艺”——低温甲醇洗系统净化后的工艺气，经合成气压缩机(新鲜气压缩段+循环气压缩段)加压后，在压力8.30 MPa、温度210～260 ℃及铜基甲醇合成催化剂作用下反应生成粗甲醇。甲醇合成系统工艺流程为：甲醇合成新鲜气进入气冷反应器预热后再进入水冷反应器，CO、CO2与H2在铜基催化剂作用下合成粗甲醇（主反应为CO+2H2====CH3OH、CO2+3H2====CH3OH+H2O，主要副反应有2CO+4H2====CH3OCH3+H2O、4CO+8H2====C4H9OH+3H2O、CO+3H2====CH4+H2O、2CO+2H2====CH4+CO2），之后进入气冷反应器壳程继续进行甲醇合成反应，同时对气冷反应器管程内的工艺气进行预热；气冷反应器出口气经2.0 MPa锅炉水冷却器及空冷器冷却后，进入甲醇分离器，从甲醇分离器上部出来的未反应气大部分作为循环气进入循环气压缩段压缩后返回甲醇合成回路，小部分未反应气作为弛放气经膜分离氢回收系统提氢后排放。气冷反应器与水冷反应器通常使用相同型号的铜基甲醇合成催化剂。
实际生产中，榆林能化甲醇合成系统新鲜气先进入水冷反应器反应，然后进入气冷反应器进一步反应，新鲜气在水冷反应器参与反应较多、在气冷反应器参与反应较少，无法进行反应负荷调节，由此造成甲醇合成催化剂使用后期水冷反应器催化剂活性下降快而气冷反应器催化剂活性依然较好的情况，水冷反应器与气冷反应器催化剂活性不能实现同步衰减，水冷反应器需更换催化剂时气冷反应器催化剂仍然可以使用，而未更换的气冷反应器催化剂使用寿命与新更换的一炉水冷反应器催化剂使用寿命往往不同步，出现气冷反应器催化剂使用寿命后期活性衰减严重而难以适应生产需求的情况。简言之，水冷反应器与气冷反应器催化剂同时更换存在严重的浪费问题，水冷反应器与气冷反应器催化剂不同时更换则又存在生产上难以协调的问题。为此，榆林能化采取了提升甲醇合成催化剂效能的技改措施——新增新鲜气调节副线，以下对有关情况作一总结。
1 各炉甲醇合成催化剂使用概况
截至2022年5月，榆林能化600 kt/a甲醇合成系统已使用七炉甲醇合成催化剂。前五炉甲醇合成催化剂使用期间均出现水冷反应器催化剂活性衰减过快、气冷反应器催化剂活性依然良好的状况，且随着甲醇合成催化剂的持续运行，主反应逐渐向气冷反应器转移，而榆林能化水冷反应器换热面积为4 233 m2、气冷反应器换热面积为488 m2，气冷反应器换热面积较小，气冷反应器反应热不能快速、及时移出，催化剂床层温度上涨，持续高温运行，会使催化剂活性快速衰减，粗甲醇中副产物增加，造成甲醇产量下降，影响企业经济效益。榆林能化于2018年10月甲醇装置大检修期间组织更换为第六炉甲醇合成催化剂，采用科莱恩MegaMax700型甲醇合成催化剂，并在检修期间新增新鲜气调节副线。榆林能化各炉甲醇合成催化剂使用时间及甲醇产量见表1。
榆林能化甲醇合成催化剂使用寿命较短，大多在550 d左右。在甲醇合成催化剂更换为第六炉科莱恩MegaMax700型催化剂时，榆林能化同步对甲醇合成系统进行了优化改进——新增新鲜气调节副线，新鲜气副线闸阀打开时新鲜气与水冷反应器出口气混合后进入气冷反应器壳程进口。在第七炉甲醇合成催化剂使用过程中，分流约40 000 m3/h（标态，下文无特别说明处均指标态）新鲜气到气冷反应器壳程，即分配约20%的负荷至气冷反应器，运行过程中气冷反应器热点温度逐渐上涨，水冷反应器内催化剂活性下降趋势比较缓慢。
2 甲醇合成催化剂运行及使用寿命影响因素
榆林能化各炉甲醇合成催化剂均为铜基催化剂，实践表明，铜基甲醇合成催化剂使用寿命主要受催化剂床层热点温度、新鲜气中的硫和氯含量、空速、催化剂升温还原控制优劣、工艺流程等因素的影响。
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