楊乾明

［建滔（河北）焦化化工有限公司，河北 內(nèi)丘 054200］

我公司有兩套100kt／a焦?fàn)t氣制甲醇裝置。二期甲醇裝置于2009年5月正式投產(chǎn)，投產(chǎn)半年后，運(yùn)行趨于穩(wěn)定，從2010年開始產(chǎn)量平均每月均在10kt以上，連續(xù)兩年產(chǎn)量超過120kt。2012年，在國內(nèi)鋼鐵市場不景氣的情況下，我公司仍然盈利1.2億元。

二期甲醇裝置凈化系統(tǒng)二段轉(zhuǎn)化爐采用的是自熱式轉(zhuǎn)化爐，氧氣從位于轉(zhuǎn)化爐爐頂中心的金屬燒嘴氧氣分布器進(jìn)入，與從轉(zhuǎn)化爐兩側(cè)進(jìn)來的焦?fàn)t氣在燃燒室均勻混合后進(jìn)行燃燒。本轉(zhuǎn)化爐的特點(diǎn)在于氧氣是從爐頂?shù)慕饘贌爝M(jìn)入，金屬燒嘴從爐頂深入到燃燒室長約3.440m，燒嘴下端均布11個(gè)φ25mm噴孔，而焦?fàn)t氣則從轉(zhuǎn)化爐兩側(cè)金屬燒嘴噴孔的上方進(jìn)入燃燒室。

1 甲烷偏高現(xiàn)象及特征

2013年3月底，第一爐轉(zhuǎn)化催化劑使用已將近4a（2010年及2011年均篩選及更換部分轉(zhuǎn)化催化劑），其型號上部是Z205，下部是CN20，西南院生產(chǎn)。為保證裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，決定更換全部轉(zhuǎn)化催化劑；公司生產(chǎn)部鑒于使用第一爐催化劑能夠長周期穩(wěn)定地保證轉(zhuǎn)化爐出口的甲烷含量，研究決定仍使用西南院生產(chǎn)的Z205／CN20轉(zhuǎn)化催化劑。于2013年3月30日裝填，3月31日開始在廠家的指導(dǎo)下按升溫還原方案開始升溫還原，4月1日投入正常生產(chǎn)，系統(tǒng)進(jìn)入低負(fù)荷生產(chǎn)期，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化爐出口甲烷明顯偏高；經(jīng)過一周左右穩(wěn)定調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化爐的水碳比、轉(zhuǎn)化爐出口溫度，以及進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐焦?fàn)t氣與氧氣的流量均屬正常控制范圍內(nèi)，而合成工段合成反應(yīng)明顯較差，合成系統(tǒng)惰性氣體成分上升，其甲烷含量比停車前有較大的上升，這證明轉(zhuǎn)化爐出口甲烷偏高屬實(shí)。

2 二段轉(zhuǎn)化爐出口甲烷偏高的原因分析

由于轉(zhuǎn)化爐出口甲烷偏高是發(fā)生在新裝填催化劑投用后，在系統(tǒng)滿負(fù)荷焦?fàn)t氣達(dá)26000m3／h、燃燒室溫度達(dá)1 230℃時(shí)，轉(zhuǎn)化爐出口甲烷仍然在1.2%以上。我們利用一個(gè)月的時(shí)間對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)節(jié)并對轉(zhuǎn)化爐數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析（如表1）。

表1 更換轉(zhuǎn)化催化劑前后工藝參數(shù)的對比

我們利用平衡溫距這一手段對催化劑更換前后進(jìn)行了考查。經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在更換催化劑前轉(zhuǎn)化爐燃燒室同一水平面上東西相對的TI60610及TI60611熱電偶溫差為15℃左右，而在同一垂直方向TI60610、TI60609、TI60608、TI60607之間的溫差分別為70℃、70℃、40℃。檢修更換催化劑后，轉(zhuǎn)化爐燃燒室同一水平面上東西相對的TI60610及TI60611熱電偶溫差為100℃左右，在同一垂直方向TI60610、TI60609、TI60608、TI60607之間的溫差分別為200℃、20℃、10℃。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，由于甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，新催化劑層TI60610與TI60609熱電偶有較大的溫差仍屬比較正常，從理論上講，一定時(shí)期內(nèi)催化劑的平衡溫距應(yīng)該是一個(gè)相對穩(wěn)定的數(shù)值；但是催化劑層幾乎沒有溫差，說明這里邊已經(jīng)沒有甲烷轉(zhuǎn)化的吸熱反應(yīng)了。

當(dāng)金屬燒嘴的氧氣分布器內(nèi)發(fā)生偏流時(shí)，會(huì)造成氧氣與焦?fàn)t氣混合不均勻，一邊氧氣較多的部分溫度較高，其活性較好，造成TI60610與TI60609熱電偶溫差較大，甲烷在上部已經(jīng)反應(yīng)完全，下部依次為TI60609、TI60608、TI60607處，已經(jīng)沒有多少甲烷在此反應(yīng)，導(dǎo)致溫升小。而另一邊卻是因?yàn)檠鯕饬啃?，溫度不足，甲烷轉(zhuǎn)化催化劑達(dá)不到活性要求的溫度，甲烷轉(zhuǎn)化得少?？偟膩碇v，就是燒嘴偏流后，過氧的一邊造成反應(yīng)溫度上升較多，甲烷反應(yīng)也多；相反，缺氧的一邊反應(yīng)就少，總體上使得轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量上升了，平衡溫距也在上升。此外，金屬燒嘴到燃燒室的六角磚轉(zhuǎn)化氣分布器的距離有限，氣流速度快，一旦發(fā)生偏流，轉(zhuǎn)化氣在燃燒室混合后進(jìn)入催化劑層的可能性不大，這樣就造成焦?fàn)t氣量越大，加的氧氣量也就越多，轉(zhuǎn)化爐燃燒室內(nèi)的反應(yīng)熱也就越多，對轉(zhuǎn)化爐催化劑層的平衡溫距影響也就越大?？傮w表現(xiàn)為，隨著轉(zhuǎn)化爐溫度升高，溫差變大，轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量反而沒有變小。

3 轉(zhuǎn)化爐金屬燒嘴偏流的原因

（1）頻繁地開停車，是造成轉(zhuǎn)化爐燒嘴偏流的根本原因。每一次因?yàn)槭鹿薁顟B(tài)的開停車，都會(huì)使轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的溫度及系統(tǒng)壓力產(chǎn)生突變，溫度從700℃突升至正常時(shí)的1 200℃，或是從正常時(shí)的1 200℃急降至500℃；在此過程中系統(tǒng)壓力的迅速變化，燒嘴還將不可避免地受到氣流的沖擊，這種溫度應(yīng)力和氣流的沖擊，對金屬燒嘴來說都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

（2）停車檢修，在拆開金屬燒嘴后，一般情況下轉(zhuǎn)化爐大帽和金屬燒嘴均是拆開放置，金屬燒嘴長時(shí)間于一個(gè)位置平躺放置，也會(huì)造成燒嘴變形，只需一點(diǎn)變形就會(huì)對轉(zhuǎn)化爐金屬燒嘴偏流埋下隱患。

（3）回裝轉(zhuǎn)化爐大帽時(shí)，法蘭墊片的水平放置是否合格，燒嘴安裝的垂直度是否進(jìn)行過校驗(yàn)，也會(huì)直接影響到開車后燒嘴的運(yùn)行情況。

4 燒嘴偏流后采取的措施

燒嘴偏流后，不可避免地會(huì)造成部分催化劑超溫。在這種情況下，防止轉(zhuǎn)化爐催化劑超溫，避免轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量繼續(xù)上升則成為關(guān)鍵。首先，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)化爐催化劑層及轉(zhuǎn)化爐出口溫度在指標(biāo)范圍內(nèi)；然后，應(yīng)減少系統(tǒng)波動(dòng)及頻繁加減負(fù)荷，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；其次，加強(qiáng)員工責(zé)任意識的培訓(xùn)，做到勤調(diào)節(jié)，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)化爐的水碳比、水氣比；最后，及時(shí)找出燒嘴偏流原因，在系統(tǒng)停車檢修時(shí)予以糾正。

5 結(jié)束語

轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量的高低直接影響到甲醇的產(chǎn)量，是甲醇系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)；同時(shí)，做好此項(xiàng)工作，也是提高資源利用率，減少排放、減少環(huán)境污染，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。