尹艷江 陳煥峰 (河北金牛旭陽(yáng)化工有限公司,河北 邢臺(tái) 054001）

河北金牛旭陽(yáng)化工有限公司20萬(wàn)t/a甲醇裝置以焦?fàn)t煤氣為原料，采用純氧—蒸汽轉(zhuǎn)化、低壓合成甲醇技術(shù)，經(jīng)三塔精餾工序制的99.99%（乙醇含量＜50ppm）。該裝置于2009年5月投產(chǎn)運(yùn)行。針對(duì)合成系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的制約甲醇提產(chǎn)問(wèn)題、降低消耗的問(wèn)題，采取技改等相應(yīng)措施，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

1 項(xiàng)目提出的背景及項(xiàng)目的必要性

1.1 概述

河北金牛旭陽(yáng)化工有限公司的20萬(wàn)噸/年甲醇項(xiàng)目依托四川天一科技股份有限公司設(shè)計(jì)。裝置于2009年投運(yùn)后，經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)甲醇合成系統(tǒng)中馳放氣的CO的平均含量為3%（v/v），CO2的平均含量為6%（v/v），馳放氣量為18000Nm3/h、年損失碳1296萬(wàn)Nm3，根據(jù)反應(yīng)生成1噸甲醇需要700m3碳計(jì)算，如果進(jìn)行合理回收每年多生產(chǎn)甲醇5554噸。于是在2010年通過(guò)在原合成塔后串聯(lián)增加一套小合成系統(tǒng)，將這些馳放氣中的碳資源進(jìn)行了合理利用。

目前大合成塔設(shè)計(jì)催化劑裝填量為39.1m3，入塔氣氣量為470323Nm3/h。通過(guò)查找國(guó)內(nèi)幾家知名催化劑廠家 （四川天一、南京南華、大連瑞克）提供催化劑參數(shù)可知，催化劑空速6000-20000h-1、反應(yīng)壓力4.0-15.0MPa、使用壽命2-3年，我廠催化劑空速理論計(jì)算值為12029h-1、反應(yīng)壓力7.0MPa、生產(chǎn)6年共更換3次催化劑平均壽命為2年，可以看出我公司催化劑的使用情況與同行業(yè)企業(yè)相比屬于中等水平。

1.2 項(xiàng)目提出背景

目前我公司大合成系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1.2.1 大合成塔催化劑裝填量較小僅為39.1m3、空速較高12029h-1、催化劑壽命較短僅為2年。

1.2.2 大合成塔反應(yīng)壓力較高需保持在6.5-6.7MPa，導(dǎo)致前工序合成器壓縮機(jī)能耗較高。

1.2.3 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)壓力長(zhǎng)期處于高危值運(yùn)行，系統(tǒng)加量難度較大無(wú)法保證裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)，而且對(duì)生產(chǎn)裝置長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、安全運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

2 同行業(yè)解決辦法

唐山中潤(rùn)煤化工有限公司有兩套年產(chǎn)10萬(wàn)噸的焦?fàn)t煤氣甲醇裝置，于2009年3月投產(chǎn)、2012年對(duì)合成系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造（每套裝置都新增串聯(lián)了一臺(tái)小合成塔），再加上焦?fàn)t氣壓縮機(jī)鏜缸增加打氣量和系統(tǒng)補(bǔ)碳（補(bǔ)液態(tài)CO2）等一系列手段，單套裝置產(chǎn)量由原來(lái)的360t/增加到420t/d。通過(guò)技術(shù)交流，我們發(fā)現(xiàn)了對(duì)方增產(chǎn)降耗的原因。主要體現(xiàn)在下幾點(diǎn)：

2.1 催化劑裝填量：中潤(rùn)單套100kt/a大、小合成塔催化劑裝填量為29.5m3、15m3，金牛200kt/a大、小合成塔催化劑裝填量為39.1m3、4m3。都折合成100kt/a這個(gè)平臺(tái)做比較，中潤(rùn)是我們的2倍。

2.2 操作方式：中潤(rùn)采用大小合成塔并聯(lián)操作、金牛采用大小合成塔串聯(lián)操作。原因：唐山中潤(rùn)甲醇裝置是化二院設(shè)計(jì)的系統(tǒng)富余量較大（管道直徑、壓縮機(jī)功率都大）改造后期有加量余地，采用并聯(lián)操作可以多吃新鮮氣是增產(chǎn)的原因。金牛旭陽(yáng)是由天一設(shè)計(jì)系統(tǒng)富余量較小，改造后期加量余地幾乎沒(méi)有采用串聯(lián)保持原有氣量不變情況下總碳轉(zhuǎn)化率較高是增產(chǎn)的原因。

2.3 空速：空速=合成氣氣量/催化劑裝填量，中潤(rùn)：7206h-1、金牛：12029h-1。

2.4 反應(yīng)壓力：唐山中潤(rùn)：6.0MPa，金牛旭陽(yáng)：7.0MPa。

2.5 使用周期：唐山中潤(rùn)使用大連瑞克生產(chǎn)的RK-05型，使用周期為3年（最長(zhǎng)一次3.5年），金牛旭陽(yáng)使用四川天一生產(chǎn)的XCN-98型，使用周期僅為2年。

3 查證相關(guān)資料

空速的概念：在規(guī)定的條件下，單位時(shí)間單位體積催化劑處理的氣體量，單位為m3/(m3催化劑·h)，可簡(jiǎn)化為h-1。反應(yīng)器中催化劑的裝填數(shù)量的多少取決于設(shè)計(jì)原料的數(shù)量和質(zhì)量以及所要求達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。

空速越高表示催化劑活性越高，裝置處理能力越大。但是，空速不能無(wú)限提高。對(duì)于給定的裝置，進(jìn)料量增加時(shí)空速增大，空速大意味著單位時(shí)間里通過(guò)催化劑的原料多，原料在催化劑上的停留時(shí)間短，反應(yīng)深度淺。相反，空速小意味著反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，降低空速對(duì)于提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率是有利的。

所以，較低的空速意味著在相同處理量的情況下需要的催化劑數(shù)量較多，而在目前我公司大合成塔的催化劑裝填料數(shù)量無(wú)法改變情況下，結(jié)合我公司實(shí)際生產(chǎn)情況，行之有效的辦法就是再增加一臺(tái)新合成塔提高催化劑的裝填量，以此能達(dá)到降低空速的目的。

最后技術(shù)人員經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析論證，現(xiàn)已提出系統(tǒng)技改方案：即在現(xiàn)有甲醇合成塔旁邊并聯(lián)一臺(tái)催化劑裝填量為20m3的合成塔，使合成催化劑的裝填量達(dá)到59.1m3，共用現(xiàn)有氣氣換熱器、汽包、蒸發(fā)冷和甲醇分離器不增加其他設(shè)備。改造完成后可明顯降低催化劑的空速、同時(shí)合成反應(yīng)壓力也隨之降低，并解決了系統(tǒng)壓力過(guò)高造成的能量損失，以達(dá)到提高裝置整體高效、穩(wěn)定和安全性。

4 工藝和施工方案

4.1 工藝方案

新增合成塔與現(xiàn)有大合成塔并聯(lián)操作，共用一個(gè)氣氣換熱器、蒸發(fā)冷、甲醇分離器。從聯(lián)合機(jī)經(jīng)加壓后的入塔氣經(jīng)氣氣換熱器換熱后同時(shí)進(jìn)入大合成塔和新增合成塔參與反應(yīng)。由于采用并聯(lián)操作法，中控操作難易性幾乎沒(méi)有發(fā)生改變。

4.2 施工方案

新增合成塔R0603入塔氣進(jìn)出口碰口位置：在R0603進(jìn)口前增加一道DN600自調(diào)閥并聯(lián)在SG0602-600A-E16M4-H4上，R0603出口與SG0602-600A-E16M4-H4并聯(lián)。

與開(kāi)工蒸汽碰口位置：與MUS0601-100-D6M4-H8管線并聯(lián)，引外來(lái)過(guò)熱蒸汽用于開(kāi)車操作。

該方案由我公司技術(shù)部人員自己設(shè)計(jì)、自己實(shí)施、以便壓縮項(xiàng)目投資成本。

5 項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃

5.1 項(xiàng)目投資估算

該項(xiàng)目估算投資需：合成塔（1臺(tái)，設(shè)備規(guī)格：DN3000）600萬(wàn)元；管道閥門115萬(wàn)元；電氣儀表70萬(wàn)元；土建60萬(wàn)元；安裝110萬(wàn)元；其他15萬(wàn)元，合計(jì)970萬(wàn)元。

5.2 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

5.2.1 節(jié)約電費(fèi)

項(xiàng)目完成后系統(tǒng)壓力（由7.0MPa降低到6.0MPa計(jì)算），合成氣壓縮機(jī)有用功由5656Kw降到5000Kw,節(jié)省了11.5%，年節(jié)約電費(fèi)為：5656*11.5%*8000*0.68/10000=353.84萬(wàn)元。

5.2.2 提高甲醇產(chǎn)量

項(xiàng)目完成后，合成催化劑裝填量由39.1m3增加到59.1m3，最大的改善體現(xiàn)在CO和CO2轉(zhuǎn)化率長(zhǎng)期維持在高限水平，增產(chǎn)按照全年平均進(jìn)氣量52000m3/h、總碳含量38.5%、平均總碳轉(zhuǎn)化率94%、全年累計(jì)生產(chǎn)8000小時(shí)計(jì)算。每小時(shí)產(chǎn)量=52000*0.385*0.94/700=26.88t/h，合計(jì)全年產(chǎn)量：26.88*8000=215040噸。目前按照210000計(jì)算，每年多增產(chǎn)5000噸甲醇。

參照2014年甲醇價(jià)格平均2228元/噸，再參照2015年1-5月份甲醇價(jià)格2350。平均價(jià)格在2300元/噸，我公司甲醇每噸凈利潤(rùn)為300元，全年可以增加效益：300*5000=150萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

6.1 綜合評(píng)價(jià)

6.1.1 合成系統(tǒng)改造項(xiàng)目只是在原有合成塔旁邊并聯(lián)一個(gè)較小的合成塔，共用原有入塔氣換熱器和蒸發(fā)冷，其余設(shè)備不增加，不增加操作難度和工作量，不額外增加占地面積，簡(jiǎn)便易行。

6.1.2 項(xiàng)目完成后節(jié)能帶來(lái)的年效益為353.84萬(wàn)元；增產(chǎn)帶來(lái)的年經(jīng)濟(jì)效益為150萬(wàn)元。兩項(xiàng)合計(jì)年經(jīng)濟(jì)效益503.84萬(wàn)元。

6.1.3 本項(xiàng)目完成后由于降低了合成催化劑運(yùn)行空速，使合成系統(tǒng)運(yùn)行壓力（系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)）降低，因此可大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。由此帶來(lái)的綜合效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接經(jīng)濟(jì)效益。

6.2 結(jié)語(yǔ)

6.2.1 本項(xiàng)目完成后年均創(chuàng)造直接效益503.84萬(wàn)元，投資970萬(wàn)元設(shè)備折舊92.15萬(wàn)元（970*0.95/10），投資回收期為：970（/503.84-92.15）=2.36，即兩年三個(gè)月就可收回投資。

6.2.2 本項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，項(xiàng)目完成后可明顯提升公司經(jīng)濟(jì)實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)能力。