甲醇生产中预转化催化剂应用分析.pdf

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1、甲醇生产中预转化催化剂应用分析陈鑫亮(中海石油建滔化工有限公司，海南东方572600)摘要：本文通过研究预转化技术的特点及预转化催化剂的反应原理分析甲醇生产中应用预转化催化剂时的正常情况和失效情况，针对失效情况提出对应的处理措施。关键词：预转化催化剂；甲醇生产应用；失效措施由于预转化技术具有原料适应性广，能够有效减小转化炉规格，降低设备投资的特点，目前在合成氨和甲醇生产中广泛使用。该技术可将原料中的高碳烃分解，有利于保护转化管和延长催化剂使用寿命，增加系统生产能力，同时回收烟气中的大量废热进而提高整个工艺系统的热效率，因此目前在

2、甲醇生产领域被广泛应用。中海石油建滔化工有限公司(简称海油建滔)甲醇二期项目采用Davy工艺，设计以天然气为原料，烃类蒸汽转化法造气的工艺路线，将天然气中的CH。转化为Hz，CO，CO：，生产符合甲醇合成要求的原料气。其中转化单元设计采用预转化工艺技术，使得进入转化炉的进料组成简单稳定，从而可以采用低水碳比和高转化进口温度进行生产，有效的降低装置能耗。预转化前设计加氢、脱硫、超精脱硫工序，确保进入预转化系统的气体不含硫，有效的延长催化剂的使用寿命，提高使用效率。1预转化技术特点及反应原理1．1预转化技术预转化技术是在催化剂的作用

3、下将常规的转化炉的部分负荷前移至预转化反应器进行反应。预转化反应可在低温、低水碳比的工况下进行。在预转化反应器的床层中，高碳烃分解，进而减少了转化炉的生产负荷，提高了生产装置的产能，降低了转化炉的设备投资和燃气消耗，增加了产能、提高转化管人口温度和热凹收。1．2反应原理原料天然气中c二。的高级烃类在绝热同定床反应器内通过一定温度、催化剂、压力的作用下与部分甲烷与水蒸气发生可逆吸热反应生成CO、CO：与H：的过程称为预转化反应。该反应方程式如下：C，，H．。+nH,O=nCO+(n+-'g)H2-Q‘CH—H2()=C0+3Hz-

4、206kJ／molCO+Hp--CO一,-H—4ll【j／tool热裂解反应由于高级烃类组成复杂会造成反应过程积炭，可能发生副反应如下：2CO=C+CO：-172．5lkJ／mol(快速反廊)CO+It庐C+H20+131，5IkJ／mol{中阍速度)CH庐C+2H2—74．91kJ／mol(缓慢反应)2甲醇生产中预转化催化剂正常运行情况在正常运行操作中，要求每周定时记录相关数据并绘制曲线。比如预转化进出口温度和床层温度变化曲线等便于观察温度变化。控制系统负荷为96．8km3／Il，尽力减少系统负荷波动，将水碳比控制在3．0～3

5、．1之间，避免入口组分和温度大幅度波动，进口温度控制在550。C左右。由于总反应热效应是吸热的，各床层温度随时间增加而增加，进出口温度差逐渐变小，当出口温度接近入口温度时说明该层催化剂已基本失活。在催化剂后期操作中，通过计算催化剂每下移一层主要反应区域所需的时间并继续提高预转化入口温度，以保证在允许范围内装置稳定运行。直至进出IZlC。+含量相同或温差缩小至影响转化炉操作为止，Davy设计要求预转化催化剂可在正常情况下可以使用18个月左右。需要特别关注的是，催化剂超温活性会急剧下降所以任何情况下不允许超温运行。3预转化催化剂失效

6、情况正常情况下温度5700C、水碳比3．0～3．1、操作压力2．2MPa的预转化炉入口操作条件中可以将2％(摩尔分率)的高级烃和部分CHa经过上面说的反应过程转化为CO、CO：、Hz，但整个过程是吸热反应，则会导致出口气体温度降至490℃，与进口相比，出口温度下降了大约80℃。保持这个温差情况下可以比较好的进行预转化反应，但上层催化剂的活性减少后反应会逐层下移，则下移后带动了整体热量后移，这就使得进出口温差不断减少，当温差缩减到46。C左右时，设备已接近最大允许操作条件且催化剂活性整体发生改变，此时整个设备的工艺参数发生了比较大

7、的变化：(1)预转化炉出口温度上升剧烈，出IZl气体热量增加明显。(2)转化炉入口温度达到630。C的最大允许操作温度，这时需要打开转化炉进口盘管旁路阀消除多余的热量防止温度继续上升造成设备损坏，但是这样做的结果就是导致原料气量减少，这就影响了整体流量，使得在入口温度上升的情况下，出口气体温度也上升到临界点630℃附近。(3)盘管气体温度也会在整体温度上升和流量减少情况下升至498cc超过设备最大允许的495℃。(4)上层转化催化剂的活性会因为入口温度上升变好导致转化管上部发生更多气体反应吸收更多热量，而对应转化管下部却是相反状

8、况，下部反应弱吸收热量减少管壁温度上涨使得使用寿命大幅减少。1201北善髫醒2017年04,EJ(5)催化剂和转化管对预转化系统起保护作用，催化剂失效后更多的CH。和高碳烃进入下游工段增加了转化炉负荷和热负荷，在这种情况下可能导致催化剂增加析碳能力升高了转化管管