尹艳江 陈焕峰 (河北金牛旭阳化工有限公司,河北 邢台 054001）

河北金牛旭阳化工有限公司20万t/a甲醇装置以焦炉煤气为原料，采用纯氧—蒸汽转化、低压合成甲醇技术，经三塔精馏工序制的99.99%（乙醇含量＜50ppm）。该装置于2009年5月投产运行。针对合成系统运行过程中出现的制约甲醇提产问题、降低消耗的问题，采取技改等相应措施，实现生产平稳运行。

1 项目提出的背景及项目的必要性

1.1 概述

河北金牛旭阳化工有限公司的20万吨/年甲醇项目依托四川天一科技股份有限公司设计。装置于2009年投运后，经过一年的运行发现甲醇合成系统中驰放气的CO的平均含量为3%（v/v），CO2的平均含量为6%（v/v），驰放气量为18000Nm3/h、年损失碳1296万Nm3，根据反应生成1吨甲醇需要700m3碳计算，如果进行合理回收每年多生产甲醇5554吨。于是在2010年通过在原合成塔后串联增加一套小合成系统，将这些驰放气中的碳资源进行了合理利用。

目前大合成塔设计催化剂装填量为39.1m3，入塔气气量为470323Nm3/h。通过查找国内几家知名催化剂厂家 （四川天一、南京南华、大连瑞克）提供催化剂参数可知，催化剂空速6000-20000h-1、反应压力4.0-15.0MPa、使用寿命2-3年，我厂催化剂空速理论计算值为12029h-1、反应压力7.0MPa、生产6年共更换3次催化剂平均寿命为2年，可以看出我公司催化剂的使用情况与同行业企业相比属于中等水平。

1.2 项目提出背景

目前我公司大合成系统在实际运行中存在以下几个问题：

1.2.1 大合成塔催化剂装填量较小仅为39.1m3、空速较高12029h-1、催化剂寿命较短仅为2年。

1.2.2 大合成塔反应压力较高需保持在6.5-6.7MPa，导致前工序合成器压缩机能耗较高。

1.2.3 转化系统压力长期处于高危值运行，系统加量难度较大无法保证装置满负荷生产，而且对生产装置长周期、满负荷、安全运行带来巨大挑战。

2 同行业解决办法

唐山中润煤化工有限公司有两套年产10万吨的焦炉煤气甲醇装置，于2009年3月投产、2012年对合成系统进行了技术改造（每套装置都新增串联了一台小合成塔），再加上焦炉气压缩机镗缸增加打气量和系统补碳（补液态CO2）等一系列手段，单套装置产量由原来的360t/增加到420t/d。通过技术交流，我们发现了对方增产降耗的原因。主要体现在下几点：

2.1 催化剂装填量：中润单套100kt/a大、小合成塔催化剂装填量为29.5m3、15m3，金牛200kt/a大、小合成塔催化剂装填量为39.1m3、4m3。都折合成100kt/a这个平台做比较，中润是我们的2倍。

2.2 操作方式：中润采用大小合成塔并联操作、金牛采用大小合成塔串联操作。原因：唐山中润甲醇装置是化二院设计的系统富余量较大（管道直径、压缩机功率都大）改造后期有加量余地，采用并联操作可以多吃新鲜气是增产的原因。金牛旭阳是由天一设计系统富余量较小，改造后期加量余地几乎没有采用串联保持原有气量不变情况下总碳转化率较高是增产的原因。

2.3 空速：空速=合成气气量/催化剂装填量，中润：7206h-1、金牛：12029h-1。

2.4 反应压力：唐山中润：6.0MPa，金牛旭阳：7.0MPa。

2.5 使用周期：唐山中润使用大连瑞克生产的RK-05型，使用周期为3年（最长一次3.5年），金牛旭阳使用四川天一生产的XCN-98型，使用周期仅为2年。

3 查证相关资料

空速的概念：在规定的条件下，单位时间单位体积催化剂处理的气体量，单位为m3/(m3催化剂·h)，可简化为h-1。反应器中催化剂的装填数量的多少取决于设计原料的数量和质量以及所要求达到的转化率。

空速越高表示催化剂活性越高，装置处理能力越大。但是，空速不能无限提高。对于给定的装置，进料量增加时空速增大，空速大意味着单位时间里通过催化剂的原料多，原料在催化剂上的停留时间短，反应深度浅。相反，空速小意味着反应时间长，降低空速对于提高反应的转化率是有利的。

所以，较低的空速意味着在相同处理量的情况下需要的催化剂数量较多，而在目前我公司大合成塔的催化剂装填料数量无法改变情况下，结合我公司实际生产情况，行之有效的办法就是再增加一台新合成塔提高催化剂的装填量，以此能达到降低空速的目的。

最后技术人员经过认真分析论证，现已提出系统技改方案：即在现有甲醇合成塔旁边并联一台催化剂装填量为20m3的合成塔，使合成催化剂的装填量达到59.1m3，共用现有气气换热器、汽包、蒸发冷和甲醇分离器不增加其他设备。改造完成后可明显降低催化剂的空速、同时合成反应压力也随之降低，并解决了系统压力过高造成的能量损失，以达到提高装置整体高效、稳定和安全性。

4 工艺和施工方案

4.1 工艺方案

新增合成塔与现有大合成塔并联操作，共用一个气气换热器、蒸发冷、甲醇分离器。从联合机经加压后的入塔气经气气换热器换热后同时进入大合成塔和新增合成塔参与反应。由于采用并联操作法，中控操作难易性几乎没有发生改变。

4.2 施工方案

新增合成塔R0603入塔气进出口碰口位置：在R0603进口前增加一道DN600自调阀并联在SG0602-600A-E16M4-H4上，R0603出口与SG0602-600A-E16M4-H4并联。

与开工蒸汽碰口位置：与MUS0601-100-D6M4-H8管线并联，引外来过热蒸汽用于开车操作。

该方案由我公司技术部人员自己设计、自己实施、以便压缩项目投资成本。

5 项目实施规划

5.1 项目投资估算

该项目估算投资需：合成塔（1台，设备规格：DN3000）600万元；管道阀门115万元；电气仪表70万元；土建60万元；安装110万元；其他15万元，合计970万元。

5.2 项目经济效益评价

5.2.1 节约电费

项目完成后系统压力（由7.0MPa降低到6.0MPa计算），合成气压缩机有用功由5656Kw降到5000Kw,节省了11.5%，年节约电费为：5656*11.5%*8000*0.68/10000=353.84万元。

5.2.2 提高甲醇产量

项目完成后，合成催化剂装填量由39.1m3增加到59.1m3，最大的改善体现在CO和CO2转化率长期维持在高限水平，增产按照全年平均进气量52000m3/h、总碳含量38.5%、平均总碳转化率94%、全年累计生产8000小时计算。每小时产量=52000*0.385*0.94/700=26.88t/h，合计全年产量：26.88*8000=215040吨。目前按照210000计算，每年多增产5000吨甲醇。

参照2014年甲醇价格平均2228元/吨，再参照2015年1-5月份甲醇价格2350。平均价格在2300元/吨，我公司甲醇每吨净利润为300元，全年可以增加效益：300*5000=150万元。

6 结语

6.1 综合评价

6.1.1 合成系统改造项目只是在原有合成塔旁边并联一个较小的合成塔，共用原有入塔气换热器和蒸发冷，其余设备不增加，不增加操作难度和工作量，不额外增加占地面积，简便易行。

6.1.2 项目完成后节能带来的年效益为353.84万元；增产带来的年经济效益为150万元。两项合计年经济效益503.84万元。

6.1.3 本项目完成后由于降低了合成催化剂运行空速，使合成系统运行压力（系统运行参数）降低，因此可大大提高系统运行的安全性和可靠性。由此带来的综合效益要远远大于直接经济效益。

6.2 结语

6.2.1 本项目完成后年均创造直接效益503.84万元，投资970万元设备折旧92.15万元（970*0.95/10），投资回收期为：970（/503.84-92.15）=2.36，即两年三个月就可收回投资。

6.2.2 本项目具有良好的经济效益和社会效益，项目完成后可明显提升公司经济实力和竞争能力。