甲醇合成塔压差增大的原因分析及技术改造应用

甲醇合成塔压差增大的原因分析及技术

改造应用

摘要：甲醇合成装置投产以后，由于甲醇市场持续低迷，大型新建装置不断

建成投产挤压市场，加之进口催化剂供货周期长、价格较高而国产催化剂在性能

上越来越接近进口产品，且价格、供货周期和合同条件上也有一定优势，故决定

采用国产的ＲK-05型催化剂代替MK-121型催化剂。ＲK-05型催化剂投用后，出

现了合成塔压差大、负荷难以提高的问题，经原因分析并采取相应的对策措施后，问题得以解决。

关键词：甲醇合成塔；压差；支撑瓷球；催化剂

引言

甲醇合成塔作为甲醇装置的核心关键设备，要保证其安全、稳定运行，首先，甲醇装置要选择合理的工艺路线，甲醇合成塔要选用先进的设备制造工艺及结构

型式；其次，生产过程中要做好甲醇合成塔的工艺指标控制与优化，确保其处于

良好、稳定的工作状态；再者，生产部门在设备管理上要对关键设备实施特保特护，并针对甲醇合成塔发生泄漏的可能原因，通过各种手段予以控制和预防，就

能实现甲醇合成塔的安全、稳定、长周期运行。

1、甲醇合成工艺流程

低温甲醇洗产生的新鲜合成树脂(5.2 MPa，30 °C)与回收装置中富含氢的

气体混合，从合成压缩机的新鲜部分压缩到10.0 ~ 11.0 MPa，然后注入少量高

压脱盐水，然后进入第一个进排气换热器(E01)，与合成树脂(R-02)的排气气体

交换热量，通过调节阀(TV-01)将温度提高到208 ~ 208。高压分离器(D-01)中的

循环气体经合成压缩机循环段压缩至10.0 ~ 11.0 MPa，然后经过第三个进排气

换热器(E-03)和第二个进排气换热器(E-02)，再与合成空气中的废气交换热量，

然后加热至208 ~ 230℃并与脱硫装置中的新鲜合成材料混合后再进入合成过程；

合成气经过甲醇合成催化剂作用下的甲醇合成反应，离开合成气的气体(230 ~ 260℃)进入第一和第二热交换器，通过新鲜合成气和循环气体冷却至150 ~ 159℃，然后进入第三热交换器，通过循环气体冷却至128 ~ 131℃，再进入合成

气冷却器(E-05)进一步冷却至40℃。高压分离器排出的气体经过增压器后返回合

成诗人的循环段进行重熔。高压分离器中的粗甲醇进入低压分离器(D-02)，闪烁0.4 MPa。剩馀的蒸汽被送往燃气管网或火炬系统，原甲醇被送往整流系统或原

甲醇槽储存。由于食用油中含有少量惰性气体，如N2、Ar、CH4等，为了保持合

成过程中惰性气体的平衡，将回收气体的一部分作为冲洗气体从高压分离器的出

口中分离出来，输送到洗涤塔(C-01)，通过除冰水进行洗涤，然后送往氢回收装

置回收氢气。

2、合成塔压差增大的原因

合成塔底部支撑瓷球直径小，导致支撑瓷球之间的间隙小，气流阻力大。催

化剂形状为圆柱形，催化剂横截面之间接触紧密，不利于形成间隙，当系统负荷（气量）增大时，气流阻力随之增大。催化剂在装填及运行过程中破损率偏高，

粉化现象严重，粉化后的细小颗粒堵塞了催化剂之间的气流通道，导致气流阻力

进一步增大。

技术改造，益达公司结合合成塔压差增大的原因，确定了支撑瓷球、催化剂

的具体规格、型号、数量、到货周期等相关技术要求，并制定了催化剂装填方案，于2019年6月生产装置年度检修期间实施了技术改造，具体如下。改变合成塔

底部支撑瓷球的规格尺寸，适度增加支撑瓷球之间的间隙：将原设计

23.8tΦ25mm的支撑瓷球改为11.9tΦ25mm和11.9tΦ40mm的支撑瓷球。3.2.2

改变合成催化剂的规格尺寸，增大催化剂横截面之间的间隙：将原设计

53.6tΦ5mm（圆柱体状）的催化剂改为36.8tΦ6mm（蘑菇头状）和16.8tΦ5mm （圆柱体状）的催化剂。改变催化剂的装填方法：首先，在催化剂装填之前，对

塔内列管进行逐一疏通检查，确保每根列管的畅通；同时，在装填瓷球时，按划

分区域依次循环、逐层往上装填，当瓷球装填至下管板处，用探绳测量各部位瓷

球的装填高度，各点深度应为7000mm，并使其尽可能相等，装填瓷球时要缓慢、

均匀，防止瓷球在列管内架桥。其次，在催化剂装填过程中，采取分段倒运的装

填方法，改变原装填过程中料斗与列管底部落差高度为12m的一次性直接装填方法，装填时先将催化剂从料斗倒运至列管顶部，然后再进行装填，催化剂的落差

高度由原来的12m降至7m，大大缩短了催化剂装填时的下降行程，降低了催化剂

破损的粉化程度。再次，严格控制每根列管的装填高度，并在装填完成后逐一进

行阻力测试，若发现异常，则采用真空器把催化剂抽出，进行再次装填，确保每

根列管装填的阻力均匀。

3、采取的措施

3.1调整合成塔进气组分

提高供氢装置的冲洗气体体积，可以使N2、CH4和Ar等高分子组分与系统

分离，提高H2、CO2和CO2的有效分压，降低进入塔内气体的平均摩尔质量，从

而在一定程度上减小合成合成rms的压力差，并有助于提高负荷。但是，氢回收

装置的负荷增加后，被非甲烷气体带走的有效气体的损失增加。因此，将原来的

未渗透气体压缩到5.7 MPa(超压)，然后送到层段入口，从而回收有效气体。

3.2减小合成塔前后系统阻力

增加第一和第二进气和排气换热器管侧的进气控制阀开口，以降低排气阻力。在满足进气温度和合成水冷器冷却效果的条件下，完全打开第三进排气换热器壳

侧的进气阀，增加温控旁通阀的开口，减少热回收，降低第三进排气换热器的阻力。

3.3改变催化剂外观形状

根据要求，催化剂制造商将RK-05催化剂的两端从扁平圆柱体改为拱形圆柱体，随着加载模式的改变，合成塔在相同载荷下的压力差可以减小到130 ~ 140 kPa，相当于MK-121和XNC-98催化剂。

4、建议

总结了塑料塔的使用、检验和维护过程，结合对塑料塔泄漏原因的分析，提

出了如何有效避免各种缺陷的发生、设备的制造、选型、使用和维护的建议。(1)