劉天匯賀瑞民魏聚廣陳西伍
（濮陽龍宇化工有限責任公司）
摘要：分析甲醇合成塔氣體分布器存在的問題，通過計算論證提出兩種新型氣體分布器模型，製作應用於生產後，取得了良好的效果
關鍵詞：甲醇；合成塔；氣體分布器；觸媒
我公司（濮陽龍宇化工有限責任公司）的前身是濮陽市甲醇廠，2023年之前的生產能力為10萬噸/年甲醇，採用國際上先進的原西德魯奇（lurgi)低壓法甲醇合成工藝，是國內第一套以天然氣與水煤氣混合生產甲醇的裝置。其關鍵裝置之一是兩套合成塔系統（老塔2023年投用，新塔2023年投用），合成塔採用管殼外冷—絕熱複合式固定床催化反應器，內部為列管式結構，殼程為冷卻水，管程裝填催化劑。它們可單獨一塔使用，也可併聯同時使用。
基本流程為：甲醇合成氣預熱至225℃後在一定壓力下進入合成塔管程，在催化劑（銅基觸媒）作用下，反應生成甲醇和水。這是乙個體積縮小的放熱反應，其主要反應式為：
co+2h2ch3oh+91.2kj/mol
co2+3h2ch3oh+h2o+49.8kj/mol
反應生成的甲醇氣體出塔後經冷卻、分離、閃蒸獲得粗甲醇，而反應產生的熱量則被殼程中的冷卻水（沸騰水）帶走，轉換成蒸汽後供系統使用。
兩合成塔自98年以來，存在催化劑產率較低（兩塔平均產率僅0.5g/使用壽命短的現象。特別是在催化劑使用後期，甲醇轉化率較低，造成系統負荷加不上，只能控制在90％負荷以下，使成本大幅度上公升，嚴重制約了生產。
針對這種情況，我們認真分析新、老合成塔的內部結構，研究論證歷次催化劑的裝卸記錄、使用情況，希望能找到問題的癥結所在。
甲醇合成氣從新塔塔頂封頭正上方進入塔內（進氣管口徑350mm），經氣體分布器實現分流。該氣體分布器如圖所示，底部為
擋板，上面三層為環狀板，中間以十字筋板焊連。氣體自上部進來後再從環狀板之間的空隙向四周、而後向下流入塔內，透過管板上均勻分布的厚約200～300mm的銅基觸媒（催化劑）層（上覆10mm厚直徑為6mm的惰性瓷球）進入管程進行反應。這種氣體分布器使氣體呈傘狀下流，在塔內分布不均勻，出現「偏流」現象。
由於高壓氣體的衝擊作用（空速），管板上中間部分漸漸隆起2～3m3的觸媒堆（夾雜惰性瓷球），阻滯了氣體流入該區域下面的列管；而觸媒堆以外的地方則因觸媒被吹起露出管板，氣流由此大量進入列管。這樣結果就使管程中的觸媒受氣量不均勻，造成部分觸媒使用率低、部分觸媒又負荷過高而使催化劑提前失活。在被氣體偏流吹起的管板以上的觸媒堆處，反應放出的大量熱量不能被冷卻水帶走而積聚，造成觸媒燒焦、結塊，降低了觸媒的壽命，而觸媒的燒結又進一步阻滯了氣體進入管程，使觸媒的利用率更低。
以上是新合成系統甲醇轉化率低的根本原因。老合成塔沒有氣體分布器，入塔氣直接從塔頂以45°方向進入塔內，同樣存在氣體「偏流」現象（如圖示）。這使老塔管板上的觸媒在進氣口下方
積聚成堆，而其它地方的觸媒被吹開，露出管板。這也造成了氣流分布不均，部分觸媒燒結，影響觸媒使用率，降低觸媒使用壽命的問題。
基於以上分析，我們決定對兩塔進氣分布器進行改造。通過查閱有關技術資料、科技文獻，結合實際生產經驗，我們設計出針對新、老兩塔的兩種不同的新型氣體分布器。對老塔（如圖示），我們加裝
蘑菇形分布器，在直徑480mm（厚度8mm)的半圓球殼體（類似半圓形封頭）上開390個直徑18mm的圓孔，使之均布於球面，原則是分布器的出氣截面積不小於進氣管線的截面積，以保證不對氣流產生阻力，即不出現「憋壓」的現象。由s分布器=1/4×3.14×0.
0182×390＝0.0995（m2）＞s進氣管＝1/4×3.14×0.
322＝0.0804（m2）,可知該分布器滿足這一要求。對新塔，我們用8mm厚鋼板製作三個像喇叭口一樣的大小頭，尺寸如圖示。
大小頭小端對齊，環環相套，間隔均勻，中
間以筋板十字焊接固定。該分布器的外層小頭與塔體進氣口相連線，大頭的延長線略大於管板外圓。入塔氣體經過這兩種新型分布器後都能均勻地流向管板麵的外、中、內三部分，達到氣流均布的目的，從而避免管板上觸媒成堆、燒結，管程內氣流分布不均，觸媒利用率偏低、壽命縮短的問題。
在2023年8月裝置大修、更換催化劑的過程中，我們對新、老合成塔進行了改造，分別加裝上述兩種新型氣體分布器。開車後經過催化劑公升溫還原、小負荷生產之後，我們進行了滿負荷測試，創下日產352噸甲醇的最高紀錄，生產負荷超過以往任何時期。經過此後近半年的連續執行，觸媒使用效率大幅上公升，甲醇轉化率也顯著提高，新鮮氣最高可以加到42000nm3/h,但改造前新鮮氣最高只能加到38000 nm3/h。
增加的氣量每小時可增產甲醇1.4噸（按噸甲醇耗氣2850m3計），全年生產按照8000小時計算，可增加產量11200噸，每噸甲醇按照2500元均價計算，全年可增加產值2800萬元，效益巨大。這說明以前合成塔存在的問題基本得到解決，證明我們設計製作的新型氣體分布器在我廠兩合成塔上的應用是完全成功的，為我廠提高合成催化劑使用率、提高甲醇產量、降低能耗做出了貢獻。
這兩種新型分布器在國內屬首創，2023年5月獲國家專利局授予實用新型發明專利，具有很大的推廣價值。
作者簡介：
劉天匯，男，2023年5月出生。畢業於武漢水運工程學院（現武漢理工大學）。工作單位：
濮陽龍宇化工有限責任公司，裝置部工程師。專業領域：機械裝置。
聯絡位址：濮陽龍宇化工有限責任公司裝置部。郵編：
457000 **：130郵箱：
賀瑞民，男，工程師。工作單位： 濮陽龍宇化工有限責任公司裝置部。
陳西伍，男，工程師。工作單位： 濮陽龍宇化工有限責任公司裝置部。
魏聚廣，男，工程師。工作單位： 新鄉中新化工有限責任公司。
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