NJφ1 200 mm绝热冷激式内件在联醇塔中的应用 -中华塔器网

秦登成，王大利
(安徽临泉化工股份有限公司，安徽临泉 236400)
      我公司联醇系统设计能力为80 kt／a，其中1#系统采用通常的均温型内件，于2003年3月投入生产，最高日产达120 t。为进一步提高产量，我公司与南京吴安科技公司联合，借鉴该公司研发的NJ型氨合成塔内件技术，开发出新型的Nj复合冷激型联醇合成塔内件，实现了进一步提高联醇产量，并降低单位消耗的目的。
1 NJ复合冷激型联醇塔内件的设计思路
      操作弹性要大，在提高甲醇产量，人塔CO体积分数很高时要有较多的控制调节塔温的手段；在仅起净化作用、人塔CO体积分数较低时要有很好的自热能力。塔阻力要小，以最大限度地降低电耗。塔温分布要合理，以充分提高催化剂效率和利用率。入塔CO转化率要高，保证精炼岗位稳定生产。
针对联醇生产本身的特点，通过分析计算并结合合成氨内件研制的经验，决定采用三床层绝热加冷管复合型结构，内件结构特点如下：新设计的甲醇塔，采用全新的两层轴向冷激，一层冷管复合塔型内件，上层为冷激式绝热床层，刚进入塔内的未反应气中CO体积分数较高，反应相对较为剧烈，绝热层之间采用冷激式结构，可以快速有效地调节床层温度；同时由于反应远离化学平衡，在有甲醇存在的前提下引入的未反应气体并不影响下一层反应的推动力。
     第一、二层采用新型轴向分布冷激器，第二、三层采用平板环管冷激分布器，避免大直径塔气体偏流。同时冷激气直接进入第二、第三催化剂层，有效降低塔阻力。
     由于联醇反应后的气体要进入铜洗工段，而铜洗工段对进入的CO，CO 的体积分数有一定的限制，否则会影响进入氨合成系统气体的净化度。因而第三层采用冷管结构可有效控制床层温度，也可避免在催化剂使用后期因引入的冷激气在床层中停留时间太短而使尾气中CO，CO 偏高的缺陷。采用绝热冷激方法使各段催化剂层的热点温度得到了有效控制，充分利用了各段催化剂，提高了催化剂的利用率。
2 绝热冷激式甲醇塔内件工艺简介
    主气从塔上部入口经环隙、底部换热器、中心管，再与催化剂层下部冷管换热器来的热气体汇合进入第一催化剂层；反应升温后，被第一冷激器— —菱形分布器来的冷气混合降温进入第二催化剂层；再次反应升温后，被第二冷激器一一平板分布器来的冷气混合降温后进入第三催化剂层；经绝热反应升温后，进入下部冷管催化剂层继续反应，反应热被冷管内冷气体移走。
3 催化剂的装填情况
    本次催化剂采用的是南化集团研究院生产的C2o7—1，除下层装500 kg 9 mm×9 mm 大颗粒外，其余是5 mm×5 mm小颗粒，共装催化剂16 700 kg(催化剂筐容积约ll m3)。
4 联醇工艺流程
    压缩来的新鲜原料气12 MPa左右，经油分分离油水后与循环气混合，少部分经甲醇塔的冷激管进入催化剂层，大部分进入甲醇塔，从环隙进入塔内列管换热器后汇集到中心管，进入催化剂层充分反应，热气体与进塔冷气充分换热后出塔，依次进入软水加、塔前预热器、水冷器，冷却至25～35℃进入醇分；分离甲醇后的气体，一部分进入醇洗塔，进一步净化后到铜洗；一部分经循环机，加压重新进入甲醇塔。见图1。
5 催化剂升温还原
升温还原方案见表1。

升温还原过程严格控制升温速率、压力、水汽浓度，并根据出水情况，对升温作了适当的调整。升温中出现了电炉多次跳闸故障，升温共90．5 h，出水量为3 679．7 kg。全部还原过程中水汽质量浓度控制在3 g／m。以下，升温平稳，轴向及平面温差均较小。
此次升温还原特点如下：
(1)在升温还原期间，由于各冷激、副线处于关闭状态，整个床层没有热量被移走，全塔为绝热式，使整个床层热损失小，故电炉使用功率较小(800 kW 电炉只用了75 负荷)；
(2)由于升温时冷激器关闭且没有冷管效应，下层温度易提升，催化剂装填均匀，整个床层气速均匀，催化剂层平面温差、轴向温差小，前期平面温差1℃ ，轴向1～3℃ ，后期平面温差2℃ ，轴向小于9。C，催化剂还原彻底完全；(3)出水均匀、平稳，升温到75℃(累计时间为5 h)开始出水，至累计16．5 h后温度为89．2℃ ，出水保持在45～55 kg／h，后因电炉及热电偶故障，水量有所波动，但总体而言出水均匀、彻底。主要由于此种塔型避免了冷管效应，使整个床层温差较小，低温出水共计2 215．3 kg，最终出水3 679．7 kg。
6 升温还原后生产情况
    升温还原于2003年9月13日下午5：50结束，随即转入轻负荷生产，导气时先用精炼气充压至10．0 MPa，开炉升温至220℃ ，开补气阀待塔温稳定，渐开醇后阀导气至铜洗，同时逐渐减电炉，于下午6：30切断电炉，与原夺1 200 mm 甲醇塔并联使用。
    从13日导气到20日16：00两塔并联使用，各开1台循环机，虽然原料气量气质波动，生产很不稳定，但冷激塔的操作却很稳定，塔温调节手段充分有余，没有出现过大幅振荡现象，可以肯定此塔内件的设计在塔温调节及控制方面十分可靠。
7 满负荷生产情况
    20日16：00因生产需要，1#甲醇塔切断气源，保温保压；全气量通过2#甲醇塔(绝热冷激内件)，并开2台4 m3／min循环机。
    从几天单塔满负荷生产情况看，原料气中CO体积分数为3．0％～4．0%，开2台4 m3／min循环机，新塔的出口CO体积分数可控制在0．1 左右(初期状态)，平面温差小于4℃ ，塔温控制平稳，产量可达26 t／班，CO转化率可达95 ，在原料气中CO体积分数为6．0％～7．0％，班产可达40～45 t。
    2003年10月25日到27日对该新NJ复合冷激型内件进行了72 h高负荷运行考核，在全系统开3台6M50(打气量为305 In。／min)满量，补充气中CO体积分数为6．0 ，CO 体积分数为0．4％，循环机为2台打气量为4．0 Ill。／min的情况下，3天平均日产甲醇126 t，醇后气中CO体积分数为0．2 t0．3％，系统压差小于或等于1．0 MPa，充分体现了其节能效果。
8 结论
NJ夺1 200 mm绝热冷激式内件具有以下特点：
a)结构合理。由于一段、二段采用菱形、平板分布器，冷气双向导引，有利于气体均匀分布与催化剂床层温度的调节控制；同时避免了冷管效应，有利于催化剂彻底的还原，提高了催化剂利用率。三段采用冷管，冷气经冷管换热后上升至顶部进入催化剂层，既控制了三段温度，保证了出口CO含量，同时还为一段温度调节增添了手段。
b)催化剂装填均匀密实。由于此内件一、二、三段为绝热段，下段冷管只换热降温，管子数量少，冷管间距大，一段、二段分布器埋在催化剂中，所以催化剂装填均匀、严密、避免了疏密不一致的情况，有利于气体均匀分布。
c)催化剂装填量大，自热效果好。此塔换热列管少，催化剂筐有效容积大，比均温型的1#塔多装1 800 kg。
d)催化剂还原彻底，利用率高。由于多种原因，升温还原时轴向及径向温差小，催化剂还原彻底，利用率高，有利于提高CO转化率，增加产量，降低消耗。

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