甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化爐管催化劑裝填總結(jié)

         陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司甲烷 轉(zhuǎn)化裝置采用一段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)，脫硫凈化合格的油田氣（主要成分為 CH4）與工藝蒸汽 在高溫、催化劑的作用下，在頂燒式轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)發(fā)生甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成 H2、CO、CO2的轉(zhuǎn)化氣，然后進(jìn)一步合成甲醇。甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所需的熱量是通過回收其它裝 置的幾種廢氣（DCC 干氣、MTO 干氣、合成工段 膜分離非滲透氣、閃蒸氣）與油田燃料氣，在燒嘴處和空氣混合燃燒釋放熱量來提供。

         轉(zhuǎn)化爐是蒸汽轉(zhuǎn)化工藝的核心設(shè)備，在正常運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)化爐管的催化劑裝填的均勻和結(jié)實(shí)與否，決定了轉(zhuǎn)化爐的工作效率和使用壽命，即轉(zhuǎn)化爐管催化劑在裝填過程中的堆放形式十分重要。倘若催化劑在裝填過程中發(fā)生變形，堆放形成架橋或者拱橋現(xiàn)象，就會(huì)在催化劑顆粒之間形成無效空隙。隨著催化劑的繼續(xù)堆放，由于這種結(jié)構(gòu)構(gòu)架比較穩(wěn)定，致使無效空隙留存并且很難消除。無效空隙的存在處沒有催化劑，造成甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)在此處的反應(yīng)不充分，熱量不能按照工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行吸收，導(dǎo)致此處附近的爐管管壁熱量積聚。轉(zhuǎn)化爐在正常運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)化爐管的工作溫度與其材料的冶金溫度十分接近，若是爐管管壁發(fā)生熱量積聚，當(dāng)溫度超出約 10～20℃時(shí)，爐管的使用壽命會(huì)受到嚴(yán)重影響。若是無效空隙出現(xiàn)在催化劑集中的內(nèi)部，會(huì)影響此處催化劑至管壁的溫度梯度分布，催化劑也會(huì)因熱量高而產(chǎn)生過熱。另外，當(dāng)反應(yīng)過程中的水碳比較低時(shí)，在無效空隙存在處極易發(fā)生催化劑結(jié)碳，而周圍的催化劑也會(huì)因此而失去活性，轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)也因此會(huì)出現(xiàn)熱帶現(xiàn)象[1]。因此，轉(zhuǎn)化爐管催化劑的裝填質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)化爐的熱效率，轉(zhuǎn)化爐管的使用壽命，產(chǎn)品氣的質(zhì)量和甲醇產(chǎn)量至關(guān)重要。

1 轉(zhuǎn)化催化劑的性質(zhì) 

         我公司甲烷轉(zhuǎn)化裝置采用某公司生產(chǎn)的催化劑，上部催化劑在上部裝填，主要成份是鉀、鋁酸鈣、氧化鎳；下部催化劑，在下部裝填，主要成份是鋁酸鈣、氧化鎳。

2 催化劑裝填 

         催化劑裝填的特點(diǎn)是分層裝填、分層檢查，避免轉(zhuǎn)化爐管在不同高度，所裝填的催化劑松緊程度不同，造成轉(zhuǎn)化爐管局部過熱發(fā)生。首先，均勻固定一系列的彈簧圓刷，彈簧刷子由1m的鋼絲繩連接起來，每1m連接一個(gè)彈簧刷子，爐管上固定填充漏斗，將彈簧圓刷懸掛在漏斗上，催化劑經(jīng)過每一個(gè)彈簧刷子裝入爐管內(nèi)，裝填時(shí)由兩個(gè)人配合裝填，一個(gè)人到料，一個(gè)人上下抖動(dòng)鋼絲繩，在重力和拉力的相互作用下，每一類型的催化劑按照稱好的重量，沿轉(zhuǎn)化爐管中軸線垂直向下形成漏斗，催化劑的降落速度由彈簧圓刷控制，裝填好后抽出彈簧圓刷，完成裝填。已裝好的催化劑在裝填過程中，測(cè)量每桶催化劑裝填后的高度差，保證在±20mm以內(nèi)。

         裝填前需要測(cè)量轉(zhuǎn)化爐爐管空管的壓降，每根爐管進(jìn)行測(cè)量3次后的平均值作為實(shí)測(cè)值，當(dāng)轉(zhuǎn)化爐管下部催化劑全部裝填完成后，進(jìn)行測(cè)量催化劑床層的阻力降，對(duì)比于轉(zhuǎn)化爐整體壓降，要求偏差不超過5%，全爐催化劑裝完后所測(cè)的各爐管阻力降對(duì)比于平均阻力降之差＜10%，否則將催化劑卸除，重新裝填。裝填過程中，確保每個(gè)轉(zhuǎn)化爐管壓降相同，工藝氣才能均勻分布在各個(gè)爐管，才能更好的進(jìn)行甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)，提高甲烷轉(zhuǎn)化率，增加甲醇產(chǎn)量[2]。

2.1 催化劑裝填前準(zhǔn)備 

         （1）將催化劑運(yùn)送至轉(zhuǎn)化爐頂平臺(tái)。

         （2）對(duì)每根爐管空高及內(nèi)徑測(cè)量，計(jì)算轉(zhuǎn)化劑的總裝填量及單管上、下管的裝填量。

         （3）將兩種類型的催化劑分別由電子磅秤分量稱重備用，兩種類型的催化劑分別以每根爐管下部、上部裝填量，分小桶稱重。

         （4）催化劑裝填記錄報(bào)表齊全，工器具齊全。

         （5）通過真空泵對(duì)每一根要進(jìn)行裝填催化劑的爐管進(jìn)行抽真空，目的是抽凈爐管內(nèi)所有的粉塵。再用窺鏡檢查所有爐管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及清潔程度，確保均符合標(biāo)準(zhǔn)。

         （6）進(jìn)行空管阻力測(cè)量。（由于當(dāng)?shù)氐拇髿鈮好刻烀總€(gè)時(shí)間段相差較大，在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)不能完成全部的測(cè)量，應(yīng)分為幾天測(cè)量，盡量選在每一天的某一個(gè)時(shí)間段進(jìn)測(cè)量，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。測(cè)量完成以后，確保用蓋板蓋好每根轉(zhuǎn)化爐管口，以防雜物進(jìn)入。

         （7）桶中的所有催化劑在進(jìn)行裝填之前必須過篩，完全脫除催化劑中可能存在的破碎顆粒和粉末，避免帶入爐管造成轉(zhuǎn)化爐管壓降偏差大，致使?fàn)t管在進(jìn)料后發(fā)生偏流。

2.2 催化劑裝填過程 

         根據(jù)催化劑機(jī)械性能的要求，在進(jìn)行裝填催化劑的過程中，嚴(yán)禁將催化劑直接到入爐管內(nèi)。在裝填過程中，由使用單位專人監(jiān)護(hù)，防止在裝填過程中發(fā)生漏裝、多裝等現(xiàn)象。

         （1）將彈簧刷子用鋼絲連接，每隔1m連接一只彈簧刷子。

         （2）在爐管口安置好裝料料斗。

         （3）將連接好的彈簧刷子從料斗正上方口依次放下，直至爐管底部后往上提起600mm～700mm開始加料。

         （4）將稱重好的催化劑從料斗的斜口處勻速倒入，另一人提著系有彈簧刷子的鋼絲繩同步往上提，同時(shí)要不停的抖動(dòng)鋼絲繩，目的是催化劑依次從彈簧刷子的空隙中往下落，倒料和上提的速度一定要同步，上提的時(shí)候不能停頓，倒料也不能時(shí)快時(shí)慢，一定要?jiǎng)蛩俅_保催化劑倒完后，彈簧圓刷底部距離催化劑面600mm的距離。

         （5）爐管的下半部分催化劑裝填結(jié)束后，測(cè)空高及阻力。確認(rèn)偏差無誤后裝填爐管的上半部分催化劑。

         （6）刷子裝填原則一般不需振蕩，如達(dá)不到裝填要求值，則用振蕩器振蕩到規(guī)定高度。

         （7）爐管上半部分催化劑裝填和下半部分裝填要求相同。裝填結(jié)束后按設(shè)計(jì)要求預(yù)留一定的空高。

         （8）裝填結(jié)束后可能所留空高不一致，可用剩余催化劑補(bǔ)平后再測(cè)全管阻力。要是全管阻力偏差不在10%之內(nèi)，就需抽出重裝，裝填步序按上述要求。

3 裝催化劑劑時(shí)應(yīng)注意的問題 

         （1）鋼絲繩要系牢，不要將彈簧刷子掉入管內(nèi)。

         （2）底部彈簧刷子在爐管中提起高度應(yīng)在600 mm～700mm之間。

         （3）催化劑裝填完畢后封閉爐管時(shí)，注意不能直接用鐵錘敲擊爐管的法蘭。

         （4）根據(jù)裝填高度和半管阻力，及時(shí)調(diào)整最末尾的彈簧刷子的高度，若偏差太大時(shí)，該管的催化劑必須卸出進(jìn)行重裝，以防催化劑破碎造成壓降偏大，確保裝填質(zhì)量。

         （5）催化劑裝填結(jié)束后使用吸塵機(jī)對(duì)每根爐管上部豬尾管進(jìn)行吸塵處理，防止在裝填過程中豬尾管被催化劑產(chǎn)生的粉塵及催化劑顆粒進(jìn)入豬尾管堵塞，結(jié)束吸塵以后，需立即封頭，以防雜物的進(jìn)入。

         （6）遇到雨天時(shí)，可暫停裝填，敞開桶裝催化劑，免得造成催化劑受潮。

         （7）若在裝填過程中，不慎有螺母和螺栓落入轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)，可用磁鐵取出，否則重新進(jìn)行裝填。

         （8）在運(yùn)送催化劑途中，禁止?jié)L動(dòng)桶裝催化劑，以防造成催化劑損傷。

4結(jié)語(yǔ)

          有效的進(jìn)行和完成轉(zhuǎn)化爐管催化劑的裝填意義重大，在進(jìn)行裝填的過程中的同高，同重和同床層壓降確保了催化劑的有效堆放形式，避免了進(jìn)料后的熱量積聚的發(fā)生或者偏流現(xiàn)象產(chǎn)生。確保甲烷轉(zhuǎn)化有效進(jìn)行，同時(shí)保護(hù)了轉(zhuǎn)化爐管的使用壽命。

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