K型熱電偶反應(yīng)不均衡問題分析與解決

　　K型熱電偶反應(yīng)不均衡，通過對(duì)相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出其原因?yàn)橹行墓芊植计鞫氯麑?dǎo)致氣體分布不均,解決了催化劑床層溫度分布不均,產(chǎn)量低、壓差高等問題。

　　一、流程概述

　　某80kt/a甲醇裝置甲醇合成工藝采用Davy技術(shù)，k型熱電偶由高、低壓兩個(gè)K型熱電偶串、并聯(lián)組成，k型熱電偶大小及結(jié)構(gòu)完全一致。從壓縮機(jī)過來的新鮮空氣通過控制閥調(diào)整流量后分別進(jìn)入兩個(gè)k型熱電偶，低壓塔（D121)出口氣經(jīng)過循環(huán)機(jī)后在進(jìn)出口換熱器中加熱后進(jìn)入高壓塔(D122)，高壓塔出口氣部分弛放到 PSA回收氫氣，其余氣體與新鮮氣混合加熱后進(jìn)入低壓塔入口。每個(gè)k型熱電偶均設(shè)置一蒸汽汽包以控制R型熱電偶催化劑床層的溫度，蒸汽匯合后由調(diào)節(jié)閥控制壓力進(jìn)入換熱器回目熱量。

K型熱電偶采用Davy專利技術(shù)，催化劑裝填在殼程，冷卻水走管程，進(jìn)口原料氣由底部進(jìn)入中心管氣體分布器，分別經(jīng)過進(jìn)口絕熱催化劑床層(T1)、恒溫催化劑床層(T2、T3)、出口絕熱催化劑床層(T4)后從k型熱電偶中間部位離開k型熱電偶。該塔從上到下共設(shè)置了10層(A-J)熱電偶，共有80個(gè)溫度監(jiān)控點(diǎn)，因該塔型結(jié)構(gòu)，催化劑床層上(A、B點(diǎn))、下部(丁點(diǎn))存在一些相對(duì)流動(dòng)不充分區(qū)域。

　　二、反應(yīng)不均衡現(xiàn)象

該裝置在幾次緊急停車恢復(fù)開車后，k型熱電偶反應(yīng)明顯不均衡，主要現(xiàn)象為 ∶1.低壓塔T1床層溫度不均勻,剔除相對(duì)不流動(dòng)區(qū)域，T1床層內(nèi)溫度低點(diǎn)溫度為235℃，屬于正常范圍，而高點(diǎn)溫度(非A、B、丁區(qū)域)在300℃，屬于超溫狀態(tài)，高低溫差最大有65℃，而高壓塔T1床層溫度基本在235℃左右，溫差僅為7℃。2.低壓塔粗甲醇產(chǎn)量較高壓塔產(chǎn)量低了5t/h。

　　三、反應(yīng)不均衡原因分析

　　R型熱電偶反應(yīng)不均衡的原因主要有催化劑、工藝條件及設(shè)備方面等影響因素，本文主要從以上幾方面進(jìn)行分析，查找導(dǎo)致K型熱電偶反應(yīng)不均衡的原因。

　　1、催化劑裝填不均勻

　　催化劑裝填是否均勻、氣體流向的阻力降是否一致會(huì)導(dǎo)致氣體的分布及流量的不一致。裝催化劑過程中內(nèi)窺鏡檢查了所有列管周邊并清理干凈;催化劑裝填均是一節(jié)一節(jié)中心管高度裝填，靠近中心管附近的催化劑床層相對(duì)較密實(shí)，遠(yuǎn)離中心管的催化劑只能通過一定坡度自流。盡管這種方式會(huì)造成k型熱電偶徑向一定的密實(shí)度差異，但對(duì)兩個(gè)塔氣體流向的阻力降是一致的，而且兩個(gè)塔裝填的方式、催化劑的裝填高度和重量也差不多﹔同時(shí)在裝填后開車及正常運(yùn)行過程中并無上述不均衡的現(xiàn)象發(fā)生，所以催化劑裝填不均勻基本可以排除。

　　2、催化劑活性

　　高、低壓塔催化劑活性不一致會(huì)導(dǎo)致R型熱電偶反應(yīng)得不均衡，一個(gè)塔活性差、一個(gè)塔活性好會(huì)造成一個(gè)塔出口溫度高，而一個(gè)塔出口溫度低，甚至形成惡性循環(huán)導(dǎo)致超溫或垮溫。但T1床層溫差65℃不是催化劑活性不一致所造成，若部分活性下降，進(jìn)口絕熱床層溫度應(yīng)該有所下降，而不是升高，從以往催化劑尾期運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，TI溫度與進(jìn)口溫度的溫差也是逐步降低的。

　　3、K型熱電偶入口氣體組分甲醇合成主反應(yīng)的方程式為:

　　cO+2H2=CH3OH+Q

　　CO2+3H2一CH3OH+H2O+Q

　　從甲醇反應(yīng)方程式可以知道，入口氣體組分直接影響甲醇合成反應(yīng)，若高、低壓塔入口氣體組分偏差較大會(huì)導(dǎo)致兩塔產(chǎn)量不一致現(xiàn)象地發(fā)生，但通過多次對(duì)兩塔進(jìn)口組分進(jìn)行分析和調(diào)整新鮮氣量分配，入口氣體組分相差不大，H/C基本一致，維持在6左右。同時(shí)入口氣體組分不一致也不可能導(dǎo)致k型熱電偶T1床層內(nèi)溫差那么大，因此該因素得以排除。

　　4、K型熱電偶進(jìn)口溫度與汽包壓力

　　在正常操作過程中，主要是通過k型熱電偶入口溫度和汽包的壓力來控制合成的反應(yīng)和出口溫度。若合成一個(gè)塔入口溫度調(diào)節(jié)閥已無調(diào)整空間，而另一個(gè)塔則還有很大的調(diào)整空間，這說明兩個(gè)塔的反應(yīng)已經(jīng)出現(xiàn)不均衡的狀態(tài)。通過分開控制汽包壓力可適當(dāng)調(diào)整反應(yīng)的均衡性，不至于出現(xiàn)超溫或跨溫等異常情況的發(fā)生。從文初提到的異?，F(xiàn)象來看，是因?yàn)榘l(fā)生了不均衡現(xiàn)象，才通過分開調(diào)整汽包壓力來控制R型熱電偶進(jìn)口溫度，防止反應(yīng)的進(jìn)一步惡化。

　　5、空速

　　空速的大小會(huì)隨合成反應(yīng)、負(fù)荷、合成回路壓力、循環(huán)缸入口導(dǎo)葉開度等情況而變化，空速的大小影響停留在催化劑床層的反應(yīng)時(shí)間，對(duì)于絕熱床層而言，空速大有利于控制溫度的上漲。

　　對(duì)于低、高壓塔而言，空速是基本一致的，而在低壓塔Tl出現(xiàn)那么大的溫差，該溫差接近正常溫度與流動(dòng)不充分區(qū)域(A、B點(diǎn))溫度的溫差，而從以往正常數(shù)據(jù)來看，這些床層溫度都應(yīng)該只是略高于正常溫度，從文中分析的催化劑活性、進(jìn)口溫度等情況來看，均不足以導(dǎo)致該現(xiàn)象，初步判斷該區(qū)域催化劑床層出現(xiàn)了類似于流動(dòng)不充分區(qū)域的情況，空速大幅度降低導(dǎo)致熱量不能及時(shí)移走而超溫〔[1]。

　　6、中心管氣體分布器部分堵塞

　　k型熱電偶中心管氣體分布器布滿了直徑為2mm 的小孔，以確保氣體能基本均勻進(jìn)入各床層的催化劑，如若部分小孔被堵塞，則可能導(dǎo)致氣體分布不均勻，結(jié)合上節(jié)的空速分析，因低壓塔中心分布器部分堵塞，導(dǎo)致進(jìn)入T1床層C-I區(qū)域的氣體分布和空速不一致，形成了類似流動(dòng)不充分區(qū)域，從而導(dǎo)致溫度的很大差異。

　　該現(xiàn)象均是在緊急停車后加劇隨后穩(wěn)定在一定范圍，共經(jīng)歷三次緊急停車，判斷在緊急停車情況下，壓力快速變化導(dǎo)致部分催化劑粉塵和合成回路的一些鐵屑等雜質(zhì)進(jìn)入分布器堵塞分布器小孔。因催化劑床層各位置的空速不一致，導(dǎo)致部分床層超溫，有效催化劑產(chǎn)能受限從而影響整體的產(chǎn)量。

　　7、故障解決

　　在判斷是中心管堵塞導(dǎo)致合成反應(yīng)不均衡情況下，考慮到催化劑使用年限不長(zhǎng)，在氮?dú)猸h(huán)境下有專業(yè)人員進(jìn)入中心管，對(duì)分布器小孔進(jìn)行逐個(gè)疏通，重新開車后不均衡現(xiàn)象消除，低壓塔T1床層溫差降低到10℃;合成汽包壓力控制在1.9MPa，與高壓塔一致﹔粗甲醇產(chǎn)量恢復(fù)正常﹔低壓塔壓降降低到0.38MPa，與高壓塔基本一致﹔通過分析清理中心管分布器帶出的雜質(zhì)，主要為催化劑粉塵和鐵銹，該故障得以解決。同時(shí)為防止以后類似故障的發(fā)生，在每次更換催化劑的過程中均將卸下的中心管進(jìn)行徹底清理，每次均能發(fā)現(xiàn)些許的堵塞現(xiàn)象。

　　結(jié)束語

　　產(chǎn)生合成反應(yīng)不均衡的原因有很多，不均衡的現(xiàn)象也不盡相同，目前已經(jīng)有幾套Davy甲醇裝置發(fā)生了中心管分布器堵塞的情況發(fā)生，希望相關(guān)不均衡現(xiàn)象的原因分析能為類似裝置起到借鑒作用。