甲醇生產(chǎn)結(jié)蠟的原因及預(yù)防和處理措施

    石蠟在甲醇合成中有重要影響，其產(chǎn)生會(huì)增加過(guò)濾的清理頻次，加大工作量；大量的石蠟易在水冷器及分離器位置聚集，積存嚴(yán)重則會(huì)引起系統(tǒng)停車。目前，我國(guó)甲醇生產(chǎn)工藝中石蠟的產(chǎn)生問(wèn)題一直存在，如何在生產(chǎn)中盡可能地減少石蠟的產(chǎn)生顯得尤為重要。萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司甲醇合成生產(chǎn)采用湖南安淳高新技術(shù)有限公司甲醇合成反應(yīng)器，使用大連瑞克科技有限公司低壓甲醇合成催化劑。生產(chǎn)過(guò)程中換熱器換熱效果逐漸變差，水冷后溫度升高，裝置采取在線除蠟措施后，效果良好。

1 石蠟產(chǎn)生原因

1.1 結(jié)蠟原理

    （1）在較低的反應(yīng)溫度下，催化劑床層含有極少量的鐵、鈷、鎳等，發(fā)生以下反應(yīng):

CO+3H₂→ CH₄+H₂O          (1)

2CH₄→ C₂H₆+H₂            (2)

2C₂H₆→ C₄H₁₀+H₂           (3)

    由于催化劑床層含有鋁、氧化釷、鈷，在0.01～1 MPa 壓力下發(fā)生以下反應(yīng):

CO+2H₂→ —CH₂— +H₂O        (4)

    堿金屬及鐵存在，在0.01-4MPa壓力、180～350℃溫度下發(fā)生以下反應(yīng)：

2CO+H₂→ —CH₂—+CO₂     (5)

(4)原料氣中有水蒸氣時(shí)，在含有鐵的催化劑條件下，CO還會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):

2CO + H₂O  → —CH₂— + CO₂ ( 6)

1.2影響因素

1.2.1催化劑影響

    結(jié)蠟現(xiàn)象主要發(fā)生在銅基催化劑使用的中后期，在催化劑使用的初期發(fā)生較少。催化劑在存儲(chǔ)、運(yùn)輸及裝填過(guò)程中，因與鐵類物質(zhì)接觸，會(huì)將鐵帶入塔內(nèi)，隨著時(shí)間加長(zhǎng)，催化劑活性就會(huì)變差進(jìn)而促進(jìn)了石蠟的產(chǎn)生。

1.2.2合成塔內(nèi)件影響

    合成塔作為甲醇合成的場(chǎng)所，其設(shè)計(jì)、制造、安裝要符合生產(chǎn)工藝條件，溫度要便于控制。同時(shí)，要避免設(shè)備原因引起雜質(zhì)及油類進(jìn)入，以避免結(jié)蠟現(xiàn)象產(chǎn)生。

1.2.3生產(chǎn)操作條件影響

    甲醇合成塔的反應(yīng)溫度一般為220～270℃，不用太高的溫度和壓力，銅基催化劑活性就很好，且對(duì)甲醇的選擇性較高。為延長(zhǎng)催化劑使用時(shí)間，應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，將溫度控制在較低狀態(tài)。實(shí)際生產(chǎn)中，要根據(jù)催化劑使用的不同階段制定最為理想的溫度區(qū)間。

    低壓合成甲醇?jí)毫^低，通常為5～8MPa。在催化劑使用的不同時(shí)期，操作壓力一般略有差別，前期系統(tǒng)壓力比后期低。隨著系統(tǒng)壓力升高，甲醇及高級(jí)烷烴的產(chǎn)生幾率增加，越有利于碳鏈的增長(zhǎng)。為此應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷，及時(shí)、合理地調(diào)整系統(tǒng)壓力。

    根據(jù)CO與H₂反應(yīng)生成烴類機(jī)理可知:空速低,導(dǎo)致反應(yīng)物及生成物在催化劑表面停留時(shí)間長(zhǎng)，促進(jìn)了副反應(yīng)及碳鏈的增長(zhǎng)。因此，及時(shí)調(diào)整新鮮氣組分，根據(jù)負(fù)荷的變動(dòng)調(diào)整循環(huán)量，在甲醇合成的操作中尤為重要。

    甲醇合成氣中新鮮氣組分對(duì)石蠟的產(chǎn)生有很大影響，原料氣氫碳比較高，雖然能夠加快羰基化反應(yīng)，但也加快石蠟生成。此外氫碳比控制在2.05-2.15范圍。原料氣組分控制總體上較為平穩(wěn)，但是個(gè)別情況下，CO含量波動(dòng)較大，就會(huì)促進(jìn)各種副反應(yīng)發(fā)生，進(jìn)而加速結(jié)蠟。

    工藝不穩(wěn)定、頻繁的負(fù)荷變化及開停車是造成結(jié)蠟的另一個(gè)原因。因?yàn)殚_車時(shí)合成反應(yīng)溫度還未達(dá)到正常值；停車時(shí)，生產(chǎn)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，入塔氣的氫碳比變化較大，合成氣反應(yīng)溫度下降，所以開車、停車階段產(chǎn)生的石蠟最多。

結(jié)蠟現(xiàn)象預(yù)防

    甲醇合成系統(tǒng)結(jié)蠟，對(duì)于系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)有很大的影響。石蠟在水冷器內(nèi)被冷凝下來(lái)變成固體石蠟，會(huì)造成甲醇水冷器的冷凝質(zhì)量變差，產(chǎn)生的甲醇不能及時(shí)分離出來(lái)，進(jìn)而引起甲醇在入塔氣中所占比重增加。同時(shí)石蠟很容易堵塞過(guò)濾器，造成系統(tǒng)運(yùn)行阻力變大，堵塞嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)引起系統(tǒng)停車。為保證正常、安全生產(chǎn)應(yīng)及時(shí)分析結(jié)蠟的原因并積極預(yù)防。

2.1 提高催化劑的質(zhì)量

    對(duì)于系統(tǒng)使用的催化劑，應(yīng)盡可能降低鐵、鎳、鈉、硅元素及各種雜質(zhì)的含量，保證甲醇合成催化劑的質(zhì)量; 在合成塔裝填催化劑時(shí)，做好篩選催化劑的工作，盡量避免鐵雜質(zhì)進(jìn)入催化劑層，減少生產(chǎn)中石蠟的產(chǎn)生。特別是對(duì)于新建裝置，投料前要進(jìn)行徹底的系統(tǒng)吹掃置換，防止鐵銹等進(jìn)入合成塔污染催化劑。

2.2設(shè)備合理優(yōu)化

    根據(jù)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝，合理地對(duì)合成塔進(jìn)行選型，選擇溫度易于控制、便于操作的流程; 系統(tǒng)設(shè)備及管道盡可能使用不銹鋼管材代替普通碳鋼，降低設(shè)備的腐蝕幾率。

2.3合理的操作條件

    控制合成系統(tǒng)壓力不要過(guò)高，甲醇合成反應(yīng)床層溫度避免過(guò)高、過(guò)低，控制軸向床層溫差，同時(shí)避開易結(jié)蠟溫度（189-190℃），合理控制甲醇反應(yīng)原料氣組分，CO含量不要太高，減少副反應(yīng)。生產(chǎn)中，根據(jù)催化劑使用的初期、中期及后期，合理設(shè)定生產(chǎn)系統(tǒng)的壓力及溫度；穩(wěn)定操作，做好上下工序溝通，盡可能降低開停車的頻次；每次停車后要用高純度的氮?dú)鈱⑾到y(tǒng)里的反應(yīng)物置換除去，并保持微正壓，以防止空氣進(jìn)入。

2.4 定期檢修清理

    高度重視系統(tǒng)檢修，排查壓縮機(jī)情況，排除漏油的可能。每次系統(tǒng)檢修時(shí)要對(duì)甲醇塔系統(tǒng)進(jìn)行徹底清洗，將系統(tǒng)里的石蠟及金屬鐵等雜質(zhì)全部清除，重點(diǎn)清洗水冷器、分離器及收集槽。清洗時(shí)最好用溫度為80～l00℃的熱水或蒸汽。

3結(jié)蠟在線處理

3.1 結(jié)蠟判斷

    甲醇合成水冷后溫度達(dá)到42.4℃，正?？刂茟?yīng)小于40℃，水冷器上回水閥門全開，溫度不能降低，換熱效果變差。醇分離器后加醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.702% ( 高限為0.650%)，因水冷后溫度太高，甲醇不能有效分離。此時(shí)判斷水冷器列管中結(jié)蠟，利用停車檢修，切新鮮氣后，汽包加S40蒸汽升溫在線煮蠟。

3.2升溫煮蠟

                                          關(guān)閉循環(huán)水閥，增加汽包蒸汽，增加循環(huán)氣體積流量，提高水冷器溫度，具體參數(shù)見表1。

表1升溫過(guò)程中系統(tǒng)參數(shù)

                                                        水冷卻器上回水全關(guān)，升溫至77.4℃，運(yùn)行5h，煮蠟過(guò)車中冷卻器參數(shù)見表2。

表2煮蠟過(guò)稱中水冷卻器參數(shù)

    水冷器溫度升至77℃，通過(guò)甲醇分離器液位調(diào)節(jié)閥排氣至粗甲醇膨脹槽，再通過(guò)粗甲醇膨脹槽的頂部放空。接一根S4蒸汽管吹水冷器底部導(dǎo)淋，防止蠟?zāi)Y(jié)堵塞。運(yùn)行1h，過(guò)濾器堵塞嚴(yán)重，按1次/h的頻次清理醇分過(guò)濾器，共清理4次。黑色粉末與蠟混合物體積共計(jì)1m³ 。煮蠟結(jié)束后，拆下過(guò)濾器，清理過(guò)濾器前后管線。

3.3煮蠟前后數(shù)據(jù)對(duì)比

                                                                                      同負(fù)荷下煮蠟前后E1702換熱器溫度對(duì)比見表3

    在線煮蠟后，循環(huán)水上水全開，回水開度為30% ，水冷后溫度為 33.2℃，水冷后溫度降低，醇分離器后甲醇含量已明顯降低，在控制指標(biāo)范圍內(nèi)，甲醇分離效果良好。數(shù)據(jù)表明: 煮蠟前 E1702 換熱器因結(jié)蠟存在換熱效果低下現(xiàn)象; 煮蠟后 E1702 換熱器列管中的石蠟得到有效去除，換熱效果大大提高，能夠滿足控制指標(biāo)

3.4結(jié)論

    目前，結(jié)蠟現(xiàn)象在甲醇合成系統(tǒng)中普遍存在，產(chǎn)生的原因也很復(fù)雜，在現(xiàn)有的工藝條件下暫時(shí)無(wú)法杜絕 。這就要求不斷分析結(jié)蠟的原因 盡量減少開停車次數(shù)及避免負(fù)荷的波動(dòng); 嚴(yán)格控制操作條件，提高催化劑的質(zhì)量，防止催化劑中毒及雜質(zhì)進(jìn)入；設(shè)計(jì)時(shí)選擇與工藝相符合、易操作和控制的塔型。一旦結(jié)蠟產(chǎn)生，為縮短除蠟時(shí)間、節(jié)能降耗，優(yōu)先考慮在線除蠟。

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