甲烷蒸汽转化炉管催化剂装填总结

         陕西延长中煤榆林能源化工有限公司甲烷 转化装置采用一段蒸汽转化工艺技术，脱硫净化合格的油田气（主要成分为 CH4）与工艺蒸汽 在高温、催化剂的作用下，在顶烧式转化炉管内发生甲烷蒸汽转化反应，生成 H2、CO、CO2的转化气，然后进一步合成甲醇。甲烷蒸汽转化反应是吸热反应，所需的热量是通过回收其它装 置的几种废气（DCC 干气、MTO 干气、合成工段 膜分离非渗透气、闪蒸气）与油田燃料气，在烧嘴处和空气混合燃烧释放热量来提供。

         转化炉是蒸汽转化工艺的核心设备，在正常运行期间，转化炉管的催化剂装填的均匀和结实与否，决定了转化炉的工作效率和使用寿命，即转化炉管催化剂在装填过程中的堆放形式十分重要。倘若催化剂在装填过程中发生变形，堆放形成架桥或者拱桥现象，就会在催化剂颗粒之间形成无效空隙。随着催化剂的继续堆放，由于这种结构构架比较稳定，致使无效空隙留存并且很难消除。无效空隙的存在处没有催化剂，造成甲烷转化反应在此处的反应不充分，热量不能按照工艺设计进行吸收，导致此处附近的炉管管壁热量积聚。转化炉在正常运行期间，转化炉管的工作温度与其材料的冶金温度十分接近，若是炉管管壁发生热量积聚，当温度超出约 10～20℃时，炉管的使用寿命会受到严重影响。若是无效空隙出现在催化剂集中的内部，会影响此处催化剂至管壁的温度梯度分布，催化剂也会因热量高而产生过热。另外，当反应过程中的水碳比较低时，在无效空隙存在处极易发生催化剂结碳，而周围的催化剂也会因此而失去活性，转化炉管内也因此会出现热带现象[1]。因此，转化炉管催化剂的装填质量对转化炉的热效率，转化炉管的使用寿命，产品气的质量和甲醇产量至关重要。

1 转化催化剂的性质 

         我公司甲烷转化装置采用某公司生产的催化剂，上部催化剂在上部装填，主要成份是钾、铝酸钙、氧化镍；下部催化剂，在下部装填，主要成份是铝酸钙、氧化镍。

2 催化剂装填 

         催化剂装填的特点是分层装填、分层检查，避免转化炉管在不同高度，所装填的催化剂松紧程度不同，造成转化炉管局部过热发生。首先，均匀固定一系列的弹簧圆刷，弹簧刷子由1m的钢丝绳连接起来，每1m连接一个弹簧刷子，炉管上固定填充漏斗，将弹簧圆刷悬挂在漏斗上，催化剂经过每一个弹簧刷子装入炉管内，装填时由两个人配合装填，一个人到料，一个人上下抖动钢丝绳，在重力和拉力的相互作用下，每一类型的催化剂按照称好的重量，沿转化炉管中轴线垂直向下形成漏斗，催化剂的降落速度由弹簧圆刷控制，装填好后抽出弹簧圆刷，完成装填。已装好的催化剂在装填过程中，测量每桶催化剂装填后的高度差，保证在±20mm以内。

         装填前需要测量转化炉炉管空管的压降，每根炉管进行测量3次后的平均值作为实测值，当转化炉管下部催化剂全部装填完成后，进行测量催化剂床层的阻力降，对比于转化炉整体压降，要求偏差不超过5%，全炉催化剂装完后所测的各炉管阻力降对比于平均阻力降之差＜10%，否则将催化剂卸除，重新装填。装填过程中，确保每个转化炉管压降相同，工艺气才能均匀分布在各个炉管，才能更好的进行甲烷转化反应，提高甲烷转化率，增加甲醇产量[2]。

2.1 催化剂装填前准备 

         （1）将催化剂运送至转化炉顶平台。

         （2）对每根炉管空高及内径测量，计算转化剂的总装填量及单管上、下管的装填量。

         （3）将两种类型的催化剂分别由电子磅秤分量称重备用，两种类型的催化剂分别以每根炉管下部、上部装填量，分小桶称重。

         （4）催化剂装填记录报表齐全，工器具齐全。

         （5）通过真空泵对每一根要进行装填催化剂的炉管进行抽真空，目的是抽净炉管内所有的粉尘。再用窥镜检查所有炉管的内部结构以及清洁程度，确保均符合标准。

         （6）进行空管阻力测量。（由于当地的大气压每天每个时间段相差较大，在一个时间段内不能完成全部的测量，应分为几天测量，尽量选在每一天的某一个时间段进测量，保证测量的准确性。测量完成以后，确保用盖板盖好每根转化炉管口，以防杂物进入。

         （7）桶中的所有催化剂在进行装填之前必须过筛，完全脱除催化剂中可能存在的破碎颗粒和粉末，避免带入炉管造成转化炉管压降偏差大，致使炉管在进料后发生偏流。

2.2 催化剂装填过程 

         根据催化剂机械性能的要求，在进行装填催化剂的过程中，严禁将催化剂直接到入炉管内。在装填过程中，由使用单位专人监护，防止在装填过程中发生漏装、多装等现象。

         （1）将弹簧刷子用钢丝连接，每隔1m连接一只弹簧刷子。

         （2）在炉管口安置好装料料斗。

         （3）将连接好的弹簧刷子从料斗正上方口依次放下，直至炉管底部后往上提起600mm～700mm开始加料。

         （4）将称重好的催化剂从料斗的斜口处匀速倒入，另一人提着系有弹簧刷子的钢丝绳同步往上提，同时要不停的抖动钢丝绳，目的是催化剂依次从弹簧刷子的空隙中往下落，倒料和上提的速度一定要同步，上提的时候不能停顿，倒料也不能时快时慢，一定要匀速确保催化剂倒完后，弹簧圆刷底部距离催化剂面600mm的距离。

         （5）炉管的下半部分催化剂装填结束后，测空高及阻力。确认偏差无误后装填炉管的上半部分催化剂。

         （6）刷子装填原则一般不需振荡，如达不到装填要求值，则用振荡器振荡到规定高度。

         （7）炉管上半部分催化剂装填和下半部分装填要求相同。装填结束后按设计要求预留一定的空高。

         （8）装填结束后可能所留空高不一致，可用剩余催化剂补平后再测全管阻力。要是全管阻力偏差不在10%之内，就需抽出重装，装填步序按上述要求。

3 装催化剂剂时应注意的问题 

         （1）钢丝绳要系牢，不要将弹簧刷子掉入管内。

         （2）底部弹簧刷子在炉管中提起高度应在600 mm～700mm之间。

         （3）催化剂装填完毕后封闭炉管时，注意不能直接用铁锤敲击炉管的法兰。

         （4）根据装填高度和半管阻力，及时调整最末尾的弹簧刷子的高度，若偏差太大时，该管的催化剂必须卸出进行重装，以防催化剂破碎造成压降偏大，确保装填质量。

         （5）催化剂装填结束后使用吸尘机对每根炉管上部猪尾管进行吸尘处理，防止在装填过程中猪尾管被催化剂产生的粉尘及催化剂颗粒进入猪尾管堵塞，结束吸尘以后，需立即封头，以防杂物的进入。

         （6）遇到雨天时，可暂停装填，敞开桶装催化剂，免得造成催化剂受潮。

         （7）若在装填过程中，不慎有螺母和螺栓落入转化炉管内，可用磁铁取出，否则重新进行装填。

         （8）在运送催化剂途中，禁止滚动桶装催化剂，以防造成催化剂损伤。

4结语

          有效的进行和完成转化炉管催化剂的装填意义重大，在进行装填的过程中的同高，同重和同床层压降确保了催化剂的有效堆放形式，避免了进料后的热量积聚的发生或者偏流现象产生。确保甲烷转化有效进行，同时保护了转化炉管的使用寿命。

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