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甲醇转化炉与制氢转化炉在工艺目标、操作条件和设备设计上的核心差异主要体现在以下六个方面:
1. 工艺目标差异
甲醇合成要求H2/(CO+CO2)=2.05-2.15(氢碳比),转化炉出口温度控制在800-880℃。制氢工艺需要最大化H2产率,转化温度通常提升至850-950℃,并配合后续的变换工序(CO+H2O→CO2+H2)将CO完全转化。
2. 催化剂选择
甲醇转化常用Z402/Z405(镍基催化剂),含钾助剂抑制积碳。制氢转化炉多采用Z433/Z434等低钾催化剂,通过提高镍含量(18-25%)实现深度转化,残余CH4含量要求<3%(干基)。
3. 水碳比控制
制氢装置水碳比(H2O/CH4)通常≥3.5,甲醇装置控制在2.8-3.2。某60万吨甲醇项目实测数据显示,水碳比每提升0.5,蒸汽消耗增加8%,但甲烷转化率可提高5个百分点。
4. 转化炉结构设计
制氢转化炉炉管多采用HP40Nb(25Cr35Ni)材质,管壁设计温度达1050℃。甲醇转化炉可选低成本的HK40(25Cr20Ni)材质,某项目对比显示材料成本相差约30%。
5. 废热回收系统
制氢转化炉烟气温度需降至150℃以下回收潜热,采用三级换热(蒸汽过热器→锅炉给水预热器→空气预热器)。甲醇装置通常采用两级换热,排烟温度控制在200℃左右。
6. 原料适应性
焦炉煤气制甲醇需前置深冷分离(-180℃)脱除CH4以外的组分,转化炉设计需考虑5-8%的CO2含量。天然气制氢转化炉对原料硫含量更敏感,要求总硫<0.1ppm,需配置双床层脱硫槽。
实际运行案例表明,将甲醇转化炉改造为制氢时,需更换高镍催化剂、提升炉管材质,并增配烟气余热回收段,改造投资约占新建设备的60-70%。操作中需特别注意提高蒸汽配比后的露点腐蚀风险,建议在锅炉给水系统加装在线pH监测仪。
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