李旭
（新能能源有限公司，内蒙古 达拉特014300）
［摘 要］某600 kt/a煤基甲醇装置采用瑞士卡萨利低压甲醇合成工艺，迄今采用过四炉甲醇合成催化剂——第一炉C307型催化剂（使用时间2018年5月—2021年2月）、第二炉MegaMax®700催化剂（使用时间2021年3月—2023年9月）、第三炉C307型催化剂（使用时间2023年10月—2025年4月）、第四炉C307型催化剂（开始使用时间为2025年5月）。实际生产中，第三炉甲醇合成催化剂活性明显逊于前两炉甲醇合成催化剂，带来诸多问题。经深入分析认为，第三炉甲醇合成催化剂活性快速衰减的主要原因有换热板锅炉水分水管堵塞、新鲜气量及系统负荷大幅波动、催化剂使用初期高温运行、频繁在线煮蜡、内件缺陷下维持高产等。采取了化学清洗换热板及锅炉水管线、稳定系统运行条件、合理控制系统运行负荷、增设除蜡器等一系列优化改进措施后，目前第四炉甲醇合成催化剂活性指征及系统消耗等关键指标均优于前三炉甲醇合成催化剂同期水平，有效延缓了催化剂活性衰减速率，提升了系统运行的稳定性与经济性。
［关键词］卡萨利甲醇合成系统；催化剂活性快速衰减；原因分析；优化改进；换热板化学清洗；工艺操作优化；增设除蜡器；换热板升级
［中图分类号］TQ223.12+1；TQ426.83 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）03-0036-05
0 引 言
某600 kt/a煤基甲醇装置于2018年5月投产，总体运行情况较好。其主生产工艺为华东理工四喷嘴对置式水煤浆加压气化（3台气化炉两开一备，2022年将其中1台气化炉改造为水煤浆与煤粉耦合运行工艺，即在气化炉原四喷嘴水煤浆烧嘴运行的同时在顶部通过粉煤烧嘴注入粉煤和氧气，粉煤和煤浆在气化炉内撞击并与氧气反应，浆粉耦合气化粉煤系统视运行经济性开停）、部分耐硫变换、大连理工低温甲醇洗、瑞士卡萨利低压甲醇合成、天津大学三塔甲醇精馏工艺等。其甲醇合成塔设计操作压力8.4 MPa、操作温度210～290 ℃，设计精甲醇产量2 000 t/d、实际精甲醇产量达2 300 t/d；甲醇合成催化剂采用三元CuO/ZnO/Al2O3系催化剂，催化剂装填在换热板与换热板之间，装填量为78 m3。
迄今该甲醇装置采用过四炉甲醇合成催化剂，第一炉为中石化南京化工研究院（简称南化院）C307型甲醇合成催化剂（使用时间为2018年5月—2021年2月）、第二炉为科莱恩MegaMax®700甲醇合成催化剂（使用时间为2021年3月—2023年9月）、第三炉为南化院C307型甲醇合成催化剂（使用时间为2023年10月—2025年4月）、第四炉为南化院C307型甲醇合成催化剂（开始使用时间为2025年5月）。C307型甲醇合成催化剂主要成分为CuO（含量55%～57%），ZnO（含量17%～19%）、Al2O3（含量9%～11%）作为助催化剂，其外型为Φ5 mm×（4～6）mm的两端球面黑色圆柱体，径向抗压碎力≥205 N/cm，堆密度约1.2～1.3 kg/L，适宜的操作温度区间为190～290 ℃，预期使用寿命≥2.5 a。
实际生产中，第三炉甲醇合成催化剂活性明显逊于前两炉，单位甲醇产品消耗与粗甲醇中副产物含量等关键参数快速上涨，使用仅19个月就被迫卸出更换，严重影响了系统的生产效率与精甲醇产品质量（优等品率仅约83%）。基于甲醇合成催化剂全生命周期的生产数据，系统分析第三炉甲醇合成催化剂活性衰减的具体特征，并就甲醇合成塔内件状况、运行条件、操作过程等方面与前两炉甲醇合成催化剂进行对比分析，揭示第三炉甲醇合成催化剂活性快速衰减的症结所在并寻求解决方案，对于延长甲醇合成催化剂使用寿命、提升系统运行效率与经济效益具有重要的意义。以下对有关情况作一介绍。
1 卡萨利甲醇合成系统流程及合成塔结构
卡萨利甲醇合成系统工艺流程（如图1）与鲁奇、戴维、托普索等甲醇合成系统工艺流程基本相似。低温甲醇洗系统出口净化气（新鲜气），经合成气压缩机新鲜气段加压后，先通过保护床深度脱硫，而后经气气换热器（进塔气与出塔气换热）预热后进入甲醇合成塔，在甲醇合成催化剂床层发生甲醇合成反应；反应生成的甲醇及合成气混合物经空冷器、水冷器冷却（冷凝）后，在高压甲醇分离器内进行气液分离，分离出的液相进入低压膨胀槽闪蒸后得到粗甲醇，分离出的气相（循环气）大部分返回合成气压缩机循环段提压后进入甲醇合成塔、小部分作为弛放气进入膜分离氢回收系统；膜分离氢回收系统回收的氢气再返回合成气压缩机入口并入新鲜气中，膜分离氢回收系统尾气则进入全厂燃料气管网供蒸汽加热炉及气化炉烘炉使用。
卡萨利IMC轴径向甲醇合成塔与其他类型甲醇合成塔的核心区别在于结构型式不同。卡萨利甲醇合成塔采用径向流+内置换热板（共设置168块换热板）的设计，换热板埋入催化剂床层（自上而下依次设置5个不同高度的催化剂床层测温点），流经催化剂床层的工艺气与换热板内的锅炉给水逆流换热以实现反应热的转移——工艺气自甲醇合成塔的顶部流至底部，锅炉给水自板式换热器的底部流至顶部，锅炉给水在换热板内相变产生的蒸汽在汽包中分离出来，副产的2.5 MPa饱和蒸汽通过蒸汽加热炉过热后送入蒸汽管网。卡萨利甲醇合成塔具有换热效率高、系统阻力小、运行能耗低、出口醇净值高等优点。
2 第三炉与前两炉甲醇合成催化剂运行对比分析
第三炉甲醇合成催化剂经升温还原转入满负荷运行至活性衰退严重被迫卸出，其使用时长仅19个月，活性衰减趋势特征与前两炉甲醇合成催化剂存在显著差异，具体见表1。第三炉甲醇合成催化剂运行情况分析如下。
2.1 CO单程转化率降低
甲醇合成系统中，CO单程转化率是衡量甲醇合成催化剂活性的关键指标，直接反映催化剂表面活性位点对CO的吸附与转化能力。第三炉甲醇合成催化剂使用初期12个月内CO单程转化率降低9%，随后7个月其降幅更是达到了16%，使用至第19个月时累积降幅已达25%。而前两炉甲醇合成催化剂同期（使用至第19个月时）CO单程转化率下降幅度仅约11%，第三炉甲醇合成催化剂使用期间CO单程转换率下降速率明显快于前两炉，表明其催化能力大幅降低，大量CO未充分反应便流出了甲醇合成塔。
2.2 甲醇合成塔热点温度下移
正常情况下，甲醇合成催化剂使用初期热点温度位于床层测温点的第二层，活性衰减时，热点温度会逐渐下移，上部的高温区域温度降低，下部的低温区域温度升高形成新的热点。第三炉甲醇合成催化剂使用期间床层热点温度由第二层下移至第三层的时间较前两炉提前约3个月，表明第二层催化剂失活速率快。上层催化剂活性降低后，甲醇合成反应逐渐向活性相对较高的下层转移，导致系统整体运行效率下降。
2.3 粗甲醇品质下降
甲醇合成催化剂活性衰减会降低主反应的选择性，副反应增多，羰基化合物、二甲醚、高级醇以及其他一些有机杂质生成量增加，导致粗甲醇品质下降。第三炉甲醇合成催化剂使用至第12个月时粗甲醇中羰基化合物含量达0.003 8%，而前两炉甲醇合成催化剂使用同期所产粗甲醇中羰基化合物含量均小于0.003%。这些副产物在后续甲醇精馏过程中难以完全去除，不仅增加了甲醇精馏的难度与成本，还影响了精甲醇产品的品质与销售价格。
2.4 粗甲醇新鲜气单耗增加
更多内容详见《中氮肥》2026年第3期