低水氣比變換系統(tǒng)開車總結

高 亭

（河南能源鶴煤化工分公司 河南鶴壁458000）

低水氣比變換系統(tǒng)開車總結

高 亭

（河南能源鶴煤化工分公司 河南鶴壁458000）

0 前言

河南能源鶴煤化工分公司600kt／a甲醇裝置的變換系統(tǒng)采用低水汽比流程，由五環(huán)公司參與設計，青島聯(lián)信催化材料有限公司提供變換催化劑，自2013年3月開車運行至今已超過7000h。針對變換系統(tǒng)在開、停車過程中出現(xiàn)的許多問題進行了改造，系統(tǒng)逐漸進入平穩(wěn)運行階段，現(xiàn)運行狀況良好。

1 變換工藝方案

1.1 工藝方案

為節(jié)省蒸汽消耗，CO變換采用兩段寬溫耐硫變換串一段低溫耐硫變換，進變換系統(tǒng)的粗煤氣分3路：42%～45%氣量（占總氣量的體積分數(shù)，下同）進第1變換爐，30%～35%氣量進第2變換爐，20%～25%氣量進第3變換爐。CO變換深度調節(jié)手段多樣，在第1和2變換爐出口管線各設1根副線，可繞過其他變換爐直接與第3變換爐出口的氣體混合進入下一工段。同時，增設1根可繞過3臺變換爐的大副線，直接作為變換系統(tǒng)的旁路管線進入低溫甲醇洗系統(tǒng)，出于保證氣體清潔度和設備管線保護之目的，在能保證變換系統(tǒng)CO變換深度的前提下該大副線閥門沒有開度。變換爐段間采用中壓鍋爐給水和新鮮粗煤氣激冷工藝，提高變換爐入口水氣比，同時降低變換爐入口氣體溫度。

1.2 工藝流程

從煤氣化裝置來的粗煤氣（166℃，3.8MPa，241349m3／h，標態(tài)）進入原料氣分離器分離水分，再進入原料氣過濾器去除固體機械雜質。從原料氣過濾器出來的粗煤氣分成3股：一股（約41.7%，100642m3／h，標態(tài)）進煤氣預熱器管程，與殼程中第1變換爐變換氣換熱至200℃，再經蒸汽混合器進入第1變換爐進行變換反應。

出第1變換爐的變換氣（溫度約392.1℃）進入煤氣換熱器的殼程，與管程煤氣換熱后溫度降至約359.5℃，與來自原料氣過濾器的另一股粗煤氣（約32.5%，78438.4m3／h，標態(tài)，作為冷激氣）混合，經1＃淬冷過濾器被鍋爐給水淬冷至約200℃后，進入第2變換爐進行變換反應。

出第2變換爐的氣體（溫度約379.9℃）與粗煤氣中剩余25.8%的氣體（來自原料氣過濾器的第3股粗煤氣，約62268m3／h，標態(tài)）混合后，進入2＃淬冷過濾器，在此煤氣被鍋爐給水淬冷至約200℃，然后進入第3變換爐發(fā)生變換反應。

出第3變換爐的變換氣（溫度約349.2℃）與第2變換爐出口的部分變換氣混合后溫度升至約361.5℃，進入鍋爐給水預熱器殼程與鍋爐給水換熱，溫度降至180℃，再進入除鹽水預熱器的管程，與殼程的除鹽水換熱后溫度降至80℃，然后進入1＃變換氣分離器分離冷凝水，再進入變換氣水冷器的管程被殼程的循環(huán)水冷卻后溫度降至40℃，變換氣最后進入2＃變換氣分離器分離冷凝水后送至低溫甲醇洗裝置。

2 變換爐導氣方法

在氣化系統(tǒng)運行平穩(wěn)、負荷＞50%，且粗煤氣中硫體積分數(shù)達到低水氣比變換催化劑的要求，即≥500×10－6時，粗煤氣可導入變換系統(tǒng)。粗煤氣在第1變換爐前管線放空升溫合格后，開啟第1變換爐入口閥，對整個變換系統(tǒng)進行充壓；當變換系統(tǒng)與氣化工段壓力均衡（32.4MPa）時，全開粗煤氣分離器進口閥，利用變換系統(tǒng)放空閥建立煤氣流量，不斷開大變換系統(tǒng)壓力放空閥，將粗煤氣放空由氣化系統(tǒng)倒至變換系統(tǒng)末端，前工段氣化系統(tǒng)放空閥完全關閉時即代表粗煤氣已經全部導入變換系統(tǒng)，此時壓力為3.2MPa（設為自動狀態(tài)），穩(wěn)定工況，將變換系統(tǒng)出口變換氣中CO體積分數(shù)調至甲醇合成系統(tǒng)最佳氫碳比所需要的20%。

3 開車中出現(xiàn)問題及措施

3.1 第1變換爐爐前放空升溫閥不易操作

在原設計中，第1變換爐爐前粗煤氣放空升溫閥為手動切斷閥。粗煤氣在放空升溫時，需要通過調節(jié)切斷閥的開度來控制放空氣量和升溫速度；由于放空升溫閥后背壓為火炬管網(wǎng)的壓力，放空升溫閥前、后壓差較大，閥門開、關困難且不易控制，對設備和管道升溫速度影響較為明顯。為了優(yōu)化工藝和便于操作，在2只放空切斷閥之間增加1只氣動調節(jié)閥，以便在開車時可靈活控制，節(jié)省了開車時間；另外，此氣動調節(jié)閥不設置旁路管線，其自身帶手輪調節(jié)，以便在氣動調節(jié)故障時可用手輪控制其開關。經改造后，可節(jié)省第1變換爐爐前管線升溫時間30min。

3.2 導氣時第1變換爐易超溫

2013年3月，裝置進入投料試車階段，采用的導氣方式：變換爐爐前管線暖管合格后，緩慢打開第1變換爐進口切斷閥，關小第1變換爐爐前放空升溫閥開度，逐步提高第1變換爐進氣量；通過調節(jié)爐前放空升溫閥的開度來控制第1變換爐進氣量，當?shù)?變換爐床層溫度明顯上升時，逐漸開啟第3變換爐后變換系統(tǒng)壓力放空閥，通過調節(jié)變換系統(tǒng)壓力放空閥開度來調節(jié)各變換爐空速，以達到控制催化劑床層升溫速率的目的。

變換催化劑起活溫度為180℃以上。初次開車時候，催化劑活性非常好，在變換爐前放空暖管至143℃時，粗煤氣開始導入變換爐，此時第1變換爐床層溫度上升較為明顯，第1變換爐床層和出口氣體嚴重超溫，控制難度較大，長時間超溫會嚴重影響催化劑活性和設備使用壽命。分析總結開車過程中出現(xiàn)的問題后，發(fā)現(xiàn)在導氣時進氣量較快的原因是第1變換爐前壓力（3.2MPa）遠高于爐內壓力（循環(huán)升溫完畢后變換爐系統(tǒng)壓力為0.3MPa），當打開第1變換爐進口閥時，新鮮氣快速流入第1變換爐，反應劇烈造成第1變換爐催化劑床層升溫速率過快，第1變換爐出口氣體溫度遠高于設計值。為此，改變導氣方式，將變換系統(tǒng)壓力提高至約3.2MPa，使第1變換爐進口閥前、后壓差為最小值，使導氣時不會在瞬間有大量粗煤氣進入變換爐，利于控制變換爐床層溫度。

3.3 甲醇合成氣外供方案不佳

原設計方案：一定量的變換系統(tǒng)出口氣經過低溫甲醇洗系統(tǒng)凈化后（氣體中氫體積分數(shù)60%），送至外單位的1，4－丁二醇裝置變壓吸附系統(tǒng)（氣量10000m3／h，標態(tài)）制取氫氣（氫氣收率99%），制氫尾氣（解析氣）直接返回變換系統(tǒng)，使其中有效氣體得到利用，達到節(jié)能降耗的目的。

3.3.1 存在弊端

（1）溫度影響。按設計，低溫甲醇洗系統(tǒng)出口氣體經變壓吸附系統(tǒng)分離氫氣后，其他氣體返回變換系統(tǒng)進口繼續(xù)參與變換反應。在滿負荷時，氣化系統(tǒng)來的氣體溫度較高，此解析氣可將粗煤氣溫度降低3℃，這對變換操作影響較?。坏谪摵杀容^低的時候，氣化系統(tǒng)來的氣體溫度只有155℃，若在此基礎上降低3℃，將造成第1變換爐溫度不易控制，出口氣體中CO含量波動較大，且可能在第1變換爐爐前管線積累較多的冷凝液，引發(fā)管道和設備的腐蝕、變換系統(tǒng)進口冷凝液分離器排液困難等問題。

（2）氣體成分影響。為了保證甲醇合成系統(tǒng)的氫碳比，必須增強提氫后返回變換系統(tǒng)氣體中CO的變換深度，在生產高負荷期時會增加變換系統(tǒng)負荷，影響催化劑使用壽命。

（3）消耗問題。氣體成分發(fā)生變化后，為了保證變換反應合適的水氣比，必定以加入較多的中壓蒸汽和鍋爐水，增加了原料消耗，且排出較多的冷凝液必定給污水處理裝置帶來壓力。

3.3.2 改造措施

在低溫甲醇洗系統(tǒng)外送至1，4－丁二醇裝置合成氣管線上設置帶速關功能的氣動閥，事故狀態(tài)下可及時切斷低溫甲醇洗系統(tǒng)的外送合成氣，保證低溫甲醇洗系統(tǒng)運行正常，防止事故擴大化。為了避免變壓吸附系統(tǒng)的解析氣對變換系統(tǒng)造成較大影響，補回變換系統(tǒng)的解析氣改為直接補至甲醇合成壓縮機入口管線上。以上改動，對變換系統(tǒng)優(yōu)化起到了較好的作用，但CO變換深度仍需長期實踐和經驗積累，以達到最佳控制范圍。

2015-01-16）