甲醇Ⅰ系統(tǒng)長周期運行優(yōu)化

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甲醇Ⅰ系統(tǒng)長周期運行優(yōu)化

常春肖紅玲

(兗礦魯南化工有限公司山東滕州277527)

1項目背景

兗礦魯南化工有限公司東廠區(qū)有3臺德士古氣化爐，后系統(tǒng)配套年產(chǎn)200 kt甲醇系統(tǒng)和產(chǎn)能為8 000 m3/h的CO變壓吸附裝置，其中甲醇系統(tǒng)(即甲醇I系統(tǒng))由凈化裝置(部分變換、NHD濕法脫硫脫碳工序組成)與4臺往復(fù)式甲醇聯(lián)合壓縮機、3臺絕熱-管殼式甲醇合成塔并聯(lián)低壓合成系統(tǒng)及2套并聯(lián)的雙效三塔精餾工藝裝置組成。為提高甲醇裝置的經(jīng)濟運行質(zhì)量，進行了一系列的優(yōu)化改造及創(chuàng)新調(diào)節(jié)，3年來甲醇系統(tǒng)突破了煤化工行業(yè)提出的連續(xù)穩(wěn)定運行1 065 d的要求，達到了1 070 d。2014年，連續(xù)運行361 d，產(chǎn)量達235.6 kt，實現(xiàn)了長周期高效運行。

2存在的問題及改造措施

2.1　甲醇系統(tǒng)新鮮氣來源單一

在東廠區(qū)凈化系統(tǒng)減量、停車的情況下，甲醇合成系統(tǒng)新鮮氣斷供，被迫減量運行或停車，造成甲醇精餾裝置工況波動，進而影響甲醇質(zhì)量。針對此問題，采取了以下措施。

(1) 增設(shè)東、西廠區(qū)精制氣連通管線，自西廠區(qū)凈化系統(tǒng)出工段配管直至甲醇聯(lián)合壓縮機入口總管上，可以充分發(fā)揮東、西廠協(xié)同效應(yīng)，實現(xiàn)西廠區(qū)富余精制氣送往甲醇聯(lián)合壓縮機提高甲醇產(chǎn)量的同時，達到在東廠區(qū)甲醇凈化系統(tǒng)停車的情況下，甲醇合成系統(tǒng)接西廠區(qū)精制氣繼續(xù)運行的目的。

(2) 實施了甲醇尾氣回收綜合利用項目(見圖1)。該項目將東廠區(qū)甲醇裝置與西廠區(qū)甲醇裝置的2路甲醇弛放氣送入膜分離氫回收裝置處理，回收的氫氣并入東廠區(qū)甲醇合成裝置用于生產(chǎn)甲醇，尾氣可送入合成氨凈化裝置或吹風(fēng)氣鍋爐回收利用。通過膜分離氫回收裝置，設(shè)計達到如下效果：H2回收率≥87%，φ(H2)≥90%，產(chǎn)品H2壓力≥2.0 MPa(表壓)。

圖1甲醇尾氣回收綜合利用工藝流程

(3) 對甲醇合成原料氣流程進行改造，將變壓吸附裝置的副產(chǎn)品H2回收至精制氣管線；在甲醇凈化系統(tǒng)停車時，還可將部分CO產(chǎn)品氣和回收的吹掃氣引入，可維持甲醇合成系統(tǒng)單獨運行。變壓吸附裝置生產(chǎn)的高濃度CO主要用來生產(chǎn)醋酐，富余的部分氣量送往甲醇凈化系統(tǒng)，用來生產(chǎn)甲醇。

(4) 研究將甲醇凈化主副系統(tǒng)氣量相互彌補，在副系統(tǒng)或主系統(tǒng)檢修時，能夠?qū)崿F(xiàn)脫硫塔前和脫硫塔后氣體相互連通。在不影響甲醇產(chǎn)量的前提下，實現(xiàn)對部分設(shè)備和管道進行檢修。

(5) 研究增加水煤氣連通。通過技術(shù)改造，實現(xiàn)在德士古氣化爐檢修時將東、西廠區(qū)的四噴嘴氣化爐的合成氣通過水煤氣連通管線送往甲醇凈化系統(tǒng)，以保證甲醇系統(tǒng)長周期運行。

2.2　甲醇水冷器結(jié)蠟

在催化劑使用中、后期，出現(xiàn)甲醇系統(tǒng)副產(chǎn)物多、甲醇水冷器結(jié)蠟嚴重、粗甲醇品質(zhì)下降明顯等情況，影響了精甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量。另外，合成系統(tǒng)放空量大，新鮮氣消耗也高。針對此問題，采用以下措施。

(1) 將甲醇合成催化劑更換為RK- 05型銅系催化劑，降低合成反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物，優(yōu)化合成反應(yīng)，減少蠟的生成，延長了系統(tǒng)運行時間。

(2) 在正常生產(chǎn)中，針對甲醇水冷器出口溫度指標，對水冷器進行在線煮蠟；利用系統(tǒng)檢修時，對水冷器進行拆封頭煮蠟。

(3) 通過對催化劑選型、裝填、升溫還原、輕負荷期控制、催化劑使用中各個階段的指標控制等方面研究，探索出獨特的操作經(jīng)驗，使第3爐甲醇催化劑使用壽命達58個月，達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。延續(xù)以往的操作經(jīng)驗，延長了催化劑的使用壽命，減少了副反應(yīng)的發(fā)生，優(yōu)化合成塔的操作工藝，對甲醇系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行起到了關(guān)鍵的作用。

2.3　甲醇精餾蒸汽冷凝液管道沖刷減薄

精餾預(yù)塔、加壓塔再沸器均采用1.3 MPa蒸汽加熱，冷凝液直接外送至其他工序。由于冷凝液管線彎頭、三通處局部阻力大，受流動沖刷影響最為嚴重，水蒸氣在冷凝成水時，高壓狀態(tài)下汽泡破裂，高壓水沖擊管道表面，形成蜂窩狀氣蝕孔，會出現(xiàn)管壁減薄而產(chǎn)生泄漏，造成系統(tǒng)停車。為此，需提高蒸汽冷凝液材料等級，使用耐沖刷材質(zhì)對管道全部進行測厚，確保管道完好。

2.4　聯(lián)合壓縮機不能長周期運行

甲醇聯(lián)合壓縮機主要負責(zé)將甲醇合成所需原料氣在Ⅰ、Ⅱ級壓縮段進行連續(xù)壓縮，將壓力由1.90 MPa升至5.15 MPa后送往合成系統(tǒng)，以滿足生產(chǎn)的需要。但B#甲醇聯(lián)合壓縮機二段大頭瓦、主軸瓦使用壽命只有2～3個月，每次拆檢均有軸瓦損壞嚴重。經(jīng)分析，判定曲軸與連桿以及活塞桿等垂直度不好，故以十字頭滑道和刮油器安裝設(shè)備本體為基準，對B#甲醇聯(lián)合壓縮機二段氣缸水平度進行測量。由于原始安裝問題及基礎(chǔ)沉降不均勻，二段十字頭滑道中心至氣缸端面處向南偏移。為保證曲軸與連桿以及活塞的垂直度，對連桿大頭瓦進行了改造，將其設(shè)計成偏心軸瓦形式，以滿足使用要求。

2.5　循環(huán)氣中甲醇含量高

甲醇合成塔出口氣體經(jīng)過預(yù)熱器、水冷器后送入甲醇分離器，將液體甲醇分離下來，塔頂即為循環(huán)氣，2臺相同大小的甲醇分離器未設(shè)水洗裝置，僅頂部設(shè)除沫絲網(wǎng)，分離效果差，導(dǎo)致循環(huán)氣中的甲醇體積分數(shù)高達2 000×10-6以上。針對此問題，將原有的甲醇分離器更換為全收率分離器，循環(huán)氣中的甲醇體積分數(shù)降至500×10-6以下。

3結(jié)語

(1) 兗礦魯南化工有限公司充分實現(xiàn)東、西廠區(qū)資源共享，增設(shè)精制氣連通管、水煤氣連通管及CO氣連通管，較好地平衡系統(tǒng)負荷，同時在甲醇Ⅰ前系統(tǒng)切氣時，可發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，維持甲醇系統(tǒng)運行，是保證甲醇Ⅰ系統(tǒng)實現(xiàn)“三年一大修”的重要前提。

(2) 甲醇Ⅰ、甲醇Ⅱ系統(tǒng)的弛放氣送往膜分離氫回收裝置，其中大部分的H2及CO回收至甲醇合成壓縮機入口，氫氣回收率為88.38%，實現(xiàn)合成氨負荷向甲醇系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，提高了甲醇產(chǎn)能。

(3) 大膽采用RK- 05型銅系甲醇催化劑，噸甲醇新鮮氣消耗降至2 350 m3(標態(tài))。

(4) 甲醇B#聯(lián)合壓縮機采用偏心主軸瓦，抵消了基礎(chǔ)沉降不均勻造成的影響，提高了曲軸箱對曲軸的承載能力，避免了主軸瓦反復(fù)損壞。采用傾斜連桿，減輕了十字頭滑道與曲軸垂直度偏差過大的影響，改善了軸瓦單邊受力的狀況，延長了大頭瓦使用壽命。

(5) 去除傳統(tǒng)的甲醇分離器，改用全收率分離器，增加脫鹽水水洗流程，相當于1臺分離器和1臺水洗塔組合在一起。

系統(tǒng)優(yōu)化項目實施后，甲醇Ⅰ系統(tǒng)實現(xiàn)了“三年一大修”的任務(wù)目標，有效延長了裝置的長周期穩(wěn)定運行時間，同時多項產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高，2014年累計生產(chǎn)甲醇235.6 kt，創(chuàng)甲醇系統(tǒng)開車以來最好水平。

(收稿日期2015- 06- 01)