甲醇生產(chǎn)裝置系統(tǒng)壓力維穩(wěn)方案

張 月 吳琳瑜 王雯雯

(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司山東鄒城273512)

甲醇生產(chǎn)裝置系統(tǒng)壓力維穩(wěn)方案

張 月 吳琳瑜 王雯雯

(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司山東鄒城273512)

在甲醇生產(chǎn)裝置的整個工藝流程中，維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定有著至關(guān)重要的意義。若系統(tǒng)壓力過高，給承壓設(shè)備、管道、法蘭帶來安全隱患，會引發(fā)一系列的跑、冒、滴、漏等問題；同時，為防止系統(tǒng)超壓，有效氣體被迫從火炬放空燃燒，造成生產(chǎn)消耗增加。若系統(tǒng)壓力過低，不利于各化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。如果整個生產(chǎn)系統(tǒng)壓力大幅波動，所形成的沖擊力會造成系統(tǒng)內(nèi)件和管道內(nèi)垢片脫落，進(jìn)而影響生產(chǎn)系統(tǒng)長周期運行。

1 工藝流程及參數(shù)

兗礦國宏化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)500 kt甲醇生產(chǎn)裝置采用德士古水煤漿加壓氣化、魯奇公司的低溫甲醇洗煤氣凈化、華東理工大學(xué)的低壓合成甲醇等先進(jìn)技術(shù)工藝。甲醇生產(chǎn)裝置工藝流程為：氣化工段→變換工段→凈化工段→壓縮工段→合成工段。甲醇生產(chǎn)裝置雙爐滿負(fù)荷運行時各工段工藝參數(shù)如表1所示。

表1 甲醇生產(chǎn)裝置雙爐滿負(fù)荷運行時各工段工藝參數(shù)

2 影響系統(tǒng)壓力的因素

2.1 氧煤比

根據(jù)氣化工段氣化爐投氧量與投煤量的比值計算所得。CO作為變換工段變換反應(yīng)的反應(yīng)物，其濃度直接影響了變換反應(yīng)的速率。氧煤比的高低直接影響氣化工段水煤氣中的CO含量，從而影響變換反應(yīng)中反應(yīng)物CO濃度。

2.2 水氣比

指水煤氣中水汽含量與干氣的比值。H2O作為變換工段變換反應(yīng)的反應(yīng)物，其濃度直接影響變換反應(yīng)的速率。氣化工段水煤氣中水汽含量直接決定了變換反應(yīng)中反應(yīng)物H2O的濃度。

2.3 甲醇循環(huán)量

指入凈化主洗塔吸收洗滌的貧甲醇流量。在低溫甲醇洗操作中，系統(tǒng)甲醇循環(huán)量的多少直接影響到新鮮氣中的CO2含量，其中貧甲醇的再生度及水含量都是重要的控制指標(biāo)。

2.4 系統(tǒng)壓力

低溫甲醇洗的物理吸收過程遵循亨利定律，即增加氣體的壓力有利于氣體的吸收，降低氣體的壓力有利于氣體的解析。

2.5 主洗甲醇溫度

指入凈化主洗塔吸收洗滌的貧甲醇溫度。甲醇溶液的溶解度隨溫度的下降而顯著增加，故吸收過程要求在盡可能低的溫度下進(jìn)行。

2.6 聯(lián)合壓縮機

指聯(lián)合壓縮機工段將來自低溫甲醇洗工段的合格新鮮氣經(jīng)壓縮升壓送至甲醇合成系統(tǒng)合成甲醇，是整個系統(tǒng)壓力維持穩(wěn)定的重要輔助手段。當(dāng)系統(tǒng)壓力出現(xiàn)波動時，可通過改變聯(lián)合壓縮機的防喘振閥開度及運行轉(zhuǎn)速來達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力的目的。

2.7 合成塔壓力

甲醇合成塔的壓力主要受新鮮氣中氫碳比影響。正常生產(chǎn)時，應(yīng)保證氫碳比在要求指標(biāo)范圍內(nèi)；若氫碳比嚴(yán)重失調(diào)，則合成塔壓力波動幅度較大，導(dǎo)致聯(lián)合壓縮機超出調(diào)節(jié)范圍，最終迫使系統(tǒng)減量或放空。其中，新鮮氣中CO含量主要受變換工段控制，CO2含量主要受凈化工段控制，只有這2個工段統(tǒng)一由合成工段指揮、互相協(xié)調(diào)配合，才能更好地控制氣體成分，從而滿足甲醇合成塔穩(wěn)定運行的要求。

3 存在的問題及處理方案

3.1 變換工段CO含量調(diào)節(jié)滯后

為了保證出變換工段CO含量穩(wěn)定，必須保證變換反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，即保證反應(yīng)物CO和H2O的含量穩(wěn)定。在生產(chǎn)運行中，為應(yīng)對氣化工段氧煤比、水氣比的波動，需在變換工段通過水煤氣副線閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，而變換氣在線分析取樣點在變換工段出口處，分析結(jié)果經(jīng)實際對比測算，常常會滯后25 min。因此，當(dāng)氣化工段工況出現(xiàn)波動時，變換工段CO調(diào)節(jié)滯后。

處理方案：為減少變換氣分析的滯后時間，將變換氣取樣點前移(圖1)，分析結(jié)果經(jīng)實際對比測算，滯后時間縮短至5 min。

根據(jù)實際操作經(jīng)驗，當(dāng)氣化工段氧煤比、水氣比波動時，由于變換爐內(nèi)的變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，變換爐的熱點溫度波動非常敏感，進(jìn)而引起系統(tǒng)壓力小幅度波動。因此，通過對變換爐熱點溫度、系統(tǒng)壓力、在線分析三者進(jìn)行綜合判斷分析CO含量的變化情況，對調(diào)節(jié)變換工段CO含量具有指導(dǎo)意義。

圖1 變換氣取樣點前移流程示意

3.2 氣化工段氣化爐加減負(fù)荷時壓力波動大

該套甲醇生產(chǎn)裝置設(shè)計處理變換氣流量為218 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，正常負(fù)荷下3臺氣化爐2開1備，每臺氣化爐提供109 000 m3/h(標(biāo)態(tài))左右的氣量。若1臺氣化爐發(fā)生跳車事故，系統(tǒng)負(fù)荷突然減半，系統(tǒng)壓力短時間內(nèi)會迅速下降。在壓力重新趨于穩(wěn)定后，發(fā)現(xiàn)新鮮氣中CO2含量會逐漸降至零，導(dǎo)致氫碳比過高，合成塔壓力迅速上升，整個系統(tǒng)的壓力也會隨之上升。在氣化爐并爐加負(fù)荷時，若氣量增長較快，則對應(yīng)的CO和CO2的調(diào)節(jié)常常跟不上氣量的增長速度，氫碳比也會出現(xiàn)一個短時間內(nèi)的失調(diào)。

處理方案：在發(fā)現(xiàn)單臺氣化爐跳車、氣量迅速下降時，聯(lián)合壓縮機應(yīng)該在最短時間內(nèi)開大防喘振閥，并降低運行轉(zhuǎn)速，使氣體大量回流，以保證前系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。由于氣量減半，低溫甲醇洗的甲醇循環(huán)量也要按比例進(jìn)行減少。滿負(fù)荷時，入凈化主洗塔CO2主洗段的貧甲醇流量指標(biāo)為349 m3/h，入H2S主洗段的富碳甲醇流量指標(biāo)為180 m3/h；負(fù)荷減半后，按比例貧甲醇流量應(yīng)降至175 m3/h左右，富碳甲醇流量應(yīng)降至90 m3/h左右。由于甲醇流量過低時在塔盤上可能會出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，會導(dǎo)致凈化氣中總硫含量超標(biāo)(體積分?jǐn)?shù)≥0.1×10-6)，從而造成合成塔催化劑失活。因此，在半負(fù)荷時一般會將貧甲醇流量控制在約200 m3/h、富碳甲醇流量控制在100 m3/h左右，即均略大于比例設(shè)計值。為此，變換工段應(yīng)在負(fù)荷減半后就有針對性地適當(dāng)提高CO含量，而非等到合成塔壓力開始上升后再作調(diào)節(jié)，從而避免系統(tǒng)壓力的失控。在氣化爐并爐時，可根據(jù)氣化放空量來控制并氣速度，以保證氣量緩慢穩(wěn)定增長。在并氣過程中，聯(lián)合壓縮機逐漸關(guān)小防喘振閥，并提高運行轉(zhuǎn)速，變換工段和凈化工段各自根據(jù)氣量的增加及合成工段的要求相應(yīng)調(diào)節(jié)出適宜的CO和CO2含量，以保證系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。

3.3 煤漿濃度波動對系統(tǒng)壓力的影響

在生產(chǎn)裝置雙爐滿負(fù)荷運行工況下，當(dāng)煤漿濃度波動時各工段指標(biāo)見表2。

表2 煤漿濃度波動時各工段指標(biāo)

由于煤漿濃度取樣分析間隔時間一般為2 h，嚴(yán)重滯后，而煤漿濃度大幅波動時對氣體成分影響較為明顯，進(jìn)而引起系統(tǒng)壓力波動。

當(dāng)氣化工段的煤漿濃度出現(xiàn)波動時，煤漿管線與氣化爐燃燒室的壓差也會出現(xiàn)波動，同時氣化爐爐溫、氣化爐排渣渣樣都會給予積極的反饋，然后可結(jié)合各工段氣體成分在線分析指標(biāo)，有針

對性地對變換工段CO含量、凈化工段CO2含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)壓力維穩(wěn)具有指導(dǎo)意義。

3.4 氣化工段高壓煤漿泵墊缸對系統(tǒng)壓力的影響

氣化工段高壓煤漿泵為三缸單作用往復(fù)隔膜泵，一旦某個缸出現(xiàn)墊缸不打量，會造成氣化爐投煤量短時間內(nèi)降低，氧煤比大幅增大，各工段氣量驟減，系統(tǒng)壓力大幅下降，進(jìn)而引起各工段氣體成分變化。通過氣化工段主動調(diào)節(jié)，即增大高壓煤漿泵電機頻率后，氣化爐投煤量又會陡增，甚至超過原來的正常投煤量，同時系統(tǒng)壓力又會增高。因此，當(dāng)高壓煤漿泵墊缸時，系統(tǒng)壓力會出現(xiàn)反復(fù)波動，給壓力調(diào)節(jié)帶來一定困難。墊缸發(fā)生時各工段指標(biāo)對比見表3。

表3 墊缸發(fā)生時各工段指標(biāo)對比

根據(jù)實踐經(jīng)驗，墊缸發(fā)生前、后雖然氣體成分和氣量會發(fā)生大幅波動，但墊缸畢竟是個短期現(xiàn)象，因此，各崗位對氣體成分的調(diào)節(jié)幅度要小，應(yīng)防止調(diào)節(jié)幅度過大而引起系統(tǒng)壓力的不平穩(wěn)。墊缸發(fā)生時，因氣化工段氧煤比大幅上升，氣化工段需及時調(diào)整氧煤比至正常范圍內(nèi)；同時，變換工段、凈化工段及合成工段有針對性地對氣體成分進(jìn)行小幅調(diào)節(jié)。當(dāng)墊缸問題消除后，各崗位人員應(yīng)及時恢復(fù)至墊缸之前的工況。

4 結(jié)語

在日常操作中，各工段應(yīng)統(tǒng)一操作思路，做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計和經(jīng)驗總結(jié)，并通過上述幾個處理方案，有針對性地解決工藝生產(chǎn)中可能造成系統(tǒng)壓力波動的各項問題，從而維持整個甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。

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2016- 03- 04)