合成油中試裝置搬遷改造

曲宇霞

(中國能源工程集團(tuán)有限公司，上海 200061)

生產(chǎn)與應(yīng)用

合成油中試裝置搬遷改造

曲宇霞

(中國能源工程集團(tuán)有限公司，上海 200061)

以某合成油中試裝置搬遷改造為例，通過搬遷方案選擇、技術(shù)改進(jìn)及搬遷過程中出現(xiàn)問題的應(yīng)對解決方案，對合成油裝置改造進(jìn)行了經(jīng)驗總結(jié)。并通過跨國裝置搬遷經(jīng)驗總結(jié)，為類似工程設(shè)計提供參考和思路。

合成油；中試裝置；搬遷；改造

引 言

煤、天然氣或者生物質(zhì)先轉(zhuǎn)化為合成氣，再通過Fischer-Tropsch(簡稱FT)合成轉(zhuǎn)化為烴類產(chǎn)品，經(jīng)過深加工可得到優(yōu)質(zhì)液體燃料，如，汽油、柴油、航空煤油和其他化工原料(如，潤滑油基礎(chǔ)油、食品級蠟)等。

GTL工藝是利用天然氣生產(chǎn)清潔燃料的重要方向[1]，符合環(huán)保要求趨勢，是目前被廣為看好的天然氣生產(chǎn)合成油技術(shù)路線[2]。在能源安全、環(huán)保和資源利用等因素推動下，GTL/CTL技術(shù)具有極為重要的戰(zhàn)略意義。

目前，GTL技術(shù)得到了廣泛的研發(fā)，技術(shù)較為成熟，在卡塔爾等天然氣資源豐富的國家已經(jīng)成功實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)[3]。南非Sasol公司、Shell公司、Exxon-Mobil公司、Syntroleum公司等均已開發(fā)并形成了自己的GTL/CTL技術(shù)。國內(nèi)的中科合成油公司、山東兗礦集團(tuán)等自20世紀(jì)80年代起也開始了FT合成的研究，并逐步形成了自己的技術(shù)[4]。近幾年，國內(nèi)已有數(shù)個百萬噸級的合成油裝置建成或在建。

1 項目背景

該項目由國內(nèi)某石化公司自國外引進(jìn)，目的在于開展合成油技術(shù)攻關(guān)，從關(guān)鍵設(shè)備、催化劑及工藝、廢水處理等方面進(jìn)行全方位的深入研究，進(jìn)而開發(fā)有自主產(chǎn)權(quán)的合成油成套技術(shù)。

搬遷裝置原建于美國，為國外某公司所建中試裝置，該公司進(jìn)行漿態(tài)床FT合成技術(shù)的研究已經(jīng)有10多年的時間，取得了很多研究成果。但受自身資金、技術(shù)等方面的限制，該技術(shù)在工業(yè)化道路上還存在許多需要改善的問題。

將漿態(tài)床中試裝置進(jìn)行拆遷重建，可縮短研發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)費用，降低研發(fā)風(fēng)險。但原技術(shù)還有許多有待改進(jìn)的地方，需開發(fā)出超越原技術(shù)的新FT合成技術(shù)，為今后生產(chǎn)大型化提供完整的設(shè)計數(shù)據(jù)，形成該石化公司在替代能源領(lǐng)域新的技術(shù)儲備，對該公司發(fā)展GTL/CTL技術(shù)具有戰(zhàn)略意義。

2 工藝路線的改進(jìn)和完善

2.1 原工藝路線簡介

原工藝以天然氣為原料，技術(shù)包括從合成氣制備、FT合成、催化劑再生到油品精制等的GTL全工藝過程，是一套完整的GTL工藝技術(shù)。工藝流程簡圖如第74頁圖1。

圖1 原技術(shù)工藝流程簡圖

原工藝合成氣制備采用空氣基ATR工藝技術(shù)，氧化劑為空氣，所制備的合成氣中含有大量的氮氣(40%～50%)，有效氣濃度低，因而采用兩級FT合成，以提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。因FT合成尾氣中含有大量的氮氣，尾氣直接送焚燒筒焚燒處理。FT廢水經(jīng)收集調(diào)整pH值后送入污水處理系統(tǒng)。FT合成的粗合成油品經(jīng)下游油品加工處理，成功分離出燃料柴油、石腦油和噴氣發(fā)動機(jī)柴油等油品。

2.2 工藝改造內(nèi)容

2.2.1 拆遷范圍的確定

因原裝置比較復(fù)雜，如果全部拆遷，工程量較大。根據(jù)重建地的實際情況，確定拆遷范圍，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑臁?/p>

重建地為國內(nèi)某大型煉化公司，有良好的公用工程、輔助生產(chǎn)設(shè)施、生活服務(wù)設(shè)施等依托條件。該煉化公司目前有渣油制合成氨裝置，可為FT合成提供合成氣及氫氣來源，滿足FT合成用氣量及合成氣CO/H2比的要求。

油品升級屬于一般的技術(shù)，原裝置雖然成功地生產(chǎn)分離了幾種合成油品，但其技術(shù)先進(jìn)性并非世界一流水平，因而油品精制單元僅作為技術(shù)參考，不進(jìn)行拆卸重建。

最終確定的拆遷范圍，緊緊圍繞FT合成(含催化劑再生)來進(jìn)行，原料來源由重建地合成氨裝置提供。

2.2.2 工藝技術(shù)改進(jìn)

原裝置合成氣制備采用ATR技術(shù)，原料合成氣中含體積分?jǐn)?shù)為40%～50%的氮氣。而重建地的合成氣來源由合成氨裝置提供，合成氣有效氣含量高。參考其他類似工藝，采用增加尾氣循環(huán)系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)方案，通過循環(huán)氣壓縮機(jī)的設(shè)置，提高合成氣總轉(zhuǎn)換率，為未來工業(yè)裝置提供可靠的數(shù)據(jù)來源。

開車初期，為了驗證搬遷裝置與催化劑的性能，采用合成氣中摻入高壓氮氣的方式模擬原操作工況。

FT合成的廢水中含有甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇以及其他高級醇類等，直接排放將給后續(xù)污水處理裝置帶來壓力。原裝置的FT合成廢水因水量小而直接排入污水處理系統(tǒng)。重建裝置采用國內(nèi)自行開發(fā)的FT廢水預(yù)處理技術(shù)，增設(shè)廢水預(yù)處理單元，對FT廢水中的醇類進(jìn)行初步回收。經(jīng)預(yù)處理后的廢水，送入煉化公司污水處理廠進(jìn)一步處理。

重建工藝流程簡圖如圖2。

圖2 重建工藝流程簡圖

2.2.3 油品儲存

新建油品儲存系統(tǒng)，合成油品間歇送入該煉化公司的煉油裝置。

2.2.4 公用工程及輔助設(shè)施

重建地有良好的依托條件，公用工程富余量經(jīng)核算滿足本項目要求。因此，本項目公用工程供給依托該煉化公司，廢水經(jīng)預(yù)處理后送該公司廢水處理裝置，廢氣經(jīng)分液后送該公司火炬管網(wǎng)。

3 其他專業(yè)重建方案

3.1 重建布置方案

最終確定的拆遷范圍主要是2個FT合成框架和催化劑再生框架內(nèi)的設(shè)備、管道、儀表和鋼結(jié)構(gòu)等。原裝置框架為撬裝式結(jié)構(gòu)，為拆遷及重建帶來了便利。

重建裝置的布置原則：主裝置FT合成和催化劑再生維持原布置，新增單元、管廊、配電室等按工藝流程設(shè)置以及重建地的實際情況進(jìn)行重新布置。

3.2 設(shè)備及管道

該裝置完全停運后充氮保護(hù)，經(jīng)多次考察，除個別管線閥門外表面銹蝕較嚴(yán)重外，絕大多數(shù)設(shè)備、管道及閥門從外觀看保護(hù)情況尚好，鋼結(jié)構(gòu)防火層表觀較好。因此，確定的方案為，搬遷原有設(shè)備、管道、管件等，并根據(jù)設(shè)備檢測及改造情況添加少量的輔助設(shè)備。

主要增加的設(shè)備是循環(huán)氣壓縮機(jī)及新增單元相關(guān)設(shè)備。

3.3 電氣

該裝置配套電機(jī)為美國產(chǎn)電機(jī)(460 V，60 Hz)，依據(jù)中國供電標(biāo)準(zhǔn)(380 V，50 Hz)，在正常供電設(shè)備基礎(chǔ)上需要加裝整流逆變裝置，以滿足配套電機(jī)供電。從供電的安全可靠性及配套電機(jī)的臺數(shù)、容量以及設(shè)備布置等方面綜合考慮，本裝置配套電機(jī)全部更換為國產(chǎn)電機(jī)，以滿足中國供電標(biāo)準(zhǔn)。個別特殊用電設(shè)備采用加裝變頻器的改造方案。

3.4 儀表及其他

從現(xiàn)場考察情況看，該裝置儀表保護(hù)較好。因此，本次搬遷現(xiàn)場儀表盡可能利用舊儀表，新增儀表選型與原裝置維持一致[現(xiàn)場總線(FF)型儀表]。DCS控制系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表接線重新設(shè)計。此外，配套新建消防、電信、暖通、給排水系統(tǒng)等。

4 重建過程中遇到的主要問題及解決方案

4.1 圖紙與現(xiàn)場實際不符

原裝置為中試裝置，且經(jīng)歷多次改造，外方提交的圖紙與現(xiàn)場存在諸多不相符的情況。因此，在裝置拆遷前，派出工藝、管道等主要專業(yè)人員對圖紙進(jìn)行了核對及必要的測繪工作。盡管如此，重建過程中仍然有許多不符合的情況。所以，現(xiàn)場設(shè)計人員對該類情況的消化理解及正確判斷成為解決問題的關(guān)鍵。

4.2 設(shè)備的損壞

重建過程中發(fā)現(xiàn)，個別設(shè)備因腐蝕或運輸?shù)葐栴}發(fā)生損壞。如，個別管殼式換熱器的換熱管發(fā)生腐蝕、空冷器管箱腐蝕、利舊過濾器無濾芯等等。對發(fā)生換熱管腐蝕的換熱器進(jìn)行核算，封堵?lián)Q熱管后仍無法滿足換熱要求的，更換換熱管束。對空冷器管箱和過濾器濾芯，與生產(chǎn)廠家交流后進(jìn)行更換和補(bǔ)充。其他損壞的容器類靜設(shè)備，重新進(jìn)行設(shè)計制造。

4.3 管道及管件的損壞和丟失

因拆遷運輸和重建過程中的管理不到位等多種原因，致使重建過程中的部分管件，如閥門、管道過濾器、取樣器、疏水閥等等，發(fā)生損壞或丟失。對該類管件根據(jù)改造后的具體條件進(jìn)行了增補(bǔ)。

4.4 儀表及控制系統(tǒng)

重建過程中，對損壞或丟失的現(xiàn)場儀表進(jìn)行了增補(bǔ)。另外，對差壓液位計等安裝方式不合理的個別儀表，進(jìn)行了設(shè)計修改。

DCS系統(tǒng)為本次新建。因提供的資料中缺少重要的連鎖、順序控制、復(fù)雜控制等數(shù)據(jù)，所以在重建過程中，對搬遷回來的原控制系統(tǒng)電腦中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析判斷，重新進(jìn)行相關(guān)設(shè)計和組態(tài)。

此外，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計有缺少操作平臺、操作通道較少、梯子設(shè)計不合理等情況，不利于操作及巡檢。對此情況，根據(jù)實際布置，及時進(jìn)行了重新設(shè)計或修改，以方便操作。

5 重建及改造效果

裝置重建完成后，進(jìn)行了試運行，并順利打通了使用含氮合成氣進(jìn)料、尾氣不循環(huán)工藝的流程，取得了氮氣稀釋合成氣條件下的運行數(shù)據(jù)。隨后，開始逐步降低進(jìn)料中的氮氣含量，啟動尾氣循環(huán)壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)換成純合成氣進(jìn)料、尾氣循環(huán)工藝，取得了純合成氣進(jìn)料條件下的運行數(shù)據(jù)。主要運行結(jié)果見表1。

表1 主要運行結(jié)果對比

根據(jù)外方提供的運行數(shù)據(jù)，在反應(yīng)溫度T1～T2時，CO的轉(zhuǎn)化率區(qū)間為46.1%～66.3%，平均65%左右。由表1可見，該重建裝置對原運行數(shù)據(jù)進(jìn)行了較好的驗證。同時，尾氣循環(huán)工況CO的轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品的收率都大幅提高，說明對工藝的相關(guān)改造是成功的，該裝置可為以后的工業(yè)裝置設(shè)計提供相關(guān)運行數(shù)據(jù)。

6 結(jié)論及建議

1) 化工裝置的搬遷重建，尤其是跨國重建，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)做好技術(shù)調(diào)研、運輸條件、當(dāng)?shù)厥┕げ疬w條件等一系列前期工作。

2) 跨國重建工程運輸路途遙遠(yuǎn)，且利舊設(shè)備、管道、鋼結(jié)構(gòu)等的檢測費用高，建議只搬遷關(guān)鍵的設(shè)備和儀表等，以降低運輸和檢測成本。

3) 應(yīng)做好搬遷設(shè)備的編號和保管工作，盡量減少因編號混亂和設(shè)備丟失等造成的麻煩。

4) 應(yīng)根據(jù)重建地的具體公用工程和用地條件進(jìn)行合理的優(yōu)化配置。

5) 搬遷工程的復(fù)雜性，現(xiàn)場設(shè)計工作量大于普通工程，對重建的進(jìn)度影響尤為重要。

6) 對原工藝的消化和理解是重建成功的關(guān)鍵，搬遷重建不是死搬照抄，是在充分消化吸收基礎(chǔ)上的新建。

[1] 王國良，李樹本.天然氣生產(chǎn)清潔燃料[J].天然氣與石油，2002,20(2):26-29.

[2] 顏廷趙，徐榮.合成油工藝技術(shù)進(jìn)展評述[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2000,1(8):46-50.

[3] 高振，侯建國.天然氣制合成油(GTL)技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J].山東化工，2014,43(4):56-59.

[4] 賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：10-14.

Reconstruction of synthetic oil pilot plant

QU Yuxia

(China State Energy Engineering Co., Ltd. (SINOMEC), Shanghai 200061, China)

This paper takes the reconstruction of a small GTL pilot plant as an example, by the selection of reform scheme, technical improvement and problems solving during reconstruction, the experience summary in reconstruction of synthetic oil pilot plant are put forward. This paper aims to provide reference and ideas for engineering design and put forward experience summary for reconstruction plant which moved from abroad to domestic.

synthetic oil; pilot plant; reconstruction; reform

2016-12-15

曲宇霞，女，1976年出生，2005年畢業(yè)于天津大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)，碩士學(xué)位，工程師，現(xiàn)從事化工工藝及系統(tǒng)、化工管道設(shè)計及設(shè)計管理工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.23

TQ21；TE64

A

1004-7050(2017)01-0073-03