變換氣水冷器前后壓差增大原因分析

＊李慶春 牛志峰 張志剛 景登才 常小偉

（內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司世林化工分公司 內(nèi)蒙古 017313）

變換氣水冷器前后壓差增大原因分析

＊李慶春 牛志峰 張志剛 景登才 常小偉

（內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司世林化工分公司 內(nèi)蒙古 017313）

本文分析了生產(chǎn)中變換工段變換氣水冷器前后壓差增大原因，提出了多項(xiàng)整改方案，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況給出了相應(yīng)解決措施和建議。

變換；變換氣水冷器；壓差增大；結(jié)晶

1.問(wèn)題介紹

我公司項(xiàng)目為年產(chǎn)30萬(wàn)噸煤制甲醇。在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，甲醇工段的主要任務(wù)是將從氣化來(lái)的粗煤氣經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)后轉(zhuǎn)變?yōu)榇旨状?，并?duì)其進(jìn)行提純。而甲醇工段的變換工序則是通過(guò)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，調(diào)節(jié)來(lái)自氣化工段的粗合成氣中H2、CO和CO2之間的比例。

來(lái)自氣化工段的粗煤氣在變換爐內(nèi)反應(yīng)，由于反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此反應(yīng)完后的氣體溫度較高，但變換工序后的凈化工序需要在相對(duì)較低溫度下進(jìn)行，因此變換工序需要將反應(yīng)后的變換氣溫度降至40℃以下，這就需要變換工序后系統(tǒng)有一系列降溫過(guò)程。反應(yīng)方程式如下：

在實(shí)際生產(chǎn)中，我公司發(fā)現(xiàn)降溫設(shè)備中的變換氣水冷器管程出口多次出現(xiàn)銨鹽結(jié)晶現(xiàn)象，導(dǎo)致前系統(tǒng)壓力增大，后系統(tǒng)氣流減小，工序前后壓差增大，生產(chǎn)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，因此被迫放空變換氣，對(duì)公司造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.變換工序簡(jiǎn)要工藝流程

氣化送來(lái)的粗合成氣溫度為196．5℃，首先過(guò)濾水分灰分，然后在粗合成氣換熱器換熱到260℃，進(jìn)第一變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)。出第一變換爐的變換氣溫度為446℃，通過(guò)中壓蒸汽過(guò)熱器、粗合成氣換熱器被冷卻到283℃，進(jìn)入第二變換爐繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)。出第二變換爐的變換氣溫度為416℃，然后依次通過(guò)廢鍋、鍋爐給水加熱器、變換氣空冷器、除鹽水加熱器、變換氣水冷器，被冷到40℃。最后，變換氣在變換氣水洗塔中脫除變換氣中的NH3、HCN等雜質(zhì)，然后被送去凈化工序。

圖1 工藝流程

來(lái)自第一變換氣分離器和第二變換氣分離器的工藝?yán)淠汉退此南礈焖疁p壓到約3．0MPa后進(jìn)冷凝液閃蒸槽，出于節(jié)約用水設(shè)計(jì)，出冷凝液閃蒸槽的工藝氣冷凝液經(jīng)冷凝液泵加壓至4．5MPa后送到上游煤氣化裝置濕洗工序。

3.壓差增大的原因分析

在正常生產(chǎn)過(guò)程中，變換工序中控DCS發(fā)現(xiàn)工序前后系統(tǒng)壓差逐漸增大，在通知現(xiàn)場(chǎng)操作員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓力表逐步核實(shí)之后，發(fā)現(xiàn)變換氣水冷器前后壓差出現(xiàn)異常。由于工廠為不間斷生產(chǎn)，首先排除了水冷器內(nèi)部堵塞的原因。技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，是由于變換爐后系統(tǒng)變換氣溫度偏低，造成碳銨在變換氣水冷器內(nèi)結(jié)晶以致堵塞列管。

(1)造成變換氣水冷器結(jié)晶的原因分析

①由于變換氣水冷器需要水循環(huán)冷卻，因此可能是變換氣水冷器進(jìn)口循環(huán)水量太大，造成了變換氣溫度過(guò)低，達(dá)到了碳銨結(jié)晶溫度。②變換爐內(nèi)催化劑由于前期開(kāi)停車頻繁，造成催化劑活性差。因Co-Mo系催化劑的最低H2S含量和最高使用溫度要求，催化劑產(chǎn)生反硫化趨勢(shì)明顯加強(qiáng)。雖然在每次開(kāi)車正常后，催化劑活性通常都會(huì)有所恢復(fù)，但對(duì)大多數(shù)Co-Mo系耐硫變換催化劑低溫活性將受到破壞，并隨著開(kāi)停車次數(shù)的增加，逐漸喪失。喪失活性的催化劑轉(zhuǎn)化率低、反應(yīng)熱小，導(dǎo)致變換工序后系統(tǒng)整體溫度偏低。③系統(tǒng)大幅減量時(shí)，一方面水煤氣壓力、溫度大幅下降，造成原料氣水汽比降低；另一方面，變換爐內(nèi)氣體空速降低，滯留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。此外，因氣量小，變換反應(yīng)熱量增大，爐溫急劇上升。為防止變換爐超溫，在減量初期只有通過(guò)降低變換爐入口原料氣的水氣比來(lái)降低變換率以調(diào)整變換爐溫。因此，系統(tǒng)大幅減量時(shí)，變換爐后變換氣水汽比大幅降低，導(dǎo)致冷凝液量減少，冷凝液中氨含量升高，銨鹽濃度極易到達(dá)飽和并形成銨鹽析出。④當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷降低時(shí)，氣量已經(jīng)減小，但變換氣空冷器、變換氣水冷器、鍋爐給水加熱器等設(shè)備沒(méi)有及時(shí)調(diào)整，造成后系統(tǒng)整體溫度偏低。⑤負(fù)荷、壓力和溫度發(fā)生大幅度波動(dòng)時(shí)，操作人員調(diào)節(jié)不夠及時(shí)。⑥從氣化來(lái)的粗煤氣有效氣體成分偏低，在變換爐內(nèi)反應(yīng)釋放熱量較少，造成變換工序后系統(tǒng)溫度普遍較低。⑦變換工序出口水洗塔洗滌水回收到冷凝液閃蒸槽后，匯合其他工藝?yán)淠和ㄟ^(guò)冷凝液泵加壓送往氣化濕洗塔，洗滌粗煤氣中的雜質(zhì)。在濕洗塔內(nèi)銨鹽會(huì)受熱分解釋放氨氣，隨著粗煤氣再次帶回到變換工序，從而造成粗煤氣中的氨含量集聚升高，進(jìn)而造成碳氨在變換工序末端變換氣水冷器處結(jié)晶。工藝流程如圖2所示：

圖2

(2)問(wèn)題的解決方案

①通過(guò)減少變換氣水冷器的循環(huán)水量，銨鹽結(jié)晶程度會(huì)緩慢降低。循環(huán)水量減少，從變換氣帶走的熱量減少，有利于銨鹽受熱分解。但此方法花費(fèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，并且后系統(tǒng)溫度上升溫度不易及時(shí)控制，會(huì)造成凈化工序壓力增大，因此不建議將此作為有效的處理方案。②調(diào)節(jié)變換氣空冷器轉(zhuǎn)速，當(dāng)變換氣空冷器轉(zhuǎn)速低時(shí)，有利于減少變換氣溫度的流失。但此方法反應(yīng)滯后，見(jiàn)效時(shí)間偏長(zhǎng)，不適于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。③通過(guò)調(diào)節(jié)熱副線開(kāi)度提高二變爐進(jìn)口溫度，進(jìn)而提高變換氣水冷器進(jìn)口變換氣溫度，使變換氣溫度高于碳氨結(jié)晶的溫度，但由于第二變換爐出口到變換氣水冷器距離太長(zhǎng)，所經(jīng)過(guò)設(shè)備較多，效果不明顯。④將變換工序水洗塔洗滌變換氣后的水直接送往污水處理工序，不再經(jīng)過(guò)氣化工段循環(huán)利用，防止氨富集超標(biāo)。此方法造成了一定的水資源浪費(fèi)，但從根本上解決了結(jié)晶的問(wèn)題。⑤在變換氣水冷器進(jìn)口管線上增設(shè)一路飽和蒸汽管線，并在出口管線增設(shè)導(dǎo)淋。此方法利用飽和蒸汽使銨鹽受熱分解，并用導(dǎo)淋將其排出系統(tǒng)。飽和蒸汽與導(dǎo)淋配合使用的方法見(jiàn)效最快，對(duì)后系統(tǒng)影響較小，可以作為應(yīng)急處理的方案。

4.結(jié)論

在實(shí)際的生產(chǎn)中，我公司采用將變換工序水洗塔洗滌水送至污水處理工序和飽和蒸汽加導(dǎo)淋組合這兩種方法，都可以達(dá)到消除結(jié)晶、恢復(fù)系統(tǒng)壓力平衡的效果。

將變換工序水洗塔洗滌水送至污水處理的方法有利于系統(tǒng)整體長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，但是造成了一定的水資源浪費(fèi)和污水處理工序的損耗；而飽和蒸汽與導(dǎo)淋配合使用對(duì)結(jié)晶消除速度較快，可以在實(shí)際生產(chǎn)中作為應(yīng)急處理方法，但由于此方法必須是在系統(tǒng)壓差較大、銨鹽結(jié)晶后才能使用，有一定的局限性。

[1]王方亮,王秀芬.影響Co-Mo系耐硫變換催化劑活性的因素[J].河北化工,2011,34(1);10-13.

[2]張濤,夏水林,王亞,張光明.變換系統(tǒng)銨鹽結(jié)晶的原因分析及防治措施[J].中氮肥,2007,4;29-30.

李慶春（1986～），男，內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司世林化工分公司，研究方向：煤化工。

((責(zé)任編：高鎮(zhèn)峰)

Analysis of the Reason for Differential Pressure Before and After Changing the Gas-Water Cooler

Li Qingchun, Niu Zhifeng, Zhang Zhigang, Jing Dengcai, Chang Xiaowei

(Shilin Chemical Engineering Branch Office, Inner Mongolia Huangtao Legai Coal Limited Liability Company, Inner Mongolia, 017313)

This paper analyzes the causes of the increase of the pressure difference before and after the conversion of the gas and water coole rs in the production section, and puts forward a number of rectification schemes, and gives the corresponding solutions and suggestions according to the actual production conditions.

transformation；change the gas and water cooler；the pressure increases；crystallization

T

A