20萬(wàn)t/a乙二醇配套項(xiàng)目原始開(kāi)車及試生產(chǎn)存在的問(wèn)題及對(duì)策研究

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(河南能源化工集團(tuán)洛陽(yáng)永龍能化有限公司，河南 孟津 471100)

河南能源化工集團(tuán)洛陽(yáng)永龍能化有限公司20萬(wàn)t/a乙二醇配套項(xiàng)目是為洛陽(yáng)永金乙二醇裝置提供合格的氫氣、一氧化碳以及其他公用物料而建，項(xiàng)目于2009年10月開(kāi)工建設(shè)，2014年12月1日氣化爐投料成功，2014年12月27日凈化PSA產(chǎn)出合格氫氣，2015年1月23日凈化冷箱產(chǎn)出合格二氧化碳，項(xiàng)目打通全流程。項(xiàng)目采用WHG干粉煤氣化技術(shù)，是該技術(shù)首套工業(yè)化應(yīng)用。項(xiàng)目配套1臺(tái)1 100t/d五環(huán)爐和2臺(tái)220t/h流化床鍋爐，空分采用開(kāi)封空分內(nèi)壓縮工藝，氣體凈化采用法液空低溫甲醇洗/液氮洗工藝，PSA采用四川天一提氫技術(shù)，硫回收采用荷蘭荷豐硫回收技術(shù)。

1 工藝流程

原料煤通過(guò)煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)送到磨煤?jiǎn)卧?jīng)過(guò)碾磨和干燥后制成合格的煤粉，通過(guò)螺旋輸送機(jī)送至粉煤加壓與輸送單元，由鎖斗加壓后通過(guò)4個(gè)煤燒嘴中心管進(jìn)入氣化爐?？辗盅b置提供的純度為99.6%的氧氣，通過(guò)煤燒嘴環(huán)隙送入氣化爐。在氣化爐反應(yīng)室內(nèi)，煤粉與氧氣在高溫高壓下進(jìn)行反應(yīng)，生產(chǎn)粗合成氣。高溫合成氣沿氣化爐反應(yīng)室上行至激冷室處，被水/蒸汽混合激冷到大約700～800℃，再通過(guò)氣體返回室、輸氣彎管和激冷罐冷卻至220℃左右，由合成氣出口管線進(jìn)入文丘里洗滌器。在文丘里洗滌器內(nèi)，合成氣與激冷水充分混合后進(jìn)入濕洗塔洗滌，出濕洗塔的粗合成氣溫度為203℃，經(jīng)氣液分離器、過(guò)濾器除去夾帶的水分和雜質(zhì)，在催化劑作用下進(jìn)行CO部分變換反應(yīng)，制得滿足乙二醇合成所需氫碳比(2∶1)的變換氣。

來(lái)自變換工序的變換氣進(jìn)入低溫甲醇洗吸收塔，所含H2S、CO2等酸性氣體在吸收塔內(nèi)依次被低溫甲醇吸收。脫除的H2S等酸性氣體送至硫回收系統(tǒng)生產(chǎn)硫磺，CO2經(jīng)過(guò)壓縮后送至氣化，作為煤粉輸送氣使用，合格凈化氣經(jīng)過(guò)分子篩，進(jìn)一步脫除甲醇、CO2后送入冷箱。通過(guò)冷箱深冷分離后，富氫氣先經(jīng)過(guò)PSA提純，再送至乙二醇加氫反應(yīng)器中參與加氫反應(yīng)，而純度達(dá)98%以上的CO2則直接送至乙二醇合成反應(yīng)器中參與羰化反應(yīng)。

2 鍋爐、空分裝置開(kāi)車中存在的問(wèn)題及對(duì)策

2.1 鍋爐煤倉(cāng)堵煤頻繁

洛陽(yáng)乙二醇項(xiàng)目鍋爐使用的是本地龍門煤，煤種團(tuán)聚性很強(qiáng)，經(jīng)洗選后含水分也較高，極易造成輸煤系統(tǒng)堵煤，尤其是給煤機(jī)前煤倉(cāng)容易堵煤，無(wú)法下煤，造成鍋爐負(fù)荷波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致鍋爐熄火，從而影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。研究分析問(wèn)題后，在煤倉(cāng)內(nèi)壁上加裝不銹鋼板內(nèi)襯并增加空氣炮，有效緩解了煤倉(cāng)堵煤的問(wèn)題。同時(shí)，加強(qiáng)燃料煤購(gòu)、儲(chǔ)環(huán)節(jié)的把控，嚴(yán)格控制外購(gòu)煤中外水含量(小于12%)，徹底解決了輸煤系統(tǒng)堵煤的問(wèn)題。

2.2 布袋除塵器壓差高

隨著試生產(chǎn)的進(jìn)行，布袋除塵器壓差由初始的0.8kPa逐步上漲至1.3kPa，不得不減小系統(tǒng)風(fēng)量，嚴(yán)重制約了鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行。排查后發(fā)現(xiàn)，糊袋是引起除塵器阻力升高的主要原因。其前序系統(tǒng)脫硫裝置為新增改造項(xiàng)目，采用半干法脫硫技術(shù)，前期運(yùn)行不穩(wěn)定，霧化器霧化效果差，導(dǎo)致煙氣含水較高，部分液態(tài)水直接吸附到布袋表面，導(dǎo)致灰塵在布袋表面板結(jié)，正常的噴吹清灰不易將其清除，造成布袋阻力異常升高。后期通過(guò)改造脫硫裝置霧化噴頭，在保證了霧化效果的同時(shí)，減少了用水量，降低了煙氣濕度。同時(shí)，在系統(tǒng)中加裝了在線濕度檢測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)煔鉂穸龋?dāng)濕度大時(shí)，及時(shí)調(diào)整霧化水投入量，以保護(hù)濾袋，徹底解決了濾袋壓差高的問(wèn)題。

2.3 空分液氮泵汽蝕嚴(yán)重

氣化爐投煤后，空分液氮泵多次出現(xiàn)不打量的現(xiàn)象，停泵重新預(yù)冷后才能恢復(fù)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過(guò)分析DCS趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)主要是由于氣化用高壓氮?dú)饬坎环€(wěn)定導(dǎo)致液氮泵汽蝕所致。液氮泵設(shè)計(jì)打量為5 000Nm3/h，而氣化最低時(shí)才使用700Nm3/h的氣量。導(dǎo)致流量過(guò)小，電機(jī)輸出的大部分功率用于攪拌泵內(nèi)低溫液體，使其溫度升高，以致產(chǎn)生汽化。同時(shí)由于流量小，入口液氮流速就低，相對(duì)吸熱就多，溫升就高，進(jìn)一步加劇了液氮泵汽蝕的發(fā)生。通過(guò)平衡系統(tǒng)高壓氮?dú)獾挠昧?，并且在液氮泵出口管線加設(shè)放空管線，設(shè)置最小流量，未再出現(xiàn)過(guò)此類問(wèn)題。

3 氣化裝置開(kāi)車中存在的問(wèn)題及對(duì)策

3.1 給料倉(cāng)煤粉管線斷裂

氣化在做煤循環(huán)期間，1號(hào)和3號(hào)煤線很不穩(wěn)定。煤粉管線速度和密度大幅度波動(dòng)，檢查發(fā)現(xiàn),粉煤給料倉(cāng)內(nèi)輸煤1號(hào)和3號(hào)管線斷裂，而另外兩條也出現(xiàn)輕微變形。初步分析認(rèn)為，管線斷裂的原因主要是由于管線固定不牢所致，在輸送煤粉的過(guò)程中，由于受煤粉的沖擊而產(chǎn)生頻繁擺動(dòng)，導(dǎo)致金屬疲勞損傷，進(jìn)而斷裂。通過(guò)對(duì)煤粉給料罐內(nèi)部煤線實(shí)施技改，在每根管線上增加了2個(gè)呈90°的支撐筋板，保證了管線的強(qiáng)度，煤線的穩(wěn)定性能得到很大提高，順利完成了煤循環(huán)工作，在氣化爐運(yùn)行期間，煤線也非常穩(wěn)定。

3.2 氣化爐激冷室上部積灰嚴(yán)重

WHG氣化爐高溫合成氣在燃燒室生成后，上行至激冷室，在激冷室由激冷鍋爐給水及部分水蒸氣激冷至≤800℃，經(jīng)輸氣管輸送至激冷罐進(jìn)行冷卻。試車過(guò)程中，高溫合成氣攜帶的飛灰容易致激冷室上部及輸氣管堵塞，影響氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行。通過(guò)改造激冷組合噴頭以及增加保護(hù)吹掃氣，積灰情況得到一定程度的緩解，但未得到徹底解決?？赏ㄟ^(guò)增加激冷水的溫度，提高霧化效果。通過(guò)在該處水冷壁增加振打器、進(jìn)行振打除灰以及改為合成氣激冷等措施，進(jìn)一步改善積灰嚴(yán)重的問(wèn)題。

3.3 粗合成氣帶水帶灰嚴(yán)重

氣化爐試車后，濕洗塔在氮?dú)夤r下一直較平穩(wěn)，但切換為CO2工況后壓差快速上漲，由6kPa逐漸上升到20kPa以上，濕洗塔洗氣效果下降，導(dǎo)致出口合成氣帶水帶灰。打開(kāi)濕洗塔檢查發(fā)現(xiàn)，第3塊塔盤結(jié)垢嚴(yán)重，分析認(rèn)為切換成CO2工況后，系統(tǒng)合成氣中CO2會(huì)快速上升，由于部分CO2溶于水形成碳酸根離子，導(dǎo)致系統(tǒng)灰水中pH值下降。為了保證系統(tǒng)pH值，就在系統(tǒng)(即第3塊塔盤處)補(bǔ)水，添加大量液堿，導(dǎo)致該處pH值局部太高。在堿性環(huán)境下，碳酸根離子與灰水中的鈣、鎂離子極易形成碳酸鈣等沉淀，從而形成垢層。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)加堿位置的調(diào)整，取消在第3塊塔盤處加液堿，僅通過(guò)在文丘里洗滌器處加液堿來(lái)調(diào)節(jié)pH值，并對(duì)文丘里洗滌器進(jìn)行改造，將調(diào)接頭直徑增大了100mm，以提高除灰效率。改造后，濕洗塔出口合成氣帶灰?guī)F(xiàn)象已得到解決。

4 氣體凈化裝置開(kāi)車中存在的問(wèn)題及對(duì)策

4.1 屏蔽泵屏蔽套損壞

試車過(guò)程中，多次發(fā)生低溫甲醇洗屏蔽泵的屏蔽套損壞，原因是試車過(guò)程中系統(tǒng)介質(zhì)太臟，而屏蔽泵是內(nèi)循環(huán)冷卻式，定子和轉(zhuǎn)子都是通過(guò)輸送介質(zhì)來(lái)冷卻的。如果介質(zhì)太臟(含有固體顆粒物)，就會(huì)劃傷屏蔽套。通過(guò)在泵入口增加精密過(guò)濾器以及加大新鮮甲醇補(bǔ)充后，此類問(wèn)題未再出現(xiàn)。

4.2 冷箱換熱器凍堵

試車過(guò)程中，發(fā)生了一起冷箱換熱器凍堵事故，項(xiàng)目冷箱采用的是法液空的技術(shù)，其中原料氣冷卻器設(shè)計(jì)為2個(gè)，分別為E01和E02，試車中換熱器總壓差由正常時(shí)的18kPa上漲到45kPa，接近系統(tǒng)聯(lián)鎖停車值。通過(guò)對(duì)比2個(gè)換熱器的換熱效果，發(fā)現(xiàn)主要是E01換熱效果不好，存在凍堵可能，基本判斷為原料氣CO2超標(biāo)所致。試車過(guò)程中低溫甲醇洗一直不穩(wěn)定，CO2超過(guò)了分子篩吸附能力，形成了穿透。停車后進(jìn)行了復(fù)溫吹掃，消除了凍堵，但是耽誤了3天。后期通過(guò)嚴(yán)格控制低溫甲醇洗出口合成氣CO2含量，保證其小于10mg/m3，未再發(fā)生過(guò)凍堵事故。

4.3 產(chǎn)品氣CO中CH4含量超標(biāo)

試車前期，冷箱出口CO一直不合格，CH4含量超標(biāo)，最高達(dá)1.4%，而設(shè)計(jì)值≤0.1%。分析冷箱入口原料氣后發(fā)現(xiàn)CH4含量高達(dá)4 000mg/m3，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，冷箱本身又未設(shè)計(jì)脫除CH4裝置，只能在前序系統(tǒng)找原因。通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)甲烷在氣化爐出口含量為100mg/m3左右，而經(jīng)過(guò)變換后卻突然大幅上漲，初步判斷是由于合成氣在經(jīng)過(guò)變換裝置時(shí)發(fā)生了較多的甲烷化副反應(yīng)，通過(guò)與催化劑廠家溝通了解到，該變換催化劑前期活性較好，當(dāng)水氣比較低，而CO含量、反應(yīng)壓力和床層溫度較高時(shí)，則容易發(fā)生甲烷化副反應(yīng)，出口甲烷含量偏高。通過(guò)調(diào)整水氣比以及變換爐床層溫度后，甲烷含量就得到了有效控制。

5 結(jié)語(yǔ)

自化工投料試車以來(lái)，洛陽(yáng)乙二醇項(xiàng)目的氣化爐有效氣組分、比煤耗、比氧耗等主要性能指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)值，開(kāi)創(chuàng)了合成氣上行水激冷粉煤氣化工藝之先河，同時(shí)也暴露了不少問(wèn)題，影響了項(xiàng)目的整體運(yùn)行周期。隨著試生產(chǎn)中暴露的問(wèn)題逐步得到解決，整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)行周期以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有望得到大幅提升。