煤制乙二醇裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行分析與總結(jié)

陳 帥

（河南能源化工集團(tuán)安陽(yáng)永金化工有限公司，河南 安陽(yáng) 455133）

0 引 言

近年來(lái)，煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，而隨著各技術(shù)流派煤制乙二醇裝置陸續(xù)開(kāi)車投運(yùn)及逐步實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)，如何實(shí)現(xiàn)煤制乙二醇裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行成為業(yè)內(nèi)亟需攻關(guān)的重要課題?，F(xiàn)實(shí)地說(shuō)，煤制乙二醇裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行意味著穩(wěn)定的客戶和良好的效益，因此，對(duì)企業(yè)而言，從技術(shù)和管理方面分析、制定有關(guān)的操作措施和管理措施并予以落實(shí)，是確保煤制乙二醇裝置長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行的重要舉措。以下對(duì)安陽(yáng)永金化工有限公司（簡(jiǎn)稱安陽(yáng)永金）200kt／a煤制乙二醇裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)作一總結(jié)，以期為業(yè)內(nèi)提供一些參考，共同促進(jìn)煤制乙二醇行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。

1 安陽(yáng)永金煤制乙二醇裝置運(yùn)行概況

安陽(yáng)永金200kt／a煤制乙二醇裝置之公用工程依托安化集團(tuán)現(xiàn)有資源，采用的原料氣也由安化集團(tuán)提供（安化集團(tuán)造氣系統(tǒng)以無(wú)煙塊煤為原料，采用固定床造氣爐生產(chǎn)水煤氣及半水煤氣），上游系統(tǒng)主要工藝流程為：多臺(tái)固定床造氣爐生產(chǎn)的粗煤氣經(jīng)常壓脫硫、變換、變脫及氣體分離等工序，制得達(dá)到乙二醇生產(chǎn)要求的原料氣CO及H2，再送往下游乙二醇裝置。

安陽(yáng)永金乙二醇裝置于2012年12月開(kāi)車投運(yùn)，經(jīng)過(guò)幾年來(lái)持續(xù)的技術(shù)改造和優(yōu)化運(yùn)行，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率和負(fù)荷率不斷提升，生產(chǎn)運(yùn)行水平不斷躍上新的臺(tái)階。2018年3月，煤制乙二醇裝置產(chǎn)量突破618t／d，產(chǎn)品優(yōu)等品率持續(xù)保持在100%，噸乙二醇產(chǎn)品的蒸汽消耗降至5.4t、電耗降至240kW·h以內(nèi)，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)處于我國(guó)大型煤制乙二醇裝置的先進(jìn)水平。在運(yùn)草酸酯羰基化合成催化劑高負(fù)荷運(yùn)行870d，折合生產(chǎn)乙二醇460kt；在運(yùn)加氫催化劑高負(fù)荷運(yùn)行440d，累計(jì)生產(chǎn)乙二醇230kt。2017年安陽(yáng)永金煤制乙二醇裝置運(yùn)行天數(shù)為343d，裝置年運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)94%，年產(chǎn)乙二醇181.8kt，基本上實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的技術(shù)分析及操作措施

2.1 羰化合成系統(tǒng)

草酸酯羰基化合成（簡(jiǎn)稱羰化合成）是煤制乙二醇裝置的核心工序，直接影響裝置的長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并影響后工序產(chǎn)品的質(zhì)量。不同專利商對(duì)羰化合成催化劑使用壽命有不同的承諾，一般均承諾其使用壽命大于2a，但在實(shí)際使用過(guò)程中因催化劑本身質(zhì)量、工藝技術(shù)成熟度不一和操作運(yùn)行穩(wěn)定程度不同，有的羰化合成催化劑使用短短幾個(gè)月就需更換。因此，延長(zhǎng)羰化合成催化劑的使用壽命不僅關(guān)系著乙二醇產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，而且關(guān)系著裝置的長(zhǎng)周期、高負(fù)荷運(yùn)行。

首先，合成循環(huán)氣中的有害組分對(duì)羰化合成催化劑使用壽命的影響很大，生產(chǎn)中必須嚴(yán)控羰化反應(yīng)器入口氣體的有害組分含量，特別是硝酸／水的含量，各專利技術(shù)的具體指標(biāo)和控制要點(diǎn)可能會(huì)有所不同；其次，在羰化合成催化劑活性良好的狀態(tài)下，生產(chǎn)中還須盡可能降低羰化合成反應(yīng)器入口亞硝酸甲酯（MN）的含量，防止MN含量過(guò)高或負(fù)荷波動(dòng)狀態(tài)下羰化反應(yīng)器的飛溫現(xiàn)象；再者，要確保羰化反應(yīng)器的熱量有效、順暢移出，避免因熱點(diǎn)溫度過(guò)高而造成催化劑失活，影響催化劑的使用壽命。

2.2 酯化再生系統(tǒng)

在氣相偶聯(lián)合成草酸酯的工藝中，MN再生是極其重要的，其與偶聯(lián)反應(yīng)的有效匹配是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)綠色生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是影響煤制乙二醇裝置長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵一步。酯化再生工序的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，且存在“飛溫”隱患，因此生產(chǎn)中首先必須嚴(yán)格控制酯化塔的溫度。當(dāng)然，不同專利技術(shù)其酯化再生系統(tǒng)有不同的配置，但核心要點(diǎn)至少有兩個(gè)：一是要強(qiáng)化移熱，以免酯化再生時(shí)發(fā)生“飛溫”；二是要防止生成過(guò)多的副產(chǎn)物——硝酸，以免加大后工序的處理難度。

對(duì)并流塔型來(lái)講，酯化再生塔溫度一般控制在60～65℃為宜，塔溫過(guò)高易造成超溫聯(lián)鎖停車或“飛溫”事故，過(guò)低則副產(chǎn)物硝酸生成量增大?？刂契セ偕匾攸c(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)因素：一是酯化塔加氧量要穩(wěn)，提升負(fù)荷要堅(jiān)持“穩(wěn)提慢加”的原則；二是確保酯化再生塔甲醇液體和氧氣的均勻分布；三是確保酯化再生塔有足夠的、穩(wěn)定的循環(huán)甲醇量，以滿足系統(tǒng)反應(yīng)及移熱需求；四是要保持甲醇液體溫度和組分的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

酯化再生過(guò)程中，伴隨著生成硝酸的副反應(yīng)，會(huì)造成氮元素?fù)p失，因此，氮元素的及時(shí)補(bǔ)充是煤制乙二醇裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的必要條件。氮元素補(bǔ)充，可以通過(guò)硝酸還原裝置將副產(chǎn)物硝酸還原，并與甲醇反應(yīng)生成MN，實(shí)現(xiàn)硝酸的轉(zhuǎn)化利用，一方面可以節(jié)約成本，另一方面可以提高裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，如果沒(méi)有硝酸還原裝置，現(xiàn)有的MN補(bǔ)入裝置是無(wú)法適應(yīng)煤制乙二醇裝置高負(fù)荷、長(zhǎng)周期運(yùn)行的。

至于硝酸還原裝置，目前主要有催化型和非催化型2種，各有利弊，不是本文討論的重點(diǎn)，在此不作詳細(xì)介紹了。

2.3 草酸酯加氫系統(tǒng)

草酸酯加氫系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要影響因素是各專利技術(shù)的加氫催化劑使用壽命的長(zhǎng)短。通常草酸酯加氫催化劑采用SiO2為載體的銅基催化劑，目前其使用壽命一般在0.5～1.5a。

現(xiàn)階段而言草酸酯加氫催化劑存在的主要問(wèn)題有兩大類：一類是反應(yīng)床層結(jié)焦、催化劑粉化導(dǎo)致的加氫反應(yīng)器阻力升高、負(fù)荷受限的問(wèn)題；另一類是催化劑使用末期副產(chǎn)物增多、產(chǎn)品質(zhì)量下降的問(wèn)題。所以，如何延長(zhǎng)加氫催化劑的使用壽命對(duì)煤制乙二醇裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行至關(guān)重要。

安陽(yáng)永金通過(guò)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，如今已將加氫催化劑的使用壽命延長(zhǎng)至了1.5a以上，預(yù)計(jì)目前正在使用的加氫催化劑其全壽命周期優(yōu)等品乙二醇總產(chǎn)量可達(dá)300kt左右。安陽(yáng)永金加氫系統(tǒng)主要操作經(jīng)驗(yàn)如下。

一是保持加氫系統(tǒng)良好的工藝條件。經(jīng)驗(yàn)表明，千方百計(jì)降低加氫系統(tǒng)阻力、提高氫氣循環(huán)量，即保持加氫反應(yīng)較高的氫酯比可以有效緩解加氫催化劑床層結(jié)焦現(xiàn)象；開(kāi)好草酸酯精餾系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)加氫系統(tǒng)的潔凈化進(jìn)料，為加氫反應(yīng)創(chuàng)造良好的條件；加氫系統(tǒng)進(jìn)料中配入適當(dāng)比例的甲醇，有利于加氫催化劑內(nèi)孔的清潔。

二是確保進(jìn)入加氫反應(yīng)器的草酸二甲酯能夠完全汽化。經(jīng)驗(yàn)表明，草酸二甲酯汽化效果不好會(huì)導(dǎo)致液體草酸酯進(jìn)入催化劑床層或者局部草酸二甲酯濃度過(guò)高，從而使加氫反應(yīng)不完全，進(jìn)而造成乙醇酸甲酯在加氫催化劑表面累積而結(jié)焦。

三是要盡可能保證裝置運(yùn)行平穩(wěn)。開(kāi)停車過(guò)程中要盡量避免床層溫度和壓力的大幅度、頻繁調(diào)整，避免過(guò)度的熱應(yīng)力造成催化劑顆粒破碎和粉化。

四是嚴(yán)格規(guī)范加氫催化劑使用后期的操作。加氫催化劑使用1a后應(yīng)按既定的“特護(hù)措施”操作。

3 裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的管理措施

3.1 夯實(shí)安全基礎(chǔ)，確保本質(zhì)安全

堅(jiān)持組織召開(kāi)煤制乙二醇裝置的“周評(píng)估評(píng)價(jià)會(huì)議”，從工藝、設(shè)備、電儀、分析檢測(cè)、安全／環(huán)保、催化劑、大機(jī)組、人員狀態(tài)等方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全方位評(píng)估，并把安全檢查、工藝檢查、巡回檢查、隱患排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題合并進(jìn)來(lái)，綜合編制成整個(gè)煤制乙二醇裝置的安全狀況評(píng)價(jià)文件，指導(dǎo)下一步的科學(xué)運(yùn)行，使裝置運(yùn)行保持安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)的良好狀態(tài)。

3.2 嚴(yán)控工藝指標(biāo)，強(qiáng)化工藝管理

生產(chǎn)中堅(jiān)持不懈地強(qiáng)化工藝管理和考核，嚴(yán)控工藝指標(biāo)，并對(duì)工藝指標(biāo)堅(jiān)持做到“日統(tǒng)計(jì)和日分析”，以便從細(xì)微之中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的苗頭并及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)或處理，這不僅是對(duì)管理人員管理經(jīng)驗(yàn)的歷練和嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的錘煉，也是企業(yè)技術(shù)人員管理能力躍升的一種方式，是裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的制度保證。

3.3 抓備機(jī)和無(wú)泄漏管理，強(qiáng)化設(shè)備管理

動(dòng)、靜設(shè)備狀態(tài)良好是化工裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的基礎(chǔ)，只有精心維護(hù)、包機(jī)到人，樹(shù)立“備機(jī)不備就是事故”的管理理念，才能為裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行提供可靠保障。因此，我們把24h抓備機(jī)作為常態(tài)化管理內(nèi)容之一，堅(jiān)持不懈地抓備機(jī)和無(wú)泄漏管理。

3.4 重視催化劑管理，切實(shí)做好保護(hù)工作

堅(jiān)持不懈地抓好催化劑的全過(guò)程管理，針對(duì)催化劑的合同簽訂、裝填方案、升溫還原、輕負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、正常運(yùn)行、停車保護(hù)等過(guò)程，制定出一整套的管理制度，確保催化劑全壽命周期的正確、科學(xué)使用。

3.5 科學(xué)謀劃系統(tǒng)大修，確保裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行

煤制乙二醇裝置能否實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行，除了日常的平穩(wěn)操作外，還要做好裝置大修的科學(xué)謀劃。系統(tǒng)大修不僅要做好機(jī)電儀和工藝設(shè)備要素的集成分析，而且要謀劃好整個(gè)系統(tǒng)大修周期的匹配和要素集成，堅(jiān)持“系統(tǒng)大修修系統(tǒng)”的思路，透過(guò)“運(yùn)行缺陷”科學(xué)制定技術(shù)改造和系統(tǒng)大修項(xiàng)目；檢修技改過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行檢修規(guī)程，把好檢修質(zhì)量關(guān)，不斷提升作業(yè)質(zhì)量，從而為裝置的長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

4 上游煤氣化系統(tǒng)配置（長(zhǎng)周期運(yùn)行）的思考

煤制乙二醇是我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的新興技術(shù)，近幾年來(lái)在裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但從全系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行的觀點(diǎn)來(lái)看，煤制乙二醇裝置上游系統(tǒng)的可靠運(yùn)行也非常關(guān)鍵，其對(duì)煤制乙二醇裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行產(chǎn)生影響的因素更多。一般來(lái)講，上游系統(tǒng)——煤氣化工序是整個(gè)煤化工裝置安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行的重中之重，這一點(diǎn)對(duì)于剛剛涉足煤化工產(chǎn)業(yè)的業(yè)主來(lái)講就更加值得重視。

由于本文的重點(diǎn)是闡述和總結(jié)煤制乙二醇裝置本身的長(zhǎng)周期運(yùn)行，因而對(duì)會(huì)對(duì)其長(zhǎng)周期運(yùn)行產(chǎn)生影響的上游系統(tǒng)——煤氣化工序，筆者僅就煤氣化系統(tǒng)的配置方案和爐型選擇提如下2個(gè)觀點(diǎn)，供大家參考。

4.1 第一個(gè)觀點(diǎn)：煤氣化系統(tǒng)要設(shè)置備爐，這是現(xiàn)代煤化工裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的根本保證

水煤漿氣化技術(shù)流派本來(lái)就有設(shè)置備爐的傳統(tǒng)，煤氣化系統(tǒng)設(shè)置備爐是煤化工裝置整體上實(shí)現(xiàn)“三年兩大修”、“兩年一大修”或更長(zhǎng)運(yùn)行周期的必要條件。干粉煤氣化各技術(shù)流派應(yīng)該向水煤漿氣化技術(shù)流派學(xué)習(xí)，筆者認(rèn)為這不是“技術(shù)倒退”，而是實(shí)事求是，干粉煤氣化各技術(shù)流派應(yīng)努力優(yōu)化技術(shù)、降低投資，為設(shè)置備爐在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，關(guān)于備爐的問(wèn)題，既可以“熱備”也可以“冷備”。所謂“熱備”，就是正常運(yùn)行時(shí)多臺(tái)氣化爐全部投運(yùn)，一旦某臺(tái)在運(yùn)氣化爐出現(xiàn)故障需停下來(lái)檢修，就將其他在運(yùn)氣化爐的負(fù)荷提上去，以保證整套裝置的高負(fù)荷、連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)然這就要求單臺(tái)氣化爐在設(shè)計(jì)階段就要留有一定的產(chǎn)能余量。所謂“冷備”，就是始終有1臺(tái)氣化爐處于備用狀態(tài)，一旦某臺(tái)在運(yùn)氣化爐出現(xiàn)狀況需要停運(yùn)，就提前開(kāi)啟備用爐，以保證整套裝置的高負(fù)荷、連續(xù)運(yùn)行。

4.2 第二個(gè)觀點(diǎn)：煤氣化沒(méi)有“萬(wàn)能爐”，務(wù)必使原料煤與氣化爐爐型相匹配

在大宗化工產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩、競(jìng)爭(zhēng)加劇的背景下，原料煤與氣化爐爐型匹配的問(wèn)題事關(guān)煤化工企業(yè)的生死存亡。

關(guān)于原料煤與氣化爐爐型匹配的問(wèn)題，現(xiàn)代氣流床氣化爐均采用液態(tài)排渣方式，因氣化爐襯里材質(zhì)、結(jié)構(gòu)差異，對(duì)原料煤的適應(yīng)性就有了區(qū)別。水冷壁氣化爐，采用“以渣抗渣”的設(shè)計(jì)理念以保護(hù)水冷壁襯里，可選用灰熔點(diǎn)較高的原料煤（灰熔點(diǎn)可以高于1350℃）；而傳統(tǒng)水煤漿氣化爐，因氣化爐襯里采用高鋁耐火磚砌筑，一般要求原料煤的灰熔點(diǎn)在1350℃以下。

關(guān)于煤氣化技術(shù)方案的選擇問(wèn)題，我國(guó)不少煤化工企業(yè)（包括央企、國(guó)企和民企）在這方面是吃了大虧的，應(yīng)當(dāng)汲取教訓(xùn)，回歸科學(xué)態(tài)度，避免拍腦袋、瞎決策。業(yè)主在煤化工項(xiàng)目上馬之前必須真正落實(shí)原料煤的來(lái)源，委托專業(yè)的、獨(dú)立的第三方對(duì)原料煤的性質(zhì)進(jìn)行深入地研究，逐一比較各種氣流床煤氣化技術(shù)與原料煤的匹配性，在此基礎(chǔ)上形成客觀、科學(xué)的氣化爐選型專題咨詢報(bào)告，真正做到根據(jù)原料煤的屬性來(lái)選擇氣化爐的爐型。世界上沒(méi)有通吃各種原料煤的“神仙爐”和“萬(wàn)能爐”，應(yīng)該杜絕“坐在煤礦口去買原料煤”、“舍近求遠(yuǎn)去買原料煤”、“勞神費(fèi)力購(gòu)置原料配煤”等不科學(xué)、不經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

煤化工裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行是企業(yè)效益的基礎(chǔ)，煤制乙二醇技術(shù)在我國(guó)還處于逐步摸索和發(fā)展的階段，其長(zhǎng)周期運(yùn)行課題攻關(guān)還需業(yè)內(nèi)各技術(shù)流派進(jìn)一步地探索和融合。希望上述關(guān)于安陽(yáng)永金煤制乙二醇裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的分析與總結(jié)等，可為業(yè)內(nèi)提供一些參考，也相信通過(guò)大家的共同努力，未來(lái)幾年內(nèi)煤制乙二醇裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行必將成為常態(tài)。