600kt／a甲醇合成系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)

李裕超，楊靜茹，韓云亭

（山東明泉新材料科技有限公司，山東 章丘 250204）

在我國各級(jí)政府提出的工業(yè)企業(yè)“退城進(jìn)園”大背景下，結(jié)合企業(yè)自身的實(shí)際與化工產(chǎn)品市場(chǎng)行情，山東明泉新材料科技有限公司于2014年實(shí)施了潔凈煤氣化項(xiàng)目。由于近年來國內(nèi)大型甲醇合成系統(tǒng)多采用國外技術(shù)，經(jīng)多方考察和論證，其600kt／a甲醇裝置選用了瑞士卡薩利IMC甲醇合成工藝。甲醇裝置于2015年6月開工建設(shè)，2017年7月建成投產(chǎn)，從原始開車至今的生產(chǎn)運(yùn)行情況看，卡薩利甲醇合成系統(tǒng)具有生產(chǎn)能力大、系統(tǒng)阻力小、副產(chǎn)蒸汽多、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。以下結(jié)合系統(tǒng)的配置情況對(duì)公司600kt／a甲醇合成系統(tǒng)的運(yùn)行情況作一總結(jié)。

1 甲醇合成系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 甲醇合成系統(tǒng)工藝流程（圖1）

來自合成氣壓縮機(jī)的合成氣（壓力7.25 MPa），進(jìn)入甲醇合成塔進(jìn)出口換熱器（簡(jiǎn)稱熱交換器或熱交）的殼程，經(jīng)與甲醇合成塔出口氣換熱后溫度升至210℃（甲醇合成塔進(jìn)口氣溫度由進(jìn)出口換熱器進(jìn)料氣旁路閥自動(dòng)控制，此閥也可以用來控制開車和停車階段的入塔氣溫度），合成氣進(jìn)入甲醇合成塔，在催化劑的作用下發(fā)生甲醇合成反應(yīng)（催化劑床層溫度通過汽包壓力進(jìn)行調(diào)控）。出甲醇合成塔的產(chǎn)品氣（壓力6.95MPa、溫度241℃）先進(jìn)入進(jìn)出口換熱器和水冷器冷卻，再進(jìn)入高壓甲醇分離器進(jìn)行氣液分離，分離出來的循環(huán)氣送至合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段進(jìn)口分離器；分離下來的液態(tài)粗甲醇經(jīng)粗甲醇過濾器過濾后進(jìn)入甲醇閃蒸罐，在罐內(nèi)降壓至0.51MPa，溶解在粗甲醇中的大部分氣體被閃蒸出來。閃蒸氣通過弛放氣洗滌塔來的甲醇溶液洗滌后送至界區(qū)燃料氣管網(wǎng)，粗甲醇則經(jīng)液位控制閥送甲醇精餾系統(tǒng)。為保持合成回路工藝氣組分的穩(wěn)定，一部分（高壓甲醇分離器出口）循環(huán)氣經(jīng)弛放氣洗滌塔洗滌后進(jìn)氫回收系統(tǒng)回收氫氣，所用洗滌脫鹽水通過脫鹽水加壓泵送至弛放氣洗滌塔；弛放氣中所含的甲醇經(jīng)弛放氣洗滌塔洗滌后成為甲醇溶液，再進(jìn)入甲醇閃蒸罐閃蒸分離出粗甲醇。氫回收系統(tǒng)分離出的尾氣和來自甲醇閃蒸罐的閃蒸氣一起送界區(qū)燃料氣管網(wǎng)。

圖1 甲醇合成系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

1.2 甲醇合成系統(tǒng)主要設(shè)備（表1）

表1 甲醇合成系統(tǒng)主要設(shè)備一覽表

2 運(yùn)行情況

甲醇合成系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力9.0MPa。據(jù)工藝包提供數(shù)據(jù)，催化劑使用初期系統(tǒng)壓力7.3MPa，甲醇合成塔壓差0.19MPa，系統(tǒng)壓差0.5MPa；系統(tǒng)開車后實(shí)際運(yùn)行壓力約6.6MPa，系統(tǒng)壓差約0.3MPa，甲醇合成塔壓差約0.06MPa，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)基本上均優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

項(xiàng)目建設(shè)前期考察了解到，因卡薩利甲醇合成塔內(nèi)件的特殊性，其甲醇合成塔催化劑床層熱點(diǎn)溫度比其他形式內(nèi)件的要高，已有運(yùn)行差的裝置熱點(diǎn)溫度達(dá)280℃，運(yùn)行好的也在260℃以上。為此，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試階段就對(duì)此進(jìn)行了有針對(duì)性地調(diào)整，如調(diào)整了換熱板間隙、適當(dāng)調(diào)整了催化劑上部熱層的高度、開車前對(duì)汽包內(nèi)部及鍋爐給水管道進(jìn)行徹底清洗，因此系統(tǒng)開車后甲醇合成塔催化劑床層熱點(diǎn)溫度相對(duì)理想；特別是在2018年8月合成氣壓縮機(jī)檢修完成其循環(huán)氣量恢復(fù)正常后，甲醇合成塔熱點(diǎn)溫度基本穩(wěn)定在260℃，甲醇合成系統(tǒng)新鮮氣量超過195000 m3／h（標(biāo)態(tài)），甲醇產(chǎn)量超過2000t／d（即產(chǎn)量達(dá)標(biāo)）；且據(jù)目前運(yùn)行參數(shù)推斷，系統(tǒng)仍有較大的增產(chǎn)空間。甲醇合成塔催化劑床層主要熱點(diǎn)溫度見表2，甲醇合成系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)見表3。

表2 甲醇合成塔催化劑床層主要熱點(diǎn)溫度 ℃

表3 甲醇合成系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)

3 甲醇合成系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)及存在的問題與解決

3.1 甲醇合成系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

（1）卡薩利IMC甲醇合成塔，其內(nèi)件采用等溫板式換熱器，板內(nèi)鍋爐給水強(qiáng)制循環(huán)，內(nèi)件技術(shù)先進(jìn)，換熱效率高，副產(chǎn)2.5MPa飽和蒸汽，噸醇副產(chǎn)蒸汽可達(dá)1.05t；單位體積甲醇合成催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大，轉(zhuǎn)化率高，醇凈值高。

（2）合成回路流程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，催化劑床層溫度容易控制，系統(tǒng)操作方便；獨(dú)立于DCS之外的SIS系統(tǒng)硬件配置高，聯(lián)鎖控制安全、可靠。

（3）甲醇合成塔內(nèi)工藝氣流向以軸向?yàn)橹?，塔阻力較低，設(shè)計(jì)值0.19MPa，實(shí)際值大約在0.1MPa，系統(tǒng)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)。

（4）設(shè)計(jì)甲醇產(chǎn)量在2000t／d時(shí)甲醇合成系統(tǒng)壓力約7.5MPa，目前系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行壓力在6.6MPa以下，系統(tǒng)壓差也明顯優(yōu)于設(shè)計(jì)值，整套系統(tǒng)設(shè)計(jì)余量大，有較大的增產(chǎn)空間。

（5）甲醇分離器內(nèi)件采用美國普爾利斯葉片分離技術(shù)，系統(tǒng)高負(fù)荷時(shí)其分離效果較好（傳統(tǒng)機(jī)械式分離裝置分離效果不理想，系統(tǒng)負(fù)荷越高其分離效果越差，越容易造成氣液夾帶現(xiàn)象），合成氣壓縮機(jī)無帶液現(xiàn)象。

（6）作為保障甲醇合成系統(tǒng)良好運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備——鍋爐給水泵，采用德國KSB公司生產(chǎn)的HPH高壓鍋爐給水泵，有效保證了核心動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 甲醇合成系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題及解決

3.2.1 新鮮氣中CO2含量偏低

系統(tǒng)開車后，由于前工段低溫甲醇洗系統(tǒng)操作運(yùn)行方面存在問題，凈化氣在滿足總硫指標(biāo)的條件下，無法保證凈化氣中的CO2含量指標(biāo)，導(dǎo)致新鮮氣中的CO2含量偏低，在一段時(shí)間內(nèi)CO2含量在1%左右，明顯影響了甲醇合成系統(tǒng)的粗甲醇產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量；后經(jīng)系統(tǒng)改造，新鮮氣中的CO2含量有所提高，但仍未達(dá)到新鮮氣中CO2含量在3%以上的設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致粗甲醇質(zhì)量較差，并伴有少量石蠟烴類物質(zhì)生成，對(duì)甲醇精餾系統(tǒng)的運(yùn)行造成較大影響。針對(duì)此問題，我們?cè)谡紫到y(tǒng)運(yùn)行1a左右進(jìn)行的一次計(jì)劃性檢修中對(duì)甲醇合成系統(tǒng)水冷器和甲醇分離器進(jìn)行了熱洗除蠟，下一步將針對(duì)此問題繼續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化及調(diào)整。

3.2.2 系統(tǒng)循環(huán)量不足

合成氣壓縮機(jī)為1臺(tái)二合一壓縮機(jī)，除了壓縮新鮮氣外，還需壓縮循環(huán)氣，但由于合成氣壓縮機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)上存在缺陷，導(dǎo)致合成氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速較低，且轉(zhuǎn)速較低對(duì)小直徑葉輪影響比較明顯，而合成氣壓縮機(jī)所有葉輪中，循環(huán)段的葉輪直徑最小，因此對(duì)系統(tǒng)循環(huán)量的影響比較明顯，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)開車加負(fù)荷后合成氣壓縮機(jī)軸向位移大、推力瓦溫度過高，系統(tǒng)被迫降負(fù)荷運(yùn)行，合成氣壓縮機(jī)一直維持低負(fù)荷運(yùn)行，系統(tǒng)循環(huán)量也偏低，甲醇合成系統(tǒng)低負(fù)荷工況下催化劑床層溫度偏高。后利用全廠大修的機(jī)會(huì)將合成氣壓縮機(jī)返廠進(jìn)行改造，消除了設(shè)備缺陷，重新投用后，甲醇合成系統(tǒng)循環(huán)量增至正常水平，甲醇合成塔爐溫分布合理、均衡。

3.2.3 熱管道泄漏問題

大型化工裝置熱管道的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，我公司甲醇合成系統(tǒng)工藝氣管路熱管道也經(jīng)過了精心設(shè)計(jì)，甲醇合成塔、熱交及水冷器等主要設(shè)備管口均采用焊接形式，以盡量減少密封泄漏點(diǎn)，避免因溫度、壓力的異常變化引起氣體泄漏。而系統(tǒng)鍋爐水及蒸汽管線考慮化學(xué)清洗及吹掃時(shí)部分管口可拆卸，故設(shè)置的法蘭連接口較多，但由于整個(gè)鍋爐給水及蒸汽系統(tǒng)受管網(wǎng)壓力波動(dòng)影響，其溫度及壓力變化較頻繁，導(dǎo)致系統(tǒng)開車后鍋爐水及蒸汽管線上部分法蘭連接口多次出現(xiàn)泄漏，雖使用帶壓堵漏裝置進(jìn)行了處理，但始終存在一定的安全隱患，且停車后大修時(shí)處理工作量也較大。針對(duì)此問題，我們?cè)谡紫到y(tǒng)運(yùn)行1a左右進(jìn)行的一次計(jì)劃性檢修中對(duì)熱管道漏點(diǎn)進(jìn)行了墊片更換及密封面修復(fù)；目前采取的主要措施是嚴(yán)控工藝指標(biāo)、加強(qiáng)崗位之間的協(xié)調(diào)，盡量使鍋爐給水及蒸汽系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，避免因壓力、溫度波動(dòng)而造成法蘭連接口泄漏。

4 結(jié)束語

山東明泉新材料科技有限公司600kt／a甲醇裝置的生產(chǎn)實(shí)踐表明，整套裝置在運(yùn)行1a左右經(jīng)過計(jì)劃性檢修（消缺）和合成氣壓縮機(jī)返廠改造后，甲醇合成系統(tǒng)循環(huán)量明顯增加，制約系統(tǒng)產(chǎn)能的問題得以消除，系統(tǒng)負(fù)荷明顯提升，其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性逐漸顯現(xiàn)；同時(shí)，經(jīng)過近1a的摸索與調(diào)整，生產(chǎn)管理和技術(shù)水平也逐步得到提高，生產(chǎn)操作中出現(xiàn)的問題逐步得到改善或解決，卡薩利IMC甲醇合成工藝生產(chǎn)能力大、系統(tǒng)阻力小、副產(chǎn)蒸汽多、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)開始顯現(xiàn)出來。面對(duì)當(dāng)前良好的市場(chǎng)形勢(shì)，我們將進(jìn)一步挖掘系統(tǒng)潛力，不斷提高生產(chǎn)管理和技術(shù)水平，以充分發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)及工藝裝置的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益的最大化。