凈化裝置高負(fù)荷時(shí)的瓶頸問題

袁野，陳晨(國(guó)能包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

0 引言

煤化工企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行中，凈化裝置是必不可少的裝置，承擔(dān)著重要的凈化任務(wù)，該裝置是否可以保持高效、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，將會(huì)影響到化工企業(yè)的生產(chǎn)效率和效益。現(xiàn)階段的很多化工企業(yè)中，都越來(lái)越重視凈化裝置的更新與改進(jìn)，以滿足生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的切實(shí)需求。但部分化工企業(yè)的凈化裝置運(yùn)行中，卻在高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下存在著一定的技術(shù)瓶頸，未來(lái)為提高化工企業(yè)的發(fā)展水平，加快現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)，各個(gè)化工企業(yè)都應(yīng)結(jié)合其凈化裝置高負(fù)荷時(shí)的瓶頸問題，來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)革新。

1 基本情況

某公司煤制烯烴項(xiàng)目是世界首套、全球最大的新型煤化工項(xiàng)目，工藝路線為以煤為原料，通過煤氣化生產(chǎn)甲醇、甲醇轉(zhuǎn)化制烯烴、烯烴聚合生產(chǎn)聚乙烯和聚丙烯產(chǎn)品，該項(xiàng)目在2010年正式投產(chǎn)，一次試車順利成功。該項(xiàng)目?jī)艋b置的整體運(yùn)行情況如表1所示。

表1 凈化裝置生產(chǎn)操作指標(biāo)

1.1 變換爐床層溫度

此化工企業(yè)的凈化裝置運(yùn)行過程中，當(dāng)裝置處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變換爐床層溫度是需要關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)性指標(biāo)，根據(jù)這一裝置的具體運(yùn)行情況，變換爐床層熱點(diǎn)溫度在450 ℃以內(nèi)，呈現(xiàn)出變換爐床層上層溫度下降、熱點(diǎn)溫度下移的趨勢(shì)，雖然在裝置運(yùn)行的過程中幾乎沒有出現(xiàn)工藝氣偏流方面的問題，但變換催化劑活性卻存在著一定的下降趨勢(shì)。

1.2 凈化合成氣中總硫含量

根據(jù)此凈化裝置中的凈化合成氣硫含量分析，發(fā)現(xiàn)其凈化合成氣中的總硫含量指標(biāo)在0.1 mg/L以下，在本月的系統(tǒng)運(yùn)行過程中，根據(jù)全部的數(shù)據(jù)調(diào)查和分析，凈化合成氣總硫含量均未超過40 μg/L，都沒有超出正常的標(biāo)準(zhǔn)。出于這一方面運(yùn)行情況的考慮，伴隨著生產(chǎn)系統(tǒng)的作業(yè)實(shí)施，該凈化裝置可持續(xù)對(duì)低溫甲醇洗系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與優(yōu)化，在小范圍內(nèi)對(duì)主洗滌塔上、下塔洗滌甲醇分配值加以調(diào)整，以使得在工藝流程的執(zhí)行中，甲醇洗滌塔下塔能夠維持最佳的脫硫效果，達(dá)到預(yù)期的凈化處理目標(biāo)[1]。凈化裝置的存在還可以使得甲醇熱再生塔保持在穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行條件下，且各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)均符合要求，因?yàn)樵撗b置的使用，可定期對(duì)熱再生塔系統(tǒng)加以排氨，也就減小了貧甲醇氨含量偏高對(duì)甲醇吸收的干擾。

1.3 變換單元出口合成氣中CO含量

變換單元出口合成氣中的CO含量同樣是凈化裝置運(yùn)行和使用時(shí)需關(guān)注的重點(diǎn)性指標(biāo)，根據(jù)該化工企業(yè)凈化裝置的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)此凈化裝置運(yùn)行時(shí)，變換單元出口合成氣CO含量在理想情況下，應(yīng)保持在19%～21.5%之間，但根據(jù)本月裝置運(yùn)行中的這一參數(shù)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其CO含量的平均值在19.25%左右[2]。為滿足裝置穩(wěn)定運(yùn)行的要求，需結(jié)合對(duì)變換催化劑活性的情況，來(lái)進(jìn)行變換入口水汽比、變換爐入口溫度的靈活調(diào)節(jié)。

2 凈化裝置高負(fù)荷時(shí)的瓶頸和解決

該化工企業(yè)中的凈化裝置已經(jīng)投入使用多年，從最初投入較高的夏季，連續(xù)運(yùn)行時(shí)的最高負(fù)荷基本可達(dá)95.2%左右，而在氣溫偏低的冬季，裝置運(yùn)行的最高負(fù)荷可達(dá)103%，在這些運(yùn)行工況下，各個(gè)生產(chǎn)負(fù)荷都按照產(chǎn)出的合成氣來(lái)加以計(jì)算，其中，凈化裝置單系列的設(shè)計(jì)產(chǎn)出合成氣、夏季單系列實(shí)際產(chǎn)出合成氣、冬季單系列實(shí)際產(chǎn)出合成氣分別為273 kNm3/h、260 kNm3/h、280 kNm3/h。當(dāng)裝置在不同季節(jié)的高負(fù)荷運(yùn)行條件下，雖可以滿足企業(yè)中的凈化工作要求，但也同樣存在著一些尚未解決的技術(shù)瓶頸，具體表現(xiàn)在以下方面：

2.1 變換爐易超溫

就當(dāng)下這類化工企業(yè)凈化裝置的運(yùn)行情況來(lái)看，針對(duì)低水汽比下變換爐的調(diào)節(jié)方式十分有限，這就使得在凈化裝置的運(yùn)行過程中，當(dāng)遇到了低水汽比運(yùn)行工況，需立即進(jìn)行變換爐的調(diào)節(jié)時(shí)，可采用的調(diào)節(jié)方式非常有限，一些調(diào)節(jié)方式有時(shí)很難與企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)要求相一致。出于這方面因素的考慮，當(dāng)進(jìn)變換單元水煤氣的水汽比相對(duì)小的情況下，兩系列變換爐超溫的情況很難避免。當(dāng)凈化裝置的運(yùn)行負(fù)荷保持在95.2%的高負(fù)荷工況時(shí)，一旦進(jìn)變換單元的水煤氣溫度在230 ℃，也就是水汽比為0.93時(shí)，變換單元在這種情況下不存在任何的調(diào)節(jié)手段，正是因?yàn)殡y以根據(jù)穩(wěn)定運(yùn)行的需求來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)，使得變換爐中多點(diǎn)的溫度都超出了正常限值，引起了系統(tǒng)異常[3]。當(dāng)變換爐超溫情況在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒有得到有效的處理時(shí)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致變換催化劑難以保持在穩(wěn)定的條件下運(yùn)行。因此，針對(duì)凈化裝置高負(fù)荷運(yùn)行中變換爐超溫方面的瓶頸問題，可采取以下的處理措施：(1)在中壓鍋爐給水加熱器I的鍋爐上水線上進(jìn)行旁路的設(shè)置，經(jīng)由這一方式，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱量的科學(xué)調(diào)整，進(jìn)而適當(dāng)提高出中壓鍋爐給水加熱器的水煤氣溫度，使得變換爐水汽比得以提升。(2)氣化裝置要有效對(duì)進(jìn)變換水煤氣溫度加以控制，最好將這一溫度參數(shù)保持在233 ℃以上。(3)在中溫?fù)Q熱器的管程水煤氣入口管線上增加調(diào)整水汽比設(shè)施，增加調(diào)整水汽比的手段，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行期間，有效控制變換爐床層溫度的目的。(4)將變換爐的內(nèi)件改造升級(jí)，使得變換爐內(nèi)催化劑的裝填量增大，從而提升變換爐的處理能力。

2.2 汽提系統(tǒng)操作彈性偏小

汽提系統(tǒng)操作彈性偏小同樣是凈化裝置高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下所面臨的一大技術(shù)瓶頸，主要是因?yàn)樵谠撗b置的汽提系統(tǒng)中，塔板為篩板塔，也就使得其操作彈性非常小，一旦在裝置運(yùn)行的過程中，處于高負(fù)荷運(yùn)行條件下時(shí)，將無(wú)法保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，常常會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行異常，比如當(dāng)處于103%的高負(fù)荷運(yùn)行工況下，塔頂不凝氣中的帶水量在這一條件下顯著增多，與此同時(shí)，塔底冷凝的氨氮量也明顯增大，再加上汽提系統(tǒng)本身對(duì)波動(dòng)的抵御能力不足，帶液現(xiàn)象的出現(xiàn)十分頻繁，裝置的整體運(yùn)行狀態(tài)不佳[4]。針對(duì)這一技術(shù)瓶頸，可采取以下的處理方式：(1)進(jìn)行汽提塔塔盤類型的更換，以通過這種方式來(lái)適當(dāng)增大操作彈性。(2)增加不凝氣的除水分離效果，安裝先進(jìn)的分離裝置。

2.3 變換鍋爐給水泵的超負(fù)荷運(yùn)行

當(dāng)此化工企業(yè)中的凈化裝置在高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，變換鍋爐給水泵也常常會(huì)處于超負(fù)荷運(yùn)行工況下，超負(fù)荷運(yùn)行可能會(huì)引發(fā)零部件的損壞或者異常。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況分析，當(dāng)凈化裝置處于103%的高負(fù)荷運(yùn)行工況下，變換鍋爐的給水量達(dá)到了450 m3/h，此給水量基本符合設(shè)計(jì)流量(456 m3/h)的要求，另一變換鍋爐給水流量為210 m3/h，設(shè)計(jì)流量為223 m3/h，這兩臺(tái)鍋爐給水泵的給水流量基本與設(shè)計(jì)流量相符合，一旦在裝置運(yùn)行的過程中系統(tǒng)負(fù)荷持續(xù)增大，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致鍋爐給水泵的氣蝕情況，超負(fù)荷運(yùn)行對(duì)企業(yè)的正常生產(chǎn)造成了極為不利的影響。針對(duì)這一瓶頸，可在鍋爐給水泵中再增設(shè)一臺(tái)備用泵，以滿足超負(fù)荷運(yùn)行的條件。

2.4 丙烯壓縮機(jī)出口水冷器換熱量偏小

此化工企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜，凈化裝置僅僅是系統(tǒng)中的一個(gè)部分，在該凈化裝置的運(yùn)行過程中，丙烯壓縮機(jī)出口水冷器換熱量偏小也是其面臨的一大瓶頸，如果在生產(chǎn)的過程中無(wú)法及時(shí)處理這一問題，長(zhǎng)此以往也會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成極為不利的影響。就當(dāng)下該凈化裝置的高負(fù)荷運(yùn)行情況來(lái)分析，當(dāng)其處于103%的高負(fù)荷運(yùn)行工況下，因?yàn)榈蜏丶状枷垂に囅聦?duì)于冷量的需求較大，這就使得在裝置運(yùn)行的過程中，一旦循環(huán)水的上水溫度保持在了27 ℃左右，此時(shí)的丙烯壓縮機(jī)出口壓力在持續(xù)升高的過程中達(dá)到了1.75 MPa，而設(shè)計(jì)的壓力值為1.73 MPa，這種情況下，丙烯壓縮機(jī)能夠給低溫甲醇洗提供的冷量十分有限，基本上難以達(dá)到低溫甲醇洗高負(fù)荷運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)這一裝置瓶頸，在未來(lái)可從以下方面來(lái)加以改進(jìn)和優(yōu)化：(1)在丙烯壓縮機(jī)三段出口管線上增設(shè)一個(gè)水冷器，使得在該水冷器投入使用以后，能夠有效降低一段防喘振閥回一段分離罐氣態(tài)丙烯、進(jìn)丙烯水冷器氣態(tài)丙烯的溫度，經(jīng)由對(duì)這些溫度參數(shù)的科學(xué)調(diào)節(jié)，也就使得丙烯壓縮機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷可適當(dāng)降低，保持相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。(2)經(jīng)由這一部位的水冷器配置，使得丙烯壓縮機(jī)處于開車條件下，丙烯壓縮機(jī)三段出口的氣態(tài)丙烯溫度可以得到科學(xué)的控制和調(diào)節(jié)，經(jīng)由這一溫度參數(shù)的有效控制，隨后經(jīng)由處理后的氣態(tài)丙烯也就可以再通過各段防喘振閥返回，通過這種工藝流程的調(diào)整，丙烯壓縮機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性顯著提高，也就有效幫助化工企業(yè)應(yīng)對(duì)了丙烯壓縮機(jī)開車狀態(tài)下丙烯的過度浪費(fèi)、超溫等情況。

3 結(jié)語(yǔ)

凈化裝置作為很多企業(yè)中的關(guān)鍵裝置，其在運(yùn)行的過程中還存在著一些瓶頸，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)作業(yè)，為提升凈化裝置的運(yùn)行效率和效益，提高企業(yè)的發(fā)展水平，各個(gè)企業(yè)都要從自身的凈化裝置高負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)狀出發(fā)，針對(duì)其運(yùn)行瓶頸來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的工藝優(yōu)化和改進(jìn)。