JM DAVY甲醇裝置滿負荷在線低溫除蠟探索

劉長偉

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

目前，我國主要以煤為原料生產甲醇，再進行深加工。甲醇合成工藝由于受到工藝、氣體組分、催化劑、操作條件、管道雜質等因素的影響，在合成過程中極易產生石蠟，造成換熱器堵塞、換熱效率下降，繼而導致甲醇分離器分離不徹底、系統(tǒng)能耗增加、壓縮機損壞等，使裝置運行效率下降，直接影響全廠的穩(wěn)定運行及經濟效益。傳統(tǒng)的除蠟方法可能會損壞循環(huán)氣壓縮機且需要降低生產負荷，因此急需開發(fā)出一種新型的不影響生產負荷的高效除蠟方法。

中煤陜西榆林能源化工有限公司（簡稱榆林公司）180萬t/a甲醇合成裝置引進英國JM DAVY甲醇合成技術，該技術具有催化劑裝填量大、反應器壓降小等優(yōu)點，但裝置運行一段時間后，發(fā)現甲醇分離器進口溫度上升，空冷器、水冷器換熱效率大幅下降，其中甲醇水冷器出口溫度漲至48℃，進出口溫差只有10℃，并且結蠟嚴重，榆林公司在傳統(tǒng)除蠟法的基礎上探索了甲醇裝置滿負荷在線低溫除蠟法，可為同行業(yè)甲醇裝置在線除蠟提供借鑒。

1 甲醇合成工藝流程

榆林公司甲醇合成工藝流程示意圖見圖1。

圖1 甲醇合成工藝流程示意圖

甲醇合成回路由兩臺串、并聯(lián)耦合式蒸汽上升甲醇合成反應器（SRC）組成。經精脫硫后的合成氣分為兩股，其中大部分合成氣與2#甲醇合成反應器反應后經2#甲醇分離器分離的循環(huán)氣混合，經過合成回路1#中間換熱器加熱后，進入1#甲醇合成反應器，在銅基催化劑的作用下進行甲醇合成反應，該反應放熱，在216℃、7.63 MPa（G）條件下進行。1#甲醇合成反應器出口氣體溫度264℃、壓力7.56 MPa（G），經過合成回路1#中間換熱器與入口氣換熱后，依次進入1#甲醇空冷器和1#甲醇水冷器，待冷卻至45℃后，進入1#甲醇分離器進行氣液分離。1#甲醇分離器氣相出口壓力7.25 MPa（G），與另一股脫硫后的合成氣混合，進入循環(huán)氣壓縮機，加壓至約8.14 MPa（G）。經過循環(huán)氣壓縮機加壓的氣體，去往合成回路2#中間換熱器加熱，然后進入2#甲醇合成反應器，在銅基催化劑的作用下進行甲醇合成反應。2#甲醇合成反應器出口氣體溫度261℃、壓力8.0 MPa（G），經過合成回路2#中間換熱器與入口氣換熱后，依次進入2#甲醇空冷器和2#甲醇水冷器，冷卻至45℃后，進入2#甲醇分離器進行氣液分離。

2 甲醇水冷器結蠟原因分析

2.1 甲醇合成裝置中有鐵元素殘留

由于合成裝置是原始開車，且整個合成回路的管徑均在DN900以上，雖然對整個回路進行了化學清洗，但難免有一些鐵銹、焊渣殘留，開工后鐵銹、焊渣被帶入催化劑床層生成羰基鐵等，導致系統(tǒng)結蠟等副反應加劇[1]。

2.2 催化劑床層溫度分布不均勻

DAVY的工藝形式決定了催化劑床層溫度分布不均勻，床層頂部及底部溫度較高[2]，中間溫度較低，床層溫差最大可達到70℃，局部催化劑溫度在220℃左右，局部高溫點達到了290℃，使得副反應加劇，生成了高級脂肪烴類石蠟[3-4]。

3 除蠟措施

3.1 傳統(tǒng)除蠟方法

甲醇合成裝置負荷長期保持在110%。除蠟前（系統(tǒng)負荷100%）的運行參數：1#甲醇水冷器進口溫度62℃、出口溫度48℃，進出口溫差為14℃。傳統(tǒng)的除蠟方法是將合成系統(tǒng)負荷由100%降至70%左右（38萬m3/h新鮮氣量），逐漸關小1#甲醇水冷器的循環(huán)水回水手閥，將其出口溫度由48℃提高至85℃，并維持30 min左右，利用85℃的工藝氣將石蠟熔化，熔化后的石蠟隨甲醇排至后續(xù)系統(tǒng)[5]。利用該方法除蠟后，系統(tǒng)運行負荷在70%，1#甲醇水冷器進口溫度為70℃、出口溫度為42℃，進出口溫差由14℃上漲至28℃，除蠟效果較好。但這種除蠟方法存在明顯弊端：一是除蠟溫度太高，可能會損壞循環(huán)氣壓縮機。除蠟過程中，循環(huán)氣壓縮機入口積液包處需排放液體，防止由于分離器入口溫度高（85℃）將甲醇帶入壓縮機，從而損壞葉輪，通過監(jiān)控循環(huán)氣壓縮機的各項指標，發(fā)現循環(huán)氣壓縮機的軸向位移由正常的0.29 mm增大至0.47 mm，振幅也由正常的5μm～9μm增大至16μm～20μm。二是系統(tǒng)負荷受影響。若在負荷過高時進行除蠟操作，可能會出現壓縮機嚴重超負荷和2#甲醇分離器無法分離的情況，因此必須將系統(tǒng)負荷降到70%。

對石蠟樣品進行分析，發(fā)現石蠟的熔點在40℃～75℃。但將1#甲醇水冷器出口溫度提高至75℃時，發(fā)現除蠟效果不佳，當系統(tǒng)負荷由100%提至110%時，1#甲醇水冷器的溫差立刻由28℃降至25℃。通過仔細觀察、記錄溫度變化，發(fā)現傳統(tǒng)除蠟存在一個誤區(qū)：當除蠟溫度在75℃時，溫度較高區(qū)域的石蠟已經熔化被帶走，溫度較低（40℃～50℃）區(qū)域的石蠟沒有熔化，仍然附著在換熱管的外壁上，造成除蠟效果不明顯，這是因為除蠟時循環(huán)水沒有完全關閉，換熱管中仍然有循環(huán)水流動，換熱管壁的溫度很低（30℃～40℃），導致附著在管壁上的這部分石蠟沒有熔化，同時一直影響換熱器的換熱效果，換熱管內壁結蠟示意圖見圖2。

圖2 換熱管內壁結蠟示意圖

3.2 低溫除蠟方法

采用低溫除蠟試驗對上述理論進行驗證。低溫除蠟前的準備工作：（1）將系統(tǒng)負荷由110%降至100%左右，控制1#甲醇空冷器出口溫度不超過60℃；（2）循環(huán)段壓縮機入口積液包處每20 min進行一次排液；（3）記錄除蠟前后的數據，便于分析對比。除蠟前（系統(tǒng)負荷100%）1#甲醇水冷器進口溫度63℃、出口溫度47℃，進出口溫差為16℃。

低溫除蠟步驟：（1）完全關閉1#甲醇水冷器的循環(huán)水回水閥門，采用手持測溫槍檢測1#甲醇水冷器殼層循環(huán)水溫度；（2）適當改變兩個甲醇合成反應器的分配氣量，稍微加大去1#甲醇合成反應器的氣量，保證2#甲醇分離器底部的角閥能夠全部排放甲醇液體；（3）當1#甲醇水冷器整個殼層的溫度均在50℃以上時，可以認為本次除蠟已經結束，逐步打開1#甲醇水冷器的回水手閥。除蠟后（系統(tǒng)負荷100%），1#甲醇水冷器進口溫度為76℃，出口溫度為41℃，進出口溫差由20℃增加到35℃，除蠟效果良好，兩種方法除蠟后的數據對比見表1。

表1 兩種方法除蠟后的數據對比

整個低溫除蠟期間壓縮機的各項運行參數變化不大，對系統(tǒng)影響較小，具體運行參數見表2。

表2 除蠟前后壓縮機運行參數對比

由表1、表2可以看出，低溫除蠟法的除蠟效果要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)除蠟法，具體表現為：（1）除蠟效果好，使用傳統(tǒng)除蠟法對1#甲醇水冷器進行除蠟，約25 d后就需要再次除蠟，使用低溫除蠟法對1#甲醇水冷器進行除蠟，裝置可運行47 d，降低了除蠟頻次，且1#甲醇水冷器進出口溫差還有25℃；（2）不需要刻意降低系統(tǒng)運行負荷，在正常運行的100%負荷就可以進行除蠟操作，比傳統(tǒng)除蠟法的操作性強且不影響裝置產量；（3）對設備的影響小，在傳統(tǒng)除蠟操作時，進入壓縮機的氣體溫度為85℃（遠超過正常運行值，已接近其設計值上限），1#甲醇分離器中的甲醇也不能得到完全分離，壓縮機的振幅及位移都有較大幅度的增大；在低溫除蠟操作時，進入壓縮機的氣體溫度為55℃，壓縮機各項運行參數均正常。

4 結 語

采用低溫在線除蠟法對榆林公司甲醇裝置甲醇水冷器進行除蠟處理，雖然不能從根本上解決甲醇水冷器的結蠟問題，但是延長了除蠟周期，降低了除蠟操作時對裝置負荷、設備等的影響，提高了除蠟的安全性、可操作性及裝置的經濟效益，可為同行業(yè)甲醇裝置在線除蠟提供思路和參考。