大型煤化工二氧化碳?xì)庀到y(tǒng)存在的問題及解決措施

蔡 建

(河南龍宇煤化工有限公司,河南永城 476600)

1 工藝流程

某公司利用殼牌粉煤加壓氣化爐產(chǎn)出粗煤氣,粗煤氣進(jìn)入甲醇工段,對煤氣化裝置來的粗煤氣進(jìn)行變換處理,以調(diào)整其氫氣和一氧化碳的含量。低溫甲醇洗裝置對變換后的氣體進(jìn)行脫硫脫碳處理,然后再通過甲醇合成和精餾裝置對凈化后的氣體進(jìn)行甲醇合成和精制生產(chǎn)。最后,對制得的精甲醇產(chǎn)品進(jìn)行貯存及裝車外運(yùn);同時(shí),對低溫甲醇洗脫除的克勞斯酸性氣進(jìn)行硫黃回收,并對合成放出的弛放氣進(jìn)行氫回收,以達(dá)到節(jié)能降耗的目的[1]。二氧化碳系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 二氧化碳系統(tǒng)工藝流程

2 存在的問題

殼牌氣化爐產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)過低溫甲醇洗生產(chǎn)工序,在再吸收塔上端閃蒸出二氧化碳?xì)怏w。二氧化碳壓縮工序?qū)碜缘蜏丶状枷囱b置的低壓二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行壓縮,升壓到一定的壓力后輸送到氣化裝置,作為符合要求的氣化裝置煤粉輸送介質(zhì)[2]。

在實(shí)際生產(chǎn)中,低溫甲醇洗裝置滿負(fù)荷下閃蒸出的二氧化碳?xì)怏w積流量約為38 000 m3/h,而氣化裝置需要輸送煤粉的介質(zhì)氣體積流量為31 000 m3/h,約有7 000 m3的二氧化碳?xì)庑枰趴?。但是在甲醇生產(chǎn)中二氧化碳可以作為碳源參與化學(xué)合成反應(yīng),因此大量的二氧化碳?xì)夥趴?造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi),同時(shí)也不符合國家節(jié)能減排的要求[3]。

3 改造措施

經(jīng)過與多家設(shè)計(jì)院溝通,先后對二氧化碳工藝系統(tǒng)進(jìn)行了深入優(yōu)化。原殼牌氣化爐合成氣中氮?dú)夂扛?氮?dú)庵饕獊碜约だ錃鈮嚎s機(jī)干氣密封氣、氣化爐振打器密封氣和飛灰收集罐(V1501/V1502)底錐流化氣,送往合成裝置的合成氣中氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)約為2.5%。為了降低合成氣中的氮?dú)夂?減少合成氣壓縮機(jī)蒸汽耗量,從甲醇二氧化碳壓縮機(jī)引出1股5.0 MPa無油二氧化碳?xì)怏w;在氣化裝置增加1臺二氧化碳?xì)怏w加熱器,將甲醇二氧化碳壓縮機(jī)來的二氧化碳?xì)怏w由120 ℃加熱到225 ℃。通過換熱器出口閥門控制,在二氧化碳管網(wǎng)穩(wěn)定情況下,將飛灰收集罐(V1501/V1502)底錐流化氣由氮?dú)飧臑槎趸細(xì)怏w,底錐流化氣體積流量約為2 000 m3/h。通過改變輸送流化氣介質(zhì),有效降低合成氣中氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)(由2.5%降低到1.4%)。

針對其余富裕二氧化碳?xì)怏w,新建1套液體二氧化碳回收裝置,通過對5.0 MPa二氧化碳原料氣進(jìn)行降壓、緩沖、匯合、脫硫、干燥、預(yù)冷、液化、提純等技術(shù)處理,得到質(zhì)量符合GB/T 6052—2011《工業(yè)液體二氧化碳》的工業(yè)級液體二氧化碳產(chǎn)品[4]。

4 改造效果

4.1 底錐流化氣氣源改造效果

改造后,優(yōu)化了合成氣系統(tǒng)中的有效氣含量,降低了合成氣中惰性氣體含量。合成氣中氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)由2.5%降低到1.4%。同時(shí),提升了變換和合成催化劑的轉(zhuǎn)化率(合成塔轉(zhuǎn)化率由53%提升至55%左右),減少了合成壓縮機(jī)循環(huán)量,降低了合成壓縮機(jī)蒸汽耗量,每小時(shí)節(jié)約中壓蒸汽(5.1 MPa、385 ℃)約10 t。合成氣組分中氮?dú)夂拷档?弛放氣排放體積流量減少約3 000 m3/h,甲醇產(chǎn)量提高了0.7 t/h。

進(jìn)一步提升了一二期互連互通耦合價(jià)值(一二期氣化裝置煤氣管線互連互通)。有效氣組分的優(yōu)化降低了氮?dú)夂?避免了利用一期合成氣送二期出現(xiàn)深冷分離裝置的波動,提高了一氧化碳產(chǎn)品純度,提升一氧化碳產(chǎn)品品質(zhì),降低一氧化碳產(chǎn)品中氮?dú)夂俊?/p>

避免了深冷分離裝置為提高一氧化碳產(chǎn)品純度進(jìn)行的大量液體排放,減少了冷量的損失,提升了一氧化碳?xì)猱a(chǎn)率。避免了醋酸裝置因一氧化碳純度波動出現(xiàn)的工況波動,降低催化劑沉淀風(fēng)險(xiǎn),減少醋酸反應(yīng)系統(tǒng)一氧化碳分壓的高壓尾氣放空,提高了產(chǎn)品合成效率。一氧化碳產(chǎn)品純度提高,有利于乙二醇羰基化合成負(fù)荷的提升,降低弛放氣排放量。

合成氣壓縮機(jī)中壓蒸汽平均質(zhì)量流量由50 t/h下降至39.5 t/h,按照每年運(yùn)行8 000 h計(jì)算,每年可節(jié)省蒸汽費(fèi)用800萬元。

合成系統(tǒng)催化劑轉(zhuǎn)化率提升2百分點(diǎn),弛放氣排放體積流量降低約3 000 m3/h,提高甲醇產(chǎn)量約0.7 t/h,按照甲醇市場價(jià)格2 500元/t核算,每年可增加經(jīng)濟(jì)效益1 400萬元。

4.2 富裕二氧化碳?xì)馍a(chǎn)液體二氧化碳產(chǎn)品的改造效果

液體二氧化碳裝置加工的二氧化碳原料氣為甲醇系統(tǒng)脫碳裝置的解吸氣,其體積流量為4 500 m3/h。每小時(shí)生產(chǎn)液體二氧化碳產(chǎn)品約10.5 t,液體二氧化碳市場價(jià)格按照80元/t,每年按照運(yùn)行8 000 h計(jì)算,則每年可增加經(jīng)濟(jì)效益672萬元。

5 結(jié)語

結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況,通過一段時(shí)間使用,在氣化裝置殼牌爐飛灰收集罐(V1501/V1502)底錐流化氣改為二氧化碳?xì)庖詠?減少合成氣壓縮機(jī)蒸汽耗量,提高了合成塔催化劑轉(zhuǎn)化率,減少了合成系統(tǒng)弛放氣的放空,提高了二期變壓吸附裝置一氧化碳產(chǎn)率,進(jìn)一步提升了一二期互連互通耦合價(jià)值(一二期氣化裝置煤氣管線互連互通)。在節(jié)能降耗的同時(shí),為一二期裝置耦合穩(wěn)定、高負(fù)荷運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。