Sep. 2012現(xiàn)代化工第32卷第9期●84●Modern Chemical Industry"2012年9月煤制甲醇裝置改造與優(yōu)化閆國富(中國神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司,內(nèi)蒙古包頭014010)摘要:討論了國內(nèi)某新建180萬Va煤制甲醇裝置在試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題及產(chǎn)生原因,并提出了相應(yīng)的技術(shù)改造和調(diào)整方案,絕大部分優(yōu)化和技改方案已經(jīng)取得了顯著的效果。目前該煤制甲醇裝置運(yùn)行良好,各項(xiàng)指標(biāo)和產(chǎn)能均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞:煤制甲醇裝置;氣化;凈化;合成;優(yōu)化中團(tuán)分類號:TQ223.12*1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:0253 - 4320(2012)09 -0084 -05Optimization of large capacity coal-to-methanol plantYAN Guo-fu( Shenhua Baotou Coal Chemical Co.，Ltd. ，Baotou 014010, China)Abstract: The problems ocurred during trial operation of a 1 800 kt/a coal-to-methanol plant are discussed. Thecountermeasures are put forward. Most of them had been carried out and proved efficient. Now the plant is runningsteady.Key words: coal-to-methanol plant; gasification; purification; synthesis ; optimization燕汽1項(xiàng)目裝置簡介汽包排污STT汽包排污國內(nèi)某新建180萬Va煤制甲醇項(xiàng)目為目前全.銅爐給水」L 鍋爐給水s司球最大規(guī)模煤制甲醇裝置,該項(xiàng)目于2010年5月底2馳放氣開始投料試車,7月初生產(chǎn)出合格甲醇產(chǎn)品。該煤L84O貴閃蒸氣制甲醇裝置主要由氣化裝置、凈化裝置、甲醇合成裝置以及硫回收裝置4個(gè)裝置組成,目前為止,其中的新鮮氣」o” 一粗甲摩至精餾粗甲醉至穩(wěn)定塔氣化裝置凈化裝置和甲醇合成裝置均為全球最大生產(chǎn)規(guī)模裝置。煤制甲醇項(xiàng)目流程示意圖如圖11-汽包;2- -1° 合成塔;3-水冷器;4-循環(huán)氣壓縮機(jī);所示。5-空冷器;6- -2* 合成塔;7- -汽包原料煤_氣化-相煤氣凈化廈回收居氣進(jìn)燃料氣管網(wǎng)圖2甲醇合成流程示意 圖氫氣送其他裝置硫回收裝置:該裝置采用部分燃燒法兼顧分流氧氣法工藝,尾氣處理采用“SSR"技術(shù),來自低溫甲醇洗氯氣硫磺_硫回收.酸性氣體合成氣I .甲靜合周甲騰送甲靜罐區(qū)凈化的酸性氣體進(jìn)入制硫燃燒爐進(jìn)行高溫克勞斯反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫磺,同時(shí)副產(chǎn)1.1 MPa和0. 6 MPa的蒸汽。圖1 煤制甲醇項(xiàng)目流程示意圖2煤制 甲醇裝置運(yùn)行情況氣化裝置:煤氣化工藝采用GE公司德士古水該套180萬Va煤制甲醇裝置為全球最大規(guī)模煤漿加壓氣化技術(shù),氣化裝置由3部分組成,煤漿制裝置,在此之前國內(nèi)最大規(guī)模的煤制甲醇裝置為60備單元、氣化單元和渣水處理單元。萬Va,許多小規(guī)模的煤制甲醇裝置在工藝和設(shè)計(jì)上凈化裝置:該裝置采用部分變換和林德低溫甲有很多值得借鑒的地方,但是化工裝置經(jīng)過進(jìn)--步醇洗凈化工藝,為2個(gè)系列并列運(yùn)行,每個(gè)系列由變工業(yè)放大之后,其工藝技術(shù)和運(yùn)行工況便有較大區(qū)換低溫甲醇洗和冷凍3個(gè)單元組成。別,所以如此大規(guī)模的煤制甲醇裝置在全球尚屬首甲醇合成裝置:甲醇合成裝置采用英國DAVY例,在工藝設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行上,都需要重新摸索。技術(shù),其流程采用雙反應(yīng)器串并聯(lián)的方式,如圖2煤制甲醇裝置于2010年5月開始試車, 2010年7月產(chǎn)出合格的甲醇產(chǎn)品。通過半年的試運(yùn)行,收稿日期:2012 -04-19作者簡介:閆國富(1975-),男,本科,工程師,從事化工生產(chǎn)管理工作,0472 - 5332909 , alexander001@ 126. com。2012年9月閆國富:煤制甲醇裝置改造與優(yōu)化.85●檢驗(yàn)了工藝流程的設(shè)計(jì)、設(shè)備選型和儀表電器等控(3)改造效果制方案,同時(shí)也暴露出設(shè)計(jì)存在的問題和缺陷,以及改造后,大大緩解激冷水過濾器在開車前的堵目前潛在的不安全因素、制約長周期高負(fù)荷生產(chǎn)的塞問題并使氣化爐的運(yùn)行周期由不到20 d延長至.因素等。為了從根本上解決以上問題,消除設(shè)計(jì)缺40d左右;同時(shí),預(yù)熱水泵出口與渣池泵出口管線陷,相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)過將近2年不斷從實(shí)踐中摸索相連后,不僅方便了烘爐期間熱水的排放,而且大大經(jīng)驗(yàn),積極進(jìn)行操作優(yōu)化和技術(shù)改造,有效地解決了增加了渣池泵的備用,豐富了操作控制手段。制約長周期高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸問題,目前氣化3.1.2渣池?fù)圃鼨C(jī)擴(kuò) 能改造裝置凈化裝置、甲醇合成裝置以及硫回收裝置運(yùn)行(1)存在問題穩(wěn)定,基本保持90%以上的高負(fù)荷運(yùn)行,各項(xiàng)指標(biāo)氣化裝置為成套刮板撈渣機(jī),主要由導(dǎo)輪鏈條均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。刮板等內(nèi)件、液壓張緊裝置、板放水閥及控制系統(tǒng)、渣池、渣池?cái)嚢杵?、?qū)動(dòng)裝置、堰撈渣機(jī)殼(槽)體等3煤制 甲醇裝置優(yōu)化及運(yùn)行情況構(gòu)成。其傾斜段仰角30° ~40° ,輸送能力為3.0~3.1氣化裝置試車過程 中遇到的問題及解決方法15.0 Vh,驅(qū)動(dòng)裝置為YBPT132M -4-7.5型防爆變3.1.1氣化爐預(yù)熱水 系統(tǒng)改造頻調(diào)速電機(jī),可實(shí)現(xiàn)連續(xù)變頻調(diào)節(jié),電機(jī)功率為7.5kW。改造前,當(dāng)氣化爐在高負(fù)荷工況下落渣量較大在原設(shè)計(jì)中,氣化爐烘爐期間,預(yù)熱水泵從渣池時(shí)或因工況波動(dòng)導(dǎo)致渣量瞬間增大時(shí),常常因撈渣渣倉抽水將水送人激冷水管線,經(jīng)激冷水過濾器進(jìn)機(jī)配套的電機(jī)功率設(shè)計(jì)偏小導(dǎo)致過載跳車。人氣化爐內(nèi)的激冷環(huán),這股預(yù)熱水經(jīng)鎖斗流回渣池(2)改造內(nèi)容渣倉內(nèi)。由于渣倉及系統(tǒng)內(nèi)殘留有各種細(xì)灰和細(xì)撈渣機(jī)電機(jī)功率由7.5 kW增加至15 kW,同時(shí)渣,在渣倉里的水循環(huán)使用過程中會被水帶人到激其配套的減速機(jī)構(gòu)也進(jìn)行了相應(yīng)的改造。冷水過濾器中并進(jìn)行富集,堵塞過濾器,導(dǎo)致氣化爐運(yùn)行期間激冷水量過低,限制了負(fù)荷的提升,同時(shí)也改造后,撈渣機(jī)沒有再出現(xiàn)過因?yàn)殡姍C(jī)功率小縮短了氣化爐的運(yùn)行周期。而引起的過載跳車事故,運(yùn)行非常平穩(wěn),保證了氣化爐的連續(xù)性排渣和穩(wěn)定生產(chǎn)。如圖3所示,停止使用原預(yù)熱流程進(jìn)行烘爐水3.1.3激冷水過濾 器改造循環(huán),考慮到渣池泵泵送能力有限,增設(shè)預(yù)熱水泵出口到渣池泵出口管線,烘爐期間改用預(yù)熱水泵將渣激冷水過濾器體積設(shè)計(jì)偏小,容積僅為1 m',池渣倉內(nèi)的水經(jīng)由預(yù)熱水泵出口到渣池泵出口管線且激冷水過濾器結(jié)構(gòu)不合理,如圖4和圖5所示。新增送至沉降槽進(jìn)行固液沉降分離,沉降槽固含量激冷水經(jīng)濾芯下部固定板外環(huán)隙到達(dá)上部濾芯外,低的上層灰水溢流到灰水槽中,再由灰水泵將灰水經(jīng)濾芯過濾后,進(jìn)人濾芯,后經(jīng)隔離腔流出。切除后送至激冷水管線,再經(jīng)激冷水過濾器進(jìn)入氣化爐內(nèi)用低壓灰水沖洗達(dá)不到預(yù)期效果，因?yàn)闆_洗水從濾的激冷環(huán)完成烘爐期間的預(yù)熱水循環(huán)。芯上部固定板外環(huán)隙流人,與濾芯外表面接觸,帶著過濾產(chǎn)生的積灰,經(jīng)濾芯下部固定板外環(huán)隙流出,沖洗的過程中,安裝在中間部位的濾芯無法得到有效的沖洗,靠近下部固定板的部分更是由于空間狹?。ざ鵁o法使積灰被帶走,同時(shí),由于沖洗水壓力低,p新增均布支架、激冷水進(jìn)口曰一54-激冷水出口1-氣化爐;2-激冷水過濾器;3- 渣池;4- 預(yù)熱水泵 ;5-渣池泵;6-洗滌塔;7- -沉降槽;8-灰水槽;9- -灰水泵圖3氣化爐烘爐流程示意 圖圖4激冷水流向示意 圖、●86●現(xiàn)代化工第32卷第9期沖洗水進(jìn)口投用后,將冷凝液全部回收送往熱電站生產(chǎn)脫鹽水,在節(jié)水的同時(shí),降低了氣化裝置污水外排量,降低了環(huán)保壓力。若以脫鹽水18元/t的價(jià)格計(jì)算,預(yù)計(jì)全年可節(jié)省費(fèi)用432萬元。3.2凈化裝 置試車過程中遇到的問題及解決方法3.2.1變換爐進(jìn)出口增設(shè)副線沖洗水出口(1)存在問題.圖5沖洗水示意圖變換單元流程如圖7所示。來自氣化裝置的粗且只是對濾芯外表面進(jìn)行沖洗,沒有從濾芯內(nèi)部向煤氣-部分經(jīng)廢熱鍋爐降溫、分離冷凝液后通過變外反向沖洗,所以板結(jié)在濾芯外側(cè)的積灰或垢片無換爐變換,另-.部分不經(jīng)過變換(配氣),通過控制法得到有效的清除,沖洗效果差,沖洗后正常的激冷進(jìn)變換爐的量和配氣的流量來滿足合成氣對氫碳比水量維持時(shí)間不長后又迅速下降。激冷水過濾器經(jīng)的要求。在變換單元流程長且復(fù)雜,開車時(shí)首先需常堵塞,頻繁切換,增加了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度,也影響要導(dǎo)氣暖管,而變換爐人口電動(dòng)閥上游部分的管線暖管時(shí)間太長,粗煤氣將會在該段管線產(chǎn)生凝液而氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。對管線構(gòu)成腐蝕,如果變換爐導(dǎo)氣時(shí)將冷凝液帶入(2)改造內(nèi)容將原過濾器形式改為筐式激冷水過濾器,其結(jié)變換爐內(nèi),將損害變換催化劑。另外,變換爐人口溫構(gòu)如圖6所示,其特點(diǎn)在于,過濾器體積較大,過濾度缺乏有效的調(diào)節(jié)手段,從而導(dǎo)致變換爐床層溫度后的積灰淤積于大容積筐內(nèi),投用后可以維持更長不易控制。-段時(shí)間,可以滿足氣化爐1個(gè)周期的穩(wěn)定運(yùn)行;切出后沖洗時(shí),大部分積灰會從底部排除,不會淤積在內(nèi)部;結(jié)構(gòu)簡單,檢修方便。出新增副線[徽冷水進(jìn)微冷水出口1-換熱器1/2;2- -廢熱鍋爐2;3-分離器 2;4-廢熱鍋爐 3;S-廢熱鍋爐4;6- 分離器3;7- 廢熱鍋爐5;8-分離器4;9-換熱器4/5;10- -廢熱鍋爐1;11-分離器l;圖6筐式激冷水過濾器示意圖12-粗煤氣預(yù)熱器;13- 換熱器3;14-變換爐;I5- -洗氨塔(3)改造效果圖7變換單元流程示意圖改造后,過濾器沖洗后效果明顯,激冷水量提升后能長時(shí)間地保持正常水平,無需頻繁切換備用激在變換爐人口閥前和變換爐出口閥后增加--根.冷水過濾器,勞動(dòng)強(qiáng)度大為降低,也保證了氣化爐的管徑為26mm的管線,作為變換爐的副線。長周期穩(wěn)定運(yùn)行,且該過濾器結(jié)構(gòu)簡單,檢修方便。3.1.4 節(jié)水改造變換爐增加了副線后,凈化裝置變換單元的開(1)存在問題車導(dǎo)氣操作進(jìn)行了改變和簡化,縮短變換開車導(dǎo)氣氣化裝置采曖、伴熱蒸汽冷凝液約30 Vh未回時(shí)間約3 h,也節(jié)省了開車費(fèi)用,變換爐導(dǎo)氣時(shí)有效收,直接排向研磨水池,導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)。地防止將冷凝液帶人變換爐內(nèi)而造成變換催化劑的(2)改造內(nèi)容.損失,同時(shí)也方便對變換爐人口溫度調(diào)節(jié),使得變換制漿、氣化渣水蒸汽伴熱、采暖系統(tǒng)分別設(shè)置爐床層溫度得到有效控制。冷凝液回收設(shè)施,回收的冷凝液送熱電站化學(xué)水裝3.2.2低溫 甲醇洗單元出口合成氣均壓線改造置生產(chǎn)脫鹽水。按原設(shè)計(jì),當(dāng)?shù)蜏丶状枷聪到y(tǒng)開車時(shí),需要啟動(dòng)2012年9月閆國富:煤制甲醇裝置改造與優(yōu)化3.2MPa氮?dú)鈮嚎s機(jī)來提供氮?dú)膺M(jìn)行甲醇循環(huán)降(2)改造內(nèi)容溫,但耗時(shí)長,也需要供應(yīng)大量的氮?dú)狻榱吮苊馍鲜霈F(xiàn)象的發(fā)生,保證各級蒸汽管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行,在甲醇合成裝置外送1.73MPa蒸汽出在兩低溫甲醇洗系統(tǒng)凈化合成氣至甲醇合成裝界區(qū)閥前增加止逆閥。置管線上的界區(qū)切斷閥,現(xiàn)有的均壓管線連接點(diǎn)改(3)改造效果.至止回閥前,現(xiàn)有均壓線由單閥加盲板改為雙閥加改造后,壓力調(diào)節(jié)放空閥動(dòng)作時(shí),并未引起盲板。這樣低溫甲醇洗一個(gè)系列運(yùn)行，另一系列開1. 73 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力明顯波動(dòng),保證了各級蒸汽車時(shí)不用啟動(dòng)3.2 MPa氮?dú)鈮嚎s機(jī)就可以直接從運(yùn)管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。行的系列引凈化(進(jìn)行甲醇循環(huán),操作非常方便。3.3.2 PSA 變壓吸附單元新增原料氣分液罐(3)改造效果變壓吸附氣體分離工藝過程之所以得以實(shí)現(xiàn)是低甲一系列開車、運(yùn)行,二系列循環(huán)降溫,當(dāng)二.由于吸附劑在這種物理吸附中所具有的兩個(gè)基本性系列甲醇洗滌塔壓力低時(shí)，直接將均壓線雙閥間的質(zhì):一是對不同組分的吸附能力不同,二是吸附質(zhì)在盲板導(dǎo)通,開均壓閥進(jìn)行充壓,節(jié)省了甲醇裝置開吸附劑.上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，3.2MPa氮?dú)鈮嚎s機(jī)的步驟,降低了能耗,同時(shí)凈化隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個(gè)性裝置,可以自由調(diào)整充壓時(shí)間,也給操作帶來很大的質(zhì),可實(shí)現(xiàn)對混合氣體中某些組分的優(yōu)先吸附,而使便利。其他組分得以提純;利用吸附劑的第二個(gè)性質(zhì),可實(shí).3.2.3凈化合成氣 中硫含量的控制現(xiàn)吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解吸(1)存在問題再生,從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)原始開車后，,低溫甲醇洗的凈化合成氣中H2S分離氣體的目的。含量一度超標(biāo)嚴(yán)重,引氣凈化氣中的H2S體積分?jǐn)?shù)圖8為PSA單元流程示意圖。按原設(shè)計(jì),自膜達(dá)到0.65 x10-%。分離單元來原料氣(含H2、H20、CO2、CH和CO(2)原因分析等),通過原料氣冷卻器降溫后,自塔底進(jìn)人正處于在向甲醇裝置導(dǎo)氣過程中,由于工藝氣負(fù)荷低吸附狀態(tài)的吸附塔內(nèi)。在多種吸附劑的依次選擇吸于60%,為了調(diào)整凈化氣中的CO2含量,減少甲醇附下,其中的H20.CO2、CH,和CO等雜質(zhì)被吸附下循環(huán)量,并同時(shí)減少至H,S吸收段的甲醇量。另來,未被吸附的氫氣(H,體積分?jǐn)?shù)大于99.95% )作外,在此過程中未及時(shí)調(diào)整熱再生塔的操作參數(shù),導(dǎo).為產(chǎn)品從塔頂流出,供給H2用戶。被吸附的雜質(zhì)致熱再生不充分。氣體經(jīng)過逆放解析后進(jìn)入緩沖罐,外送處理。(3)處理方法產(chǎn)品氫氣在發(fā)現(xiàn)超標(biāo)后,將凈化氣退出甲醇裝置,調(diào)整凈化操作工況。首先，提高熱再生塔的負(fù)荷,確保貧甲-0-自醇中的硫含量合格;其次,增加甲醇循環(huán)量和去硫化原料氣氫吸收段的流量;最后,通過減小激冷器負(fù)荷的方式冷卻器原料代保證了凈化氣中的CO2指標(biāo),從而保證了凈化合成PSA吸附塔系列解析氣氣中硫含量。圖8 PSA 單元流程示意圖3.3甲醇合成裝置試車過程中遇到的問題及解決方法3.3.1外送1.73 MPa蒸汽管線出甲醇界區(qū)閥前增在甲醇合成裝置試車期間，曾經(jīng)發(fā)生原料氣帶加止逆閥液進(jìn)人吸附塔,分子篩吸附劑遇到水或甲醇等有機(jī)物后,釋放出大量的吸附熱,造成吸附劑床層溫度快甲醇合成裝置蒸汽過熱爐出口1.73 MPa過熱速上升,導(dǎo)致吸附塔局部超溫,引起吸附塔超溫部位蒸汽在出甲醇界區(qū)閥前設(shè)有壓力調(diào)節(jié)放空閥,并且材質(zhì)蠕變鼓包。該閥門參與過熱爐停車聯(lián)鎖。調(diào)節(jié)閥瞬間打開造成1.73 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力的大幅度波動(dòng),影響上下游為了有效分離原料氣冷卻器后原料氣中的冷凝各級蒸汽管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。液體,保證吸附塔安全運(yùn)行,在原料氣冷卻器和PSA