煤制甲醇装置改造与优化

Sep. 2012现代化工第32卷第9期●84●Modern Chemical Industry"2012年9月煤制甲醇装置改造与优化闫国富(中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司,内蒙古包头014010)摘要:讨论了国内某新建180万Va煤制甲醇装置在试生产过程中出现的问题及产生原因,并提出了相应的技术改造和调整方案,绝大部分优化和技改方案已经取得了显著的效果。目前该煤制甲醇装置运行良好,各项指标和产能均达到了设计要求。关键词:煤制甲醇装置;气化;净化;合成;优化中團分类号:TQ223.12*1文献标识码:A文章编号: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项目装置简介汽包排污STT汽包排污国内某新建180万Va煤制甲醇项目为目前全.铜炉给水」L 锅炉给水s司球最大规模煤制甲醇装置,该项目于2010年5月底2驰放气开始投料试车,7月初生产出合格甲醇产品。该煤L84O贵闪蒸气制甲醇装置主要由气化装置、净化装置、甲醇合成装置以及硫回收装置4个装置组成,目前为止,其中的新鲜气」o” 一粗甲摩至精馏粗甲醉至稳定塔气化装置净化装置和甲醇合成装置均为全球最大生产规模装置。煤制甲醇项目流程示意图如图11-汽包;2- -1° 合成塔;3-水冷器;4-循环气压缩机;所示。5-空冷器;6- -2* 合成塔;7- -汽包原料煤_气化-相煤气净化厦回收居气进燃料气管网图2甲醇合成流程示意 图氢气送其他装置硫回收装置:该装置采用部分燃烧法兼顾分流氧气法工艺,尾气处理采用“SSR"技术,来自低温甲醇洗氯气硫磺_硫回收.酸性气体合成气I .甲静合周甲腾送甲静罐区净化的酸性气体进入制硫燃烧炉进行高温克劳斯反应转化为硫磺,同时副产1.1 MPa和0. 6 MPa的蒸汽。图1 煤制甲醇项目流程示意图2煤制 甲醇装置运行情况气化装置:煤气化工艺采用GE公司德士古水该套180万Va煤制甲醇装置为全球最大规模煤浆加压气化技术,气化装置由3部分组成,煤浆制装置,在此之前国内最大规模的煤制甲醇装置为60备单元、气化单元和渣水处理单元。万Va,许多小规模的煤制甲醇装置在工艺和设计上净化装置:该装置采用部分变换和林德低温甲有很多值得借鉴的地方,但是化工装置经过进--步醇洗净化工艺,为2个系列并列运行,每个系列由变工业放大之后,其工艺技术和运行工况便有较大区换低温甲醇洗和冷冻3个单元组成。别,所以如此大规模的煤制甲醇装置在全球尚属首甲醇合成装置:甲醇合成装置采用英国DAVY例,在工艺设计和实际运行上,都需要重新摸索。技术,其流程采用双反应器串并联的方式,如图2煤制甲醇装置于2010年5月开始试车, 2010年7月产出合格的甲醇产品。通过半年的试运行,收稿日期:2012 -04-19作者简介:闫国富(1975-),男,本科,工程师,从事化工生产管理工作,0472 - 5332909 , alexander001@ 126. com。2012年9月闫国富:煤制甲醇装置改造与优化.85●检验了工艺流程的设计、设备选型和仪表电器等控(3)改造效果制方案,同时也暴露出设计存在的问题和缺陷,以及改造后,大大缓解激冷水过滤器在开车前的堵目前潜在的不安全因素、制约长周期高负荷生产的塞问题并使气化炉的运行周期由不到20 d延长至.因素等。为了从根本上解决以上问题,消除设计缺40d左右;同时,预热水泵出口与渣池泵出口管线陷,相关技术人员经过将近2年不断从实践中摸索相连后,不仅方便了烘炉期间热水的排放,而且大大经验,积极进行操作优化和技术改造,有效地解决了增加了渣池泵的备用,丰富了操作控制手段。制约长周期高负荷稳定运行的瓶颈问题,目前气化3.1.2渣池捞渣机扩 能改造装置净化装置、甲醇合成装置以及硫回收装置运行(1)存在问题稳定,基本保持90%以上的高负荷运行,各项指标气化装置为成套刮板捞渣机,主要由导轮链条均已达到设计要求。刮板等内件、液压张紧装置、板放水阀及控制系统、渣池、渣池搅拌器、驱动装置、堰捞渣机壳(槽)体等3煤制 甲醇装置优化及运行情况构成。其倾斜段仰角30° ~40° ,输送能力为3.0~3.1气化装置试车过程 中遇到的问题及解决方法15.0 Vh,驱动装置为YBPT132M -4-7.5型防爆变3.1.1气化炉预热水 系统改造频调速电机,可实现连续变频调节,电机功率为7.5kW。改造前,当气化炉在高负荷工况下落渣量较大在原设计中,气化炉烘炉期间,预热水泵从渣池时或因工况波动导致渣量瞬间增大时,常常因捞渣渣仓抽水将水送人激冷水管线,经激冷水过滤器进机配套的电机功率设计偏小导致过载跳车。人气化炉内的激冷环,这股预热水经锁斗流回渣池(2)改造内容渣仓内。由于渣仓及系统内残留有各种细灰和细捞渣机电机功率由7.5 kW增加至15 kW,同时渣,在渣仓里的水循环使用过程中会被水带人到激其配套的减速机构也进行了相应的改造。冷水过滤器中并进行富集,堵塞过滤器,导致气化炉运行期间激冷水量过低,限制了负荷的提升,同时也改造后,捞渣机没有再出现过因为电机功率小缩短了气化炉的运行周期。而引起的过载跳车事故,运行非常平稳,保证了气化炉的连续性排渣和稳定生产。如图3所示,停止使用原预热流程进行烘炉水3.1.3激冷水过滤 器改造循环,考虑到渣池泵泵送能力有限,增设预热水泵出口到渣池泵出口管线,烘炉期间改用预热水泵将渣激冷水过滤器体积设计偏小,容积仅为1 m',池渣仓内的水经由预热水泵出口到渣池泵出口管线且激冷水过滤器结构不合理,如图4和图5所示。新增送至沉降槽进行固液沉降分离,沉降槽固含量激冷水经滤芯下部固定板外环隙到达上部滤芯外,低的上层灰水溢流到灰水槽中,再由灰水泵将灰水经滤芯过滤后,进人滤芯,后经隔离腔流出。切除后送至激冷水管线,再经激冷水过滤器进入气化炉内用低压灰水冲洗达不到预期效果，因为冲洗水从滤的激冷环完成烘炉期间的预热水循环。芯上部固定板外环隙流人,与滤芯外表面接触,带着过滤产生的积灰,经滤芯下部固定板外环隙流出,冲洗的过程中,安装在中间部位的滤芯无法得到有效的冲洗,靠近下部固定板的部分更是由于空间狭小￥而无法使积灰被带走,同时,由于冲洗水压力低,p新增均布支架、激冷水进口曰一54-激冷水出口1-气化炉;2-激冷水过滤器;3- 渣池;4- 预热水泵 ;5-渣池泵;6-洗涤塔;7- -沉降槽;8-灰水槽;9- -灰水泵图3气化炉烘炉流程示意 图图4激冷水流向示意 图、●86●现代化工第32卷第9期冲洗水进口投用后,将冷凝液全部回收送往热电站生产脱盐水,在节水的同时,降低了气化装置污水外排量,降低了环保压力。若以脱盐水18元/t的价格计算,预计全年可节省费用432万元。3.2净化装 置试车过程中遇到的问题及解决方法3.2.1变换炉进出口增设副线冲洗水出口(1)存在问题.图5冲洗水示意图变换单元流程如图7所示。来自气化装置的粗且只是对滤芯外表面进行冲洗,没有从滤芯内部向煤气-部分经废热锅炉降温、分离冷凝液后通过变外反向冲洗,所以板结在滤芯外侧的积灰或垢片无换炉变换,另-.部分不经过变换(配气),通过控制法得到有效的清除,冲洗效果差,冲洗后正常的激冷进变换炉的量和配气的流量来满足合成气对氢碳比水量维持时间不长后又迅速下降。激冷水过滤器经的要求。在变换单元流程长且复杂,开车时首先需常堵塞,频繁切换,增加了员工的劳动强度,也影响要导气暖管,而变换炉人口电动阀上游部分的管线暖管时间太长,粗煤气将会在该段管线产生凝液而气化炉的稳定运行。对管线构成腐蚀,如果变换炉导气时将冷凝液带入(2)改造内容将原过滤器形式改为筐式激冷水过滤器,其结变换炉内,将损害变换催化剂。另外,变换炉人口温构如图6所示,其特点在于,过滤器体积较大,过滤度缺乏有效的调节手段,从而导致变换炉床层温度后的积灰淤积于大容积筐内,投用后可以维持更长不易控制。-段时间,可以满足气化炉1个周期的稳定运行;切出后冲洗时,大部分积灰会从底部排除,不会淤积在内部;结构简单,检修方便。出新增副线[徽冷水进微冷水出口1-换热器1/2;2- -废热锅炉2;3-分离器 2;4-废热锅炉 3;S-废热锅炉4;6- 分离器3;7- 废热锅炉5;8-分离器4;9-换热器4/5;10- -废热锅炉1;11-分离器l;图6筐式激冷水过滤器示意图12-粗煤气预热器;13- 换热器3;14-变换炉;I5- -洗氨塔(3)改造效果图7变换单元流程示意图改造后,过滤器冲洗后效果明显,激冷水量提升后能长时间地保持正常水平,无需频繁切换备用激在变换炉人口阀前和变换炉出口阀后增加--根.冷水过滤器,劳动强度大为降低,也保证了气化炉的管径为26mm的管线,作为变换炉的副线。长周期稳定运行,且该过滤器结构简单,检修方便。3.1.4 节水改造变换炉增加了副线后,净化装置变换单元的开(1)存在问题车导气操作进行了改变和简化,缩短变换开车导气气化装置采暧、伴热蒸汽冷凝液约30 Vh未回时间约3 h,也节省了开车费用,变换炉导气时有效收,直接排向研磨水池,导致水资源的浪费。地防止将冷凝液带人变换炉内而造成变换催化剂的(2)改造内容.损失,同时也方便对变换炉人口温度调节,使得变换制浆、气化渣水蒸汽伴热、采暖系统分别设置炉床层温度得到有效控制。冷凝液回收设施,回收的冷凝液送热电站化学水装3.2.2低温 甲醇洗单元出口合成气均压线改造置生产脱盐水。按原设计,当低温甲醇洗系统开车时,需要启动2012年9月闫国富:煤制甲醇装置改造与优化3.2MPa氮气压缩机来提供氮气进行甲醇循环降(2)改造内容温,但耗时长,也需要供应大量的氮气。为了避免上述现象的发生,保证各级蒸汽管网的稳定运行,在甲醇合成装置外送1.73MPa蒸汽出在两低温甲醇洗系统净化合成气至甲醇合成装界区阀前增加止逆阀。置管线上的界区切断阀,现有的均压管线连接点改(3)改造效果.至止回阀前,现有均压线由单阀加盲板改为双阀加改造后,压力调节放空阀动作时,并未引起盲板。这样低温甲醇洗一个系列运行，另一系列开1. 73 MPa蒸汽管网压力明显波动,保证了各级蒸汽车时不用启动3.2 MPa氮气压缩机就可以直接从运管网的稳定运行。行的系列引净化(进行甲醇循环,操作非常方便。3.3.2 PSA 变压吸附单元新增原料气分液罐(3)改造效果变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是低甲一系列开车、运行,二系列循环降温,当二.由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个基本性系列甲醇洗涤塔压力低时，直接将均压线双阀间的质:一是对不同组分的吸附能力不同,二是吸附质在盲板导通,开均压阀进行充压,节省了甲醇装置开吸附剂.上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，3.2MPa氮气压缩机的步骤,降低了能耗,同时净化随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性装置,可以自由调整充压时间,也给操作带来很大的质,可实现对混合气体中某些组分的优先吸附,而使便利。其他组分得以提纯;利用吸附剂的第二个性质,可实.3.2.3净化合成气 中硫含量的控制现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸(1)存在问题再生,从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续原始开车后，,低温甲醇洗的净化合成气中H2S分离气体的目的。含量一度超标严重,引气净化气中的H2S体积分数图8为PSA单元流程示意图。按原设计,自膜达到0.65 x10-%。分离单元来原料气(含H2、H20、CO2、CH和CO(2)原因分析等),通过原料气冷却器降温后,自塔底进人正处于在向甲醇装置导气过程中,由于工艺气负荷低吸附状态的吸附塔内。在多种吸附剂的依次选择吸于60%,为了调整净化气中的CO2含量,减少甲醇附下,其中的H20.CO2、CH,和CO等杂质被吸附下循环量,并同时减少至H,S吸收段的甲醇量。另来,未被吸附的氢气(H,体积分数大于99.95% )作外,在此过程中未及时调整热再生塔的操作参数,导.为产品从塔顶流出,供给H2用户。被吸附的杂质致热再生不充分。气体经过逆放解析后进入缓冲罐,外送处理。(3)处理方法产品氢气在发现超标后,将净化气退出甲醇装置,调整净化操作工况。首先，提高热再生塔的负荷,确保贫甲-0-自醇中的硫含量合格;其次,增加甲醇循环量和去硫化原料气氢吸收段的流量;最后,通过减小激冷器负荷的方式冷却器原料代保证了净化气中的CO2指标,从而保证了净化合成PSA吸附塔系列解析气气中硫含量。图8 PSA 单元流程示意图3.3甲醇合成装置试车过程中遇到的问题及解决方法3.3.1外送1.73 MPa蒸汽管线出甲醇界区阀前增在甲醇合成装置试车期间，曾经发生原料气带加止逆阀液进人吸附塔,分子筛吸附剂遇到水或甲醇等有机物后,释放出大量的吸附热,造成吸附剂床层温度快甲醇合成装置蒸汽过热炉出口1.73 MPa过热速上升,导致吸附塔局部超温,引起吸附塔超温部位蒸汽在出甲醇界区阀前设有压力调节放空阀,并且材质蠕变鼓包。该阀门参与过热炉停车联锁。调节阀瞬间打开造成1.73 MPa蒸汽管网压力的大幅度波动,影响上下游为了有效分离原料气冷却器后原料气中的冷凝各级蒸汽管网的稳定运行。液体,保证吸附塔安全运行,在原料气冷却器和PSA