甲醇－空分系統(tǒng)優(yōu)化組合 消除安全隱患

孔令鵬

（山西天浩化工股份有限公司，山西孝義 032308）

山西天浩化工股份有限公司年產(chǎn)100kt焦爐氣制甲醇裝置，配套6 000m3／h空分系統(tǒng)為轉(zhuǎn)化工段提供氧氣，并為甲醇系統(tǒng)的開停車置換、催化劑升溫還原等提供高純度氮氣。2008年4月投產(chǎn)以來，針對生產(chǎn)暴露出的問題，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對裝置進行了部分技術(shù)改造，使甲醇系統(tǒng)與空分系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)合，具有一定的經(jīng)濟效益。

1 主要工藝簡介

本焦爐氣制甲醇裝置，主要工序有濕法脫硫、焦爐氣壓縮、精脫硫、轉(zhuǎn)化、合成氣壓縮、合成、精餾等。工藝流程示意見圖1。

1.1 焦爐氣脫硫

焦爐氣的脫硫首先采用栲膠加PDS的濕法脫硫進行粗脫，再采用鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化催化劑、中溫氧化鐵脫硫劑及中溫氧化鋅脫硫劑串聯(lián)的干法工藝進行精脫，以保證后工序?qū)α蚝康囊蟆?/p>

圖1 焦爐氣制甲醇工藝流程示意圖

1.2 焦爐氣壓縮

焦爐氣壓縮選用由電機驅(qū)動的往復式壓縮機3臺，正常生產(chǎn)時2開1備，其排氣壓力是2.1MPa，排氣量為340m3／min（吸入狀態(tài)下）。

1.3 轉(zhuǎn) 化

甲烷轉(zhuǎn)化采用加壓催化部分氧化法制取合成氣的工藝技術(shù)。為確保安全和取得較好的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化生產(chǎn)中都加入過量的蒸汽，這些過量的蒸汽在出工段前被冷凝為液體，冷凝液送到廠循環(huán)水系統(tǒng)作為補充用水。

1.4 合成及合成氣壓縮

甲醇合成采用均溫低壓合成技術(shù)，原料氣的壓縮采用離心機，并與合成循環(huán)氣的壓縮合成為二合一機組，壓縮機的軸端密封選用了干氣密封。干氣密封的二級密封采用0.6MPa的氮氣作為密封氣，機組開車前期或停車后期，一級密封氣亦用氮氣，氮氣由氮氣總管網(wǎng)來。

1.5 精餾及成品罐區(qū)

本裝置采用三塔精餾工藝，成品罐區(qū)設(shè)置2臺5 000m3的內(nèi)浮頂貯罐。

1.6 空分系統(tǒng)

空分系統(tǒng)采用分子篩純化增壓流程，生產(chǎn)出純度為99.6%的氧氣和純度為99.99%的氮氣。氧氣經(jīng)氧壓機加壓后送往轉(zhuǎn)化崗位，氮氣經(jīng)氮壓機加壓后送往廠區(qū)氮氣總管網(wǎng)，供各用戶使用。氧壓機3臺，正常生產(chǎn)2開1備；氮壓機2臺，正常生產(chǎn)1開1備。氧壓機和氮壓機的相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 氧壓機和氮壓機的技術(shù)參數(shù)

2 生產(chǎn)運行暴露出的問題

2.1 甲醇系統(tǒng)的脫硫劑升溫時間及開停車時的置換時間較長

甲醇系統(tǒng)開車前要進行氮氣置換，精脫硫及轉(zhuǎn)化的脫硫劑（催化劑）在正常生產(chǎn)之前要進行升溫（還原），所用介質(zhì)為氮氣。由于氮壓機打氣量較小（兩臺才2 520m3／h），且負荷加滿時，會出現(xiàn)嚴重的帶油現(xiàn)象。因此，兩臺氮壓機實際供氣只能達2 000m3／h左右，而精脫硫及轉(zhuǎn)化的脫硫劑（催化劑）數(shù)量較大，導致開車時間很長。初期開車時，僅轉(zhuǎn)化催化劑從常溫升到200℃，就用了2d多的時間；到產(chǎn)出甲醇時用了近半個月的時間。

停車時，由于各個工段都用氮氣置換，而供應的氮氣量有限，置換時間較長，甲醇系統(tǒng)全部置換合格需5d的時間。

2.2 合成壓縮機的干氣密封容易受損

合成壓縮機的干氣密封所用氮氣由氮氣總管網(wǎng)來，要求氮氣壓力不低于0.6MPa，若氮氣壓力突然降低，則有可能損壞干氣密封。若干氣密封損壞，須返廠維修，至少10d時間，則甲醇系統(tǒng)停產(chǎn)近半個月時間。2008年7月份一次停車過程中，合成壓縮機的干氣密封的一級密封氣已改為氮氣，氮壓機突然跳車，氮氣壓力下降過大，致使干氣密封一段時間內(nèi)無密封氣。氮氣壓力正常后，發(fā)現(xiàn)一級密封泄漏氣量達到報警值，說明干氣密封的一級密封有受損現(xiàn)象。

2.3 轉(zhuǎn)化爐的水夾套結(jié)水垢嚴重

轉(zhuǎn)化爐的催化劑床層溫度在900℃以上，燃燒區(qū)溫度在1 300℃以上。為確保安全，爐內(nèi)有澆注料內(nèi)襯，外有水夾套水冷卻，但冷卻水用的是循環(huán)水，循環(huán)水中的污泥、鹽類等在夾套內(nèi)壁上容易形成水垢，影響換熱效果。2008年8月13日，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化爐出口管的外壁溫度最高達196℃，而出口管有水夾套水降溫，與爐體水夾套是一個整體，設(shè)計溫度為62℃。停車后檢查發(fā)現(xiàn)，出口管的100mm水夾套空間內(nèi)全部是水垢和污泥。再檢查爐體水夾套，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁上亦形成10mm以上厚的水垢，導致水夾套內(nèi)壁長期處在高溫狀態(tài)，危及轉(zhuǎn)化爐的安全運行。

2.4 空冷塔的出口氣帶水嚴重，危及空分安全生產(chǎn)

空分預冷系統(tǒng)使用的冷卻水是全廠循環(huán)水，由于供水站的水近一半是水庫中水，且循環(huán)水冷卻采用敞開式機械通風冷卻塔，導致循環(huán)水中微生物、污泥、鹽類等較多。循環(huán)水中的污泥等一部分在水冷塔和空冷塔的填料層上沉降下來，致使水冷塔和空冷塔的傳質(zhì)、傳熱效果下降，壓差增大，出空冷塔的氣體溫度增高。正常生產(chǎn)中，空冷塔的出口氣溫度應控制在15℃以下，但夏季最高時曾經(jīng)達18.2℃，空氣帶水嚴重；由于甲醇和空分共用一套循環(huán)水系統(tǒng)，有時甲醇系統(tǒng)的換熱器泄漏，微量甲醇進入循環(huán)水后產(chǎn)生大量泡沫，導致空冷塔帶水加劇，影響分子篩的正常運行，危及空分安全生產(chǎn)。

3 甲醇與空分生產(chǎn)工藝的優(yōu)化組合

鑒于以上問題，天浩公司結(jié)合實際情況對裝置進行了部分技改，避免了上述現(xiàn)象的發(fā)生。

3.1 利用氧壓機打氮氣，縮短甲醇系統(tǒng)開停車時間

在B＃和C＃氧壓機的出口管上，分別焊接一管道接到氮氣總管網(wǎng)上。甲醇系統(tǒng)開停車時，開啟B＃和C＃兩臺氧壓機打氮氣，最大流量近7 000m3／h。這樣，甲醇系統(tǒng)大修停車時，置換時間比原來縮短2d；而開車時，脫硫劑（催化劑）升溫（還原）時間比原來縮短4d，相對提前了6d開車，增產(chǎn)甲醇約1 800t，按每噸甲醇價格2 500元計，則減少損失450萬元。氮氣管網(wǎng)改造流程示意見圖2。

3.2 配制干氣密封的氮氣專用管線

從空分液氮儲槽的汽化器出口，配制合成氣壓縮機的干氣密封氮氣專用管，空分液氮儲槽內(nèi)的液氮，通過汽化器汽化成氮氣直接送到干氣密封，避免了其他崗位使用氮氣或氮壓機跳車時，引起的氮氣壓力下降影響干氣密封。流程示意見圖2。

3.3 空分預冷系統(tǒng)技改與轉(zhuǎn)化冷凝液工藝優(yōu)化結(jié)合

空分預冷系統(tǒng)新上一臺小型玻璃鋼冷卻塔及兩臺加壓泵，冷卻水形成獨立閉路循環(huán)，與廠循環(huán)水系統(tǒng)斷開。正常生產(chǎn)時將轉(zhuǎn)化冷凝液引入空分獨立循環(huán)水系統(tǒng)作為補充用水，多余冷凝液回到循環(huán)水系統(tǒng)，初始開車或轉(zhuǎn)化停車時用脫鹽水作為補充水源；另從加壓泵出口管上引一管道至轉(zhuǎn)化爐的夾套水入口管，轉(zhuǎn)化爐的水夾套用預冷系統(tǒng)的冷卻水，從水夾套出來的熱水再回到空分玻璃鋼冷卻塔冷卻。

圖2 氮氣管網(wǎng)改造流程示意圖

改造后運行一年檢查，轉(zhuǎn)化爐的水夾套沒有結(jié)水垢現(xiàn)象；空分預冷系統(tǒng)不受廠循環(huán)水系統(tǒng)的影響，夏季時，空冷塔的出口氣溫度降到13℃以下，保證了空分長周期安全運行。改造后的流程示意見圖3。

圖3 預冷系統(tǒng)技改與轉(zhuǎn)化冷凝液流程優(yōu)化示意圖

4 結(jié) 語

針對山西天浩化工股份有限公司焦爐氣制甲醇試車運行中出現(xiàn)的問題，進行了一系列的技術(shù)改進和優(yōu)化，消除了存在的安全隱患，為裝置長周期安全運行奠定了基礎(chǔ)，經(jīng)濟效益可觀。