煤制甲醇工藝中的變換氣氨含量控制

陳少鋒

(陜西未來能源化工有限公司, 陜西 榆林 719000)

煤制甲醇工藝中的變換氣氨含量控制

陳少鋒

(陜西未來能源化工有限公司, 陜西 榆林 719000)

介紹了某水煤漿氣化生產(chǎn)甲醇裝置運行過程中出現(xiàn)的壓縮機入口銨鹽結(jié)晶造成壓縮機入口、葉輪及流道內(nèi)堵塞，嚴重影響壓縮機打氣量的問題。通過分析生產(chǎn)工藝中氨的來源、形成及危害，提出了增加氨洗塔來解決變換氣中氨含量高的問題，確保了生產(chǎn)裝置的長周期穩(wěn)定運行。

變換氣；氨；銨鹽；洗滌

某水煤漿氣化裝置一期年產(chǎn)20萬噸醋酸、24萬噸甲醇和配套8萬kWh發(fā)電項目2005年各系統(tǒng)相繼建成投產(chǎn)，2007年經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化和改造，實現(xiàn)了甲醇、醋酸產(chǎn)能均達到30萬噸的生產(chǎn)能力。二期項目2007年開工建設(shè)年產(chǎn)30萬噸醋酸裝置，充分利用一期現(xiàn)有生產(chǎn)裝置及公用工程的富裕能力，將一期工程氣化系統(tǒng)送來的60000Nm3/h煤氣，經(jīng)變壓吸附處理，分離出的高純度CO滿足二期項目30萬噸醋酸生產(chǎn)，同時還分離出28000Nm3/h的H2并入一期工程中甲醇合成裝置綜合回收利用。

1 運行中存在的問題

變換第六水分離器V2012有30000m3/h左右的氣量去變壓吸附，和經(jīng)燃氣脫硫塔出來的脫硫氣匯合后去變壓吸附工段，氣體中沒有脫除的氨在壓縮機入口、葉輪及流道內(nèi)析出，影響壓縮機打氣量。從變壓吸附三段返回到甲醇合成工段的H2與甲醇凈化來的精制氣混合后進入合成壓縮機，混合氣生成的銨鹽在合成壓縮機入口、葉輪及流道內(nèi)析出，嚴重影響壓縮機打氣量。在2008年7月、2011年8月先后兩次因壓縮機入口、葉輪及流道內(nèi)結(jié)晶堵塞造成壓縮機停車檢修。

2 原因分析

水煤漿氣化以其原料范圍寬、安全易控制、碳轉(zhuǎn)化率高、粗煤氣質(zhì)量好等特點成為目前應(yīng)用范圍廣、工藝成熟的氣流床氣化技術(shù)。工業(yè)生產(chǎn)表明，不論何種氣化工藝，氣化時煤中的一部分氮都會轉(zhuǎn)化為NH3。

系統(tǒng)中的氨來源于以下部分：一是來源于原煤中的N，含量根據(jù)煤種而不同；二是部分添加劑中存在的含氮物質(zhì)，進入系統(tǒng)水中，最后用于制煤漿帶入氣化爐；三是含氨的冷凝液用于制煤漿，也使得氨重新進入氣化爐參與反應(yīng)。

粗煤氣將溶解了較多氨的洗滌液帶入后續(xù)凈化系統(tǒng)，變換氣中CO2體積分數(shù)又高達30%，系統(tǒng)水中會溶解NH4HCO3和CaCO3，系統(tǒng)水的循環(huán)利用和氨的累計，使系統(tǒng)水PH值偏高，系統(tǒng)水中銨鹽、鈣鹽的溶解度也近于飽和。因此在變換后的低溫處極易形成銨鹽、鈣鹽結(jié)晶。結(jié)晶附著在管路、儀表、閥門、倒淋及容器的底部和出口，不但影響傳熱傳質(zhì)，使原料氣溫度、組成、凈化程度等不能滿足合成工藝要求，而且腐蝕、堵塞設(shè)備和管路，使系統(tǒng)憋壓。雖然變換氣經(jīng)脫硫、脫碳溶液可吸收脫除大部分氨，脫除的這部分氨經(jīng)酸性氣帶入硫回收系統(tǒng)在低溫處結(jié)晶析出，造成再生塔酸性氣憋壓，硫回收系統(tǒng)阻力高造成系統(tǒng)停車。

3 改造方案

3.1 技術(shù)路線

填料塔雖然具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點，但需要的洗滌液量大，量小時不能有效潤濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低，且氣體臟時易造成填料堵塞，綜合考慮我們選用泡罩塔，其具有操作彈性大，氣液比范圍大，不易堵塞的特點，特別是用水量小，洗滌后的含氨水可進入汽提氣冷凝分離器上部換熱器預(yù)熱后進入冷凝液氣提塔，經(jīng)蒸汽加熱氣提后返回氣化水洗或磨機，循環(huán)使用，避免了資源浪費和環(huán)境污染。

3.2 氨洗塔設(shè)計參數(shù)

表1 氨洗塔設(shè)計參數(shù)

3.3 改造內(nèi)容

(1)在變換第三水分離器出口、入變換脫硫塔前增加一氨洗塔；

(2)在第六水分離器出口、去變壓吸附和燃氣脫硫塔前增加一氨洗塔；

(3)洗滌水用氣化高壓密封水，需增加沖洗水流量調(diào)節(jié)閥及流量顯示，既可就地顯示，又可遠傳到DCS顯示，流量調(diào)節(jié)閥控制室可調(diào)節(jié)；

(4)水洗塔配備一套磁翻板液位計，一套遠傳液位計，既可就地顯示，又可遠傳到DCS顯示；

(5)塔內(nèi)液位測定后，遠傳到DCS中控室，操作人員看液位顯示操作，發(fā)出指令遠傳到現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，完成氣動薄膜調(diào)節(jié)閥升降調(diào)節(jié)塔內(nèi)液位。設(shè)定程序后實現(xiàn)自動控制氨洗塔液位。

(6)氨洗塔出口增加溫度、壓力顯示，并遠傳至DCS顯示；

(7)氨洗塔洗滌水出口增加液位連鎖，液位低于10%時自動關(guān)閉，防止高壓串低壓；

3.4 流程示意圖

流程示意圖見圖1。

3.5 現(xiàn)有基礎(chǔ)

本次改造主要依托目前在運行的24萬噸/年甲醇裝置，目前甲醇裝置能滿足甲醇生產(chǎn)和后續(xù)的改造需要，新增公用工程如下：

3.5.1 儀表空氣

本項目需新增加調(diào)節(jié)閥4臺，一般每臺調(diào)節(jié)閥最大需要儀表空氣量按1.0Nm3/h計算，本項目共需要儀表空氣4Nm3/h，公司一期工程空干站可外供儀表空氣2400Nm3/h，目前一期工程用儀表空氣2200Nm3/h，因此本項目的配套調(diào)節(jié)閥用儀表空氣，氣源可就近選擇相近的儀表空氣總管氣源，儀表空氣能滿足本項目的需要。

3.5.2 洗滌水

新增的兩臺氨洗塔洗滌水利用氣化高壓密封水，溫度為40～45℃，壓力為6.2MPa，水洗塔單臺用水量為0.5～1m3/h，氣化高壓密封水依據(jù)設(shè)計還有余量，洗滌水能滿足本項目的需要。

3.5.3 洗滌后廢液

洗滌后的含氨廢水可利用變換現(xiàn)有冷凝液氣體裝置，進入汽提氣冷凝分離器上部換熱器預(yù)熱后進入冷凝液氣提塔，經(jīng)蒸汽加熱氣提出水中的NH3、H2S等介質(zhì)后返回氣化水洗或磨機，循環(huán)使用，避免了資源浪費和環(huán)境污染，同時節(jié)約了蒸汽消耗。

4 經(jīng)濟、社會效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

由于變換氣中氨、催化劑粉末、煤灰等被脫除掉，避免了合成壓縮機和CO壓縮機入口、葉輪、流道堵塞造成的系統(tǒng)停車，保護了脫硫、脫碳溶液，避免了溶液污染和酸性氣管道堵塞造成的酸性氣憋壓。

(1)合成壓縮機、變壓吸附CO壓縮機入口、葉輪、流道堵塞停車檢修需要48h，每小時可生產(chǎn)甲醇40t，醋酸約80t，甲醇按2000元/t，醋酸按2200元/t，避免一次停車可增加銷售收入40×48×2000+80×48×2200=1228.8萬元

(2)由于溶液受到污染，脫硫脫碳溶液平均每四年需要回制一次，回制費用6000元/t，溶液回制損失按6%計算，NHD溶液按21000元/t，脫硫脫碳系統(tǒng)一共有溶液500t，平均每年可節(jié)約費用(6000×500+500×6%×21000)/4=90.75萬元；

(3)避免一次因銨鹽結(jié)晶引起儀表不能正常工作或管道、填料堵塞造成單系統(tǒng)停車，每小時可增產(chǎn)甲醇40t，增加銷售收入40×2000=8萬元，同時也避免了因甲醇系統(tǒng)停車造成醋酸減量或停車；

(4)避免硫回收平均兩個月清理一次酸性氣放空管道，避免環(huán)保超標或再生塔、硫回收超壓引起安全及設(shè)備事故，提高裝置的運行時間。

4.2 社會效益

洗滌后的含氨廢水可利用變換現(xiàn)有冷凝液氣提裝置，進入汽提氣冷凝分離器上部換熱器預(yù)熱后進入冷凝液氣提塔，經(jīng)蒸汽加熱氣提出水中的NH3、H2S等介質(zhì)后返回氣化水洗或磨機，循環(huán)使用，避免了資源浪費和環(huán)境污染。

(本文文獻格式：陳少鋒.煤制甲醇工藝中的變換氣氨含量控制[J].山東化工，2016，45(14)：70-71.)

Ammonia Content Control of Reforming Gas in the Process of Making Methanol From Coal

ChenShaofeng

(Shaanxi Future Energy Chemical Industry Co., Ltd. ,Yulin 719000，China)

The influence factor of discharge gas qty of compressor and the solution of the problem in the process of operation of the methanolplant based on coal-water slurry gasification had been discussed. Ammonium salt crystallization in the suction port of compressor caused the blocking of suction port of compressor, impeller and runner. Because of which, the discharge gas qty of compressor was seriously affected. The source, formation and the harm of ammonia in the production technology were analyzed. On the basis of analysis, the ammonia washing tower was adopted to solve the problem of high ammonia content of shift gas. So the long period stable operation of production equipments was secured.

reforming gas; ammonia; ammonium salt; washing

2016-05-29

陳少鋒(1981—)，湖北襄陽人，工程師，碩士，主要從事氣體凈化相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)及項目建設(shè)管理工作。

TQ223.12+1

A

1008-021X(2016)14-0070-02