WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在變換裝置的在線切換研究

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司一期項目為50萬t/a甲醇裝置，采用SHELL干粉煤加壓氣化爐(1臺)提供原料氣。二期項目為40萬t/a醋酸裝置，采用新型WHG干煤粉加壓氣化爐(2臺)提供原料氣。WHG煤氣化工藝是中國五環(huán)工程有限公司與河南能源化工集團有限公司合作開發(fā)的、具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的新型氣化工藝。WHG煤氣化工藝與SHELL煤氣化工藝都采用氣流床加壓氣化、液態(tài)排渣、濕洗洗滌，兩者都具有適用煤種范圍廣、碳轉(zhuǎn)化率高、單爐產(chǎn)氣能力大等特點。

一期裝置及二期裝置在運行時經(jīng)常出現(xiàn)氣化裝置需要停車檢修，但后系統(tǒng)可以繼續(xù)運行的情況。如果僅因SHELL氣化裝置需要停車檢修而造成整個一期后系統(tǒng)完全停車，或者WHG氣化爐需要停車檢修而造成整個二期后系統(tǒng)完全停車，都會浪費大量人力財力，頻繁開停車會增加安全事故及環(huán)境污染事故發(fā)生的概率。針對此情況，本文對WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在變換裝置的在線切換進行了研究，兩種粗煤氣在變換裝置在線切換的實現(xiàn)可減少以上情況造成的人力、財力浪費，同時降低了因后系統(tǒng)開、停車造成的安全事故及環(huán)境污染事故發(fā)生的概率。

1 二期變換工藝流程

二期變換裝置總共2臺變換爐，采用低水汽比耐硫變換工藝。一、二變爐分別裝填16m3、29m3青島聯(lián)信公司生產(chǎn)的寬溫耐硫低水汽比鈷鉬催化劑QDB-05。變換工藝流程見圖1。

圖1 CO變換工序工藝流程1—原料氣分離器；2—原料氣過濾器；3—煤氣低壓廢熱鍋爐；4—1#煤氣分離器；5—除鹽水預(yù)熱器Ⅱ；6—2#煤氣分離器；7—煤氣預(yù)熱器；8—第一變換爐；9—淬冷過濾器；10—第二變換爐；11—變換氣廢熱鍋爐；12—除鹽水預(yù)熱器Ⅰ；13—1#變換氣分離器；14—變換氣水冷器；15—2#變換氣分離器

來自煤氣化裝置180 ℃、3.8 MPa(a)的粗煤氣經(jīng)原料氣分離器和原料氣過濾器分離出冷凝液和過濾除去粉塵等雜質(zhì)后，分成兩股，其中一股去淬冷過濾器，另外一股進入煤氣低壓廢熱鍋爐副產(chǎn)0.4 MPa(a)低壓飽和蒸汽，以供汽提塔和循環(huán)冷卻水泵使用，煤氣溫度降至約177 ℃，進入至1#煤氣分離器并分離出冷凝液，再分出一股去淬冷過濾器，另外一股進入除鹽水預(yù)熱器Ⅱ回收熱量，煤氣溫度降至約155 ℃，再進入2#煤氣分離器并分離出冷凝液后，煤氣分3股：第1股(約占19.6%)煤氣送至一期甲醇裝置，第2股(約占31.8%)煤氣作為副線調(diào)節(jié)出變換工序控制指標，第3股(約占48.6%)煤氣則經(jīng)過煤氣預(yù)熱器預(yù)熱至200～230 ℃進入第一變換爐進行變換。

出第一變換爐的變換氣溫度約380～440 ℃，CO含量39.6%(mol，濕基)，先經(jīng)煤氣預(yù)熱器降溫至約320～380 ℃，再與來自原料氣過濾器和1#煤氣分離器前的兩股煤氣混合，并通過淬冷過濾器降溫增濕后，進入第二變換爐，出第二變換爐的變換氣依次經(jīng)過變換氣低壓廢熱鍋爐和除鹽水預(yù)熱器Ⅰ，以副產(chǎn)1.7 MPa(a)飽和蒸汽并送入管網(wǎng)和預(yù)熱除鹽水回收余熱。出除鹽水預(yù)熱器Ⅰ的變換氣夾帶有少量冷凝液，然后進入1#變換氣分離器分離出冷凝液后，再進入變換氣水冷器，待變換氣溫度降至40 ℃，進入2#變換氣分離器分離出冷凝液后，變換氣送酸性氣體脫除工序。

2 WHG與SHELL的粗煤氣組分分析對比

WHG氣化裝置與SHELL氣化裝置粗煤氣分析對比見表1。

表1 WHG與SHELL氣化裝置粗煤氣分析對比%

從WHG氣化裝置與SHELL氣化裝置粗煤氣分析對比可知：①WHG氣化裝置與SHELL氣化裝置粗煤氣組分相近，可以實現(xiàn)在二期變換裝置的在線切換；②WHG粗煤氣溫度比SHELL粗煤氣溫度高約14 ℃，切氣時會造成變換爐入口合成氣溫度及水氣比變化較大；③WHG粗煤氣的含灰量高于SHELL粗煤氣的含灰量。

由于一期合成裝置對氣體潔凈程度要求比較高，本文只研究單臺WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在二期變換裝置的在線切換。

3 WHG與SHELL粗煤氣變換裝置在線切換

3.1 WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣的連接方式

在變換裝置內(nèi)，一期殼牌粗煤氣與二期五環(huán)爐粗煤氣由1根DN450的雙向管道連接。雙向管道見圖2。

圖2 一期與二期粗煤氣雙向連通管線

3.2 SHELL粗煤氣在線切入二期變換裝置

在試生產(chǎn)階段，由于二期五環(huán)爐難免會經(jīng)常出現(xiàn)停車狀況，如果僅僅是WHG氣化裝置出現(xiàn)問題，需要停車處理，但是在后系統(tǒng)不需要停車的情況時，可以將一期SHELL粗煤氣在線切入二期變換裝置來保證后系統(tǒng)的正常運行。

3.2.1 切氣方法

(1)調(diào)度室統(tǒng)一協(xié)調(diào)SHELL粗煤氣切入二期變換裝置及WHG粗煤氣退出二期變換裝置。

(2)SHELL氣化爐壓力改為16PV0008A進行控制，氣化爐逐步提至正常負荷。將SHELL粗煤氣向二期導(dǎo)入40%氣量，一期裝置60%負荷運行。

(3)二期變換逐漸打開FV03816A閥的后手閥，前手閥保持微開，同時緩慢將FV03816A閥開至5%位置，根據(jù)一期的工況逐漸開大FV03816A前手閥。待FV03816A前手閥全開后，緩慢開大FV03816A閥，同時逐步關(guān)小036PV0008A閥。在FV03816A閥與036PV0008A切換過程中，密切關(guān)注變換爐入口的粗煤氣流量，確保流量穩(wěn)定，同時關(guān)注催化劑床層溫度，防止出現(xiàn)超溫、垮溫。

(4) 二期變換操作人員在SHELL粗煤氣送入變換裝置前，由于SHELL粗煤氣溫度低于WHG粗煤氣，可以將一變爐的爐溫控制在操作溫度的上限，每次送入氣量不超過5 000Nm3/h，同時WHG粗煤氣退出5 000Nm3/h，保持總氣量不變，減小變換工況的波動。待變換工況重新穩(wěn)定后再次送入5 000Nm3/h，直至SHELL粗煤氣與WHG粗煤氣在變換裝置在線切換結(jié)束。由于整個切氣過程會導(dǎo)致系統(tǒng)波動，因此切氣過程要緩慢進行。

(5)逐步將二期氣化爐036PV0008A閥退出后，關(guān)閉036PV0008A及后手閥，變換關(guān)閉界區(qū)調(diào)節(jié)閥，將WHG氣化爐與二期變換裝置隔離。至此，整個在線切氣過程結(jié)束，WHG氣化爐可以停車檢修。

3.2.2 二期變換裝置所用粗煤氣生產(chǎn)醋酸

此工況的變換工藝參數(shù)見下表2。

表2 變換工藝參數(shù)

3.2.3 SHELL粗煤氣在線切入存在的風(fēng)險

(1)參與切氣過程的分廠比較多，若配合不到位易造成二期變換爐氣量增大，空速增大，二期變換裝置垮溫。

(2)造成一、二期系統(tǒng)壓力發(fā)生波動。

(3)WHG氣化爐036PV0008A閥與變換裝置FV03816閥配合不到位，出現(xiàn)二期變換工況波動，影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

(4)在切氣過程中，可能會出現(xiàn)二期變換裝置H/C偏離指標。

(5)在切氣過程中，可能會出現(xiàn)二期酸脫工況發(fā)生異常，如原料氣中CO2減少，原料氣量降低，無法滿足二期深冷工況的需要，可能會影響到深冷分離出口CO的純度。

(6)SHELL粗煤氣溫度166 ℃，加上因一、二期雙向管線較長造成的熱損失，導(dǎo)致比WHG粗煤氣溫度偏低，二期變換工況切氣時可能會發(fā)生垮溫。

3.3 WHG粗煤氣在線切入二期變換裝置

WHG氣化裝置檢修完成，氣化裝置開車負荷正常后，可以將WHG粗煤氣在線切入二期變換裝置，實現(xiàn)裝置的長周期、安全、高負荷運行。

3.3.1 切氣方法

(1)調(diào)度室統(tǒng)一協(xié)調(diào)WHG粗煤氣切入二期變換裝置及SHELL粗煤氣退出二期變換裝置。

(2)保證WHG氣化爐高負荷，并控制WHG氣化爐壓力高于變換系統(tǒng)壓力后逐漸打開036XV0002，微開036PV0008A閥和HV03801閥，對氣化爐至變換的部分管線進行暖管。

(3)WHG粗煤氣進入變換裝置的溫度高于150 ℃，且變換爐工況穩(wěn)定后繼續(xù)開大036PV0008A閥至10%開度，通過HV03801控制進入變換的粗煤氣量，每次開閥接氣不得超過5 000Nm3/h，當(dāng)工況穩(wěn)定后，將036PV0008A閥投入自動。

(4)WHG粗煤氣進入變換裝置約50%后，逐漸關(guān)小FV03816A閥，減少來自SHELL粗煤氣的量，在關(guān)閥過程中控制一變爐的床層溫度在操作窗口的下限，控制進入一變爐的氣量不要出現(xiàn)大幅度波動。

(5)變換裝置在WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣切換過程中，及時對變換爐的工況進行預(yù)調(diào)整。

(6)WHG粗煤氣全部導(dǎo)入變換裝置后，緩慢退出剩余的SHELL粗煤氣，至此WHG粗煤氣在線切入變換裝置結(jié)束。

3.3.2 變換工藝參數(shù)

二期變換裝置所用粗煤氣全部由WHG氣化爐(單臺)提供生產(chǎn)醋酸。此工況的變換工藝參數(shù)見表3。

表3 變換工藝參數(shù)

3.3.3 WHG粗煤氣在線切入存在的風(fēng)險

(1)WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣的溫差較大，WHG粗煤氣切入變換裝置時會使變換爐發(fā)生較大波動。

(2)切氣過程中，若二期變換工況發(fā)生波動，會導(dǎo)致二期低溫甲醇洗的CO2發(fā)生波動，導(dǎo)致系統(tǒng)冷量可能會出現(xiàn)異常。

(3)二期低溫甲醇洗工況若發(fā)生較大波動，會造成二期深冷冷箱停車。

(4)SHELL粗煤氣退出變換裝置時，氣量的波動會導(dǎo)致變換爐出現(xiàn)較大波動。

4 結(jié)語

(1)WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在變換裝

置中在線切換的成功，實現(xiàn)了河南龍宇煤化工有限公司一期裝置與二期裝置粗煤氣互連互用。

(2)避免了因WHG氣化爐檢修造成的二期變換裝置及后系統(tǒng)停車，保證了二期變換及后系統(tǒng)的長周期、穩(wěn)定運行，節(jié)省了大量開、停車費用，同時也減少了因開、停車造成的安全事故及環(huán)境污染事故。

(3)根據(jù)甲醇及醋酸的市場行情，經(jīng)過核算后，將一部分SHELL切入二期變換裝置提高醋酸裝置負荷，實現(xiàn)公司產(chǎn)品經(jīng)濟利益最大化。

(4)WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在變換裝置中在線切換的成功，為同類裝置的相關(guān)研究積累了寶貴經(jīng)驗，具有一定的借鑒意義。