兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)在300 kt／a甲醇裝置上的應(yīng)用

陸瑞平

（鄂爾多斯市烏審旗世林化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古烏審 017313）

甲醇及下游產(chǎn)品

兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)在300 kt／a甲醇裝置上的應(yīng)用

陸瑞平

（鄂爾多斯市烏審旗世林化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古烏審 017313）

介紹以兩段式干煤粉加壓氣化為龍頭的300 kt／a甲醇裝置的流程配置，工程建設(shè)情況，開車過程中出現(xiàn)的問題及解決措施，并總結(jié)設(shè)計、運行等方面的經(jīng)驗教訓(xùn)。

兩段式干煤粉加壓氣化；甲醇裝置；流程配置；開車；問題

0 前 言

鄂爾多斯市烏審旗世林化工有限責(zé)任公司，是山東淄博礦業(yè)集團公司控股、鄂爾多斯市尤氏投資公司參股的國有控股企業(yè)，公司成立于2005年。4×300 kt／a煤制甲醇生產(chǎn)線，與其配套的是面積為65．3平方公里、儲量為10．42億噸的巴彥高勒礦井田，是公司依托當(dāng)?shù)刎S富的煤炭資源在國家級煤化工基地出資建設(shè)的新型綠色能源項目。

公司位于鄂爾多斯市烏審旗烏蘭陶勒蓋鎮(zhèn)，地處毛烏素沙漠腹地。烏審旗位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市西南部，旗府駐地嘎魯圖鎮(zhèn)距鄂爾多斯市212公里，距省會呼和浩特市450公里，地理位置十分便利，煤化工產(chǎn)品運輸很方便。

4×300 kt／a（一期工程300 kt／a）煤制甲醇項目，其工藝路線采用西安熱工研究院自主開發(fā)的兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)制合成氣，經(jīng)一氧化碳耐硫變換、低溫甲醇洗、冷凍、低壓甲醇合成及甲醇精鎦最終制得合格產(chǎn)品甲醇；運用EDS和DCS系統(tǒng)對全廠工藝生產(chǎn)裝置實施集中監(jiān)視、控制和管理，不僅技術(shù)先進、經(jīng)濟合理，而且運行可靠、操作方便。兩段式干粉加壓氣化技術(shù)屬國家863科技計劃項目，氣化爐新技術(shù)已獲得國家專利［專利號ZL01131780．9；ZL200520079041．0］，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。兩段式干煤粉加壓氣化制甲醇被稱為綠煤產(chǎn)業(yè)。

該項目于2012年8月31日投產(chǎn)，生產(chǎn)出合格的甲醇產(chǎn)品，標志著兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)在煤制甲醇裝置上成功應(yīng)用。

1 甲醇項目流程配置

選定的全流程配置為，以當(dāng)?shù)孛簽樵希捎萌胀睹毫? 000 t的兩段式干煤粉加壓氣化裝置生產(chǎn)粗合成氣，粗合成氣經(jīng)甲醇裝置生產(chǎn)精甲醇，同時設(shè)置硫回收裝置，從甲醇裝置酸性氣體脫除工序再生的酸性氣體中回收硫磺。設(shè)置原料煤貯運，成品罐區(qū)及全廠火炬系統(tǒng)及相應(yīng)的公用工程和輔助生產(chǎn)設(shè)施。

氣化裝置需要的氧氣、氣化裝置及甲醇裝置等需要的氮氣由空分裝置提供；全裝置需要的開車蒸汽及正常生產(chǎn)需要的補充蒸汽由3臺75 t／h鍋爐提供。

1.1 氣化裝置

氣化裝置主要由磨粉和干燥、煤粉加壓輸送、煤氣化、除渣、濕洗、灰水處理、公用系統(tǒng)等工序組成。

其工藝流程為，從煤粉給料倉（V03205A／B）來的煤粉與輸送煤粉用的高壓氮氣經(jīng)計量后，送入煤燒嘴（A03301A／B／C／D／E／F）的中心管（煤粉給料倉為2臺，每一臺供應(yīng)氣化爐的2個燒嘴）；來自空分裝置的4．52 MPa（G）、25℃的氧氣經(jīng)氧氣預(yù)熱器（E03309）加熱到180℃后，與少量中壓過熱蒸汽混合進入燒嘴的外環(huán)隙。在氣化爐內(nèi)，由4個煤燒嘴噴入的煤粉與氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)，氣化壓力4．0 MPa（G）；反應(yīng)后的高溫煤氣（1 400～1 600℃）在氣化爐出口被高壓循環(huán)水激冷至900℃左右，進入煤氣激冷罐。煤氣經(jīng)過水激冷和洗滌后，溫度降至340℃左右，進入濕洗工序。

自煤氣激冷罐（V03302）來的3．88 MPa（G）、340℃左右的煤氣，與來自洗滌塔（C03501）底部的174℃洗滌水經(jīng)文丘里洗滌器（J03502）混合洗滌后，送入洗滌塔底部，在此氣水混合物初步分離，氣體上升與塔頂噴淋下來的洗滌水逆流接觸，除去煤氣中的NH3、HCN，以及HCl、HF和微量的固體顆粒，洗滌后的被水飽和了的171℃煤氣送往甲醇裝置的變換工序。

從氣化工序來的渣漿排放水和從濕洗工序來的酸性排放水分別送到中壓閃蒸罐（V03601）閃蒸，中壓閃蒸后的閃蒸氣分別經(jīng)中壓閃蒸氣冷凝器（E03601）和中壓閃蒸氣水冷器（E03602）冷卻到40℃后送至中壓氣液分離罐（V03603），分離出來的氣體送至硫回收裝置，冷凝液送至循環(huán)水緩沖罐；中壓閃蒸后的灰水送至真空閃蒸罐（V03602）進一步閃蒸，閃蒸出來的氣體經(jīng)真空閃蒸氣冷卻器（E03604）冷卻至40℃后送至真空氣液分離罐分離，分離后的氣體排空，冷凝液經(jīng)真空閃蒸冷凝液泵（P03602A／B）增壓后送至循環(huán)水緩沖罐，真空閃蒸后的灰水經(jīng)真空閃蒸灰水泵（P03601A／B）加壓、真空閃蒸灰水冷卻器（E03603）冷卻至50℃后送至澄清槽（S03601）。

澄清的灰水溢流入澄清槽溢流罐（T03601），經(jīng)澄清槽溢流泵（P03605A／B）加壓，除部分排放外，其余循環(huán)使用，澄清增濃的灰漿經(jīng)澄清槽底流泵（P03604A／B）送到真空帶式過濾機（S03602）過濾［用過濾機真空泵（P03608）抽真空］，濾液經(jīng)收集后用濾液泵（P03606A／B）送回澄清槽。濾餅含碳量較高，送至煤場與原料煤混合后再次氣化。

氣化爐內(nèi)氣化產(chǎn)生的高溫熔渣，自流入氣化爐下部的渣池，高溫熔渣經(jīng)激冷后形成約1 mm大小的玻璃體；來自氣化爐下部渣池的濕渣經(jīng)破渣機破碎后送至渣收集器貯存，通過渣鎖斗排入渣脫水槽，經(jīng)撈渣機將濕渣撈起后再由運渣皮帶機送至臨時渣場貯渣斗貯存。氣化爐渣可作建筑材料或用于鋪路基。

1.2 甲醇裝置

甲醇裝置由一氧化碳變換、酸性氣體脫除、合成氣壓縮、甲醇合成、甲醇精餾、氫回收、冷凍等工序組成。其工藝流程為，氣化裝置來3．7 MPa（G）、163℃粗合成氣首先進一氧化碳變換工序，經(jīng)變換后變換氣中一氧化碳含量約為19．4%（體積分率；干基）；變換氣冷卻到40℃后，進低溫甲醇洗工序制取合格的合成氣，并將其壓縮到8．0 MPa后進行甲醇合成，粗甲醇經(jīng)過中間貯罐送甲醇精餾裝置，精餾裝置制取的精甲醇送甲醇成品罐區(qū)。低溫甲醇洗裝置再生CO2氣體經(jīng)CO2壓縮機加壓后送氣化裝置作為煤粉輸送用氣；氣提尾氣送鍋爐煙囪排放；酸性氣體送硫回收裝置生產(chǎn)硫磺。甲醇合成弛放氣經(jīng)氫回收工序分離出來的氫氣直接回收到合成氣壓縮機進口，與新鮮氣混合后進合成系統(tǒng)；分離出的尾氣送氣化磨煤系統(tǒng)作燃料氣用。低溫甲醇洗裝置需要的冷量由冷凍工序提供。

1.3 硫回收裝置

硫回收裝置由克勞斯硫回收工序和硫磺包裝貯運工序組成。其工藝流程為，來自甲醇裝置低溫甲醇洗工序的酸性氣體，采用克勞斯分流法工藝，使1／3的酸性氣體在燃燒爐中與全量空氣燃燒，剩余2／3的酸性氣體自燃燒爐混合室后部送入，進行克勞斯催化反應(yīng)；采用三級克勞斯反應(yīng)器，在催化劑的作用下繼續(xù)進行克勞斯反應(yīng)，反應(yīng)后的過程氣進入三級硫冷凝器冷凝分離出液體硫磺。液硫經(jīng)切片機切片、包裝后送硫磺倉庫儲存。克勞斯尾氣送鍋爐焚燒脫硫后與鍋爐煙氣一起從煙囪排放。

2 工程建設(shè)及開車總結(jié)

2.1 氣化裝置

氣化裝置為西安熱工研究院有限公司自主開發(fā)的日投煤量1 000 t的兩段式干煤粉加壓氣化裝置，該技術(shù)基本是由SHELL氣化技術(shù)演變而來，該裝置在國內(nèi)來說是第一套，在國際上也是第一套，設(shè)計上存在一些問題。

（1）氣化爐出口煤氣被高壓循環(huán)水激冷至900℃左右，進入煤氣激冷罐。該設(shè)計是在SHELL出口冷煤氣激冷降溫和陶瓷過濾器濾灰的基礎(chǔ)上改進而來的，存在如下問題。

①氣化爐激冷水噴頭位置積灰嚴重，清理爐膛積灰十分危險，從爐膛下部無法清理，只有從頂部割開水冷盤管，從頂部進入清理。渣的強度很高，爐內(nèi)通徑幾乎被堵死，氣化爐到輸氣管的壓差高達0．6 MPa；同時，頂部有氮氣平衡管，控制爐內(nèi)和環(huán)隙間壓力平衡，而高溫激冷水在氣化爐內(nèi)參與反應(yīng)，降低了合成氣的有效成分，只有78%左右，與原設(shè)計的有效氣成分90%相比，下降12%。

②將SHELL爐陶瓷過濾器改為激冷罐后，存在的問題是，激冷罐內(nèi)積灰嚴重。水煤漿氣化爐下部激冷室底部的灰渣直接去破渣機，而該激冷罐底部出渣水管道太小（DN200），無法滿足排渣水的要求，因此很容易堵塞，循環(huán)水無法加量，造成合成氣中帶灰嚴重。

③進洗滌塔前文丘里沒有按水煤漿氣化的設(shè)計要求，還是按SHELL氣化爐來設(shè)計，殼牌爐合成氣經(jīng)陶瓷過濾器過濾后粉塵達到40 mg／m3以下，而用激冷罐工藝就達不到陶瓷過濾器的過濾效果，洗灰效果極差，造成洗滌塔內(nèi)塔板堵塞；洗滌塔阻力增大到20 k Pa以上時，洗滌塔帶水嚴重，直接影響變換工序生產(chǎn)，經(jīng)常因合成氣帶水嚴重而被迫停車，經(jīng)濟損失慘重。

（2）氣化爐灰水處理系統(tǒng)設(shè)計不合理。

①灰水處理系統(tǒng)只設(shè)計一套系統(tǒng)，無法滿足系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行，一旦灰水系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏或者管道堵塞等情況，必須停車。

②灰水系統(tǒng)只設(shè)計中壓、真空閃蒸兩級閃蒸，閃蒸不徹底，造成灰水中殘留的有毒有害物質(zhì)脫除不達標，循環(huán)水再生不完全，洗滌效果差，也是造成激冷罐和洗滌塔洗滌效果差而極易堵塞的重要原因。因此，系統(tǒng)必須改造才能滿足生產(chǎn)需要。

③灰水系統(tǒng)澄清槽設(shè)計不合理。澄清槽進液位置設(shè)計不合理，灰水和絮凝劑不能充分混合；同時，澄清槽體積太小，沉降時間嚴重不足，灰水分離效果極差，灰水含灰量嚴重超標，不能滿足生產(chǎn)要求，不能保證長周期運行。

④灰漿過濾機設(shè)計為一臺真空過濾機，一旦真空過濾機出現(xiàn)故障，就不能及時過濾灰漿，造成灰漿在系統(tǒng)循環(huán)，灰水更加不達標，對合成氣洗滌造成極大影響。

（3）氣化采用干煤粉加壓氣化，煤粉極易著火和發(fā)生粉塵爆炸；而公司地處我國西部，冬季天氣極其寒冷，氣化框架封閉存在重大安全隱患。如不封閉，冬季防凍工作極難控制，許多儀表、水管及伴熱管極易凍堵，2012年冬季就因此無法開車，造成嚴重虧損。

（4）開車初期采用氮氣密相輸送煤粉，合成氣中含氮量相當(dāng)高，達到20%，對甲醇生產(chǎn)極其不利；同時，受高壓氮氣壓力的限制，氣化爐壓力只能達到2．8 MPa，對凈化生產(chǎn)影響極大，凈化氣CO2含量超標，氫碳比失調(diào)。

（5）氣化爐爐頂壁超溫，主要原因是氣化爐爐頂?shù)獨馄胶夤懿荒苡行Э刂茽t內(nèi)合成氣倒流到氣化爐環(huán)隙，合成氣倒流到環(huán)隙造成氣化爐爐頂壁溫嚴重超標，不能滿負荷生產(chǎn)，氣化爐不能提到設(shè)計壓力，是該氣化爐致命的弱點。目前還沒有解決的良策。

（6）該裝置已采用CO2密相輸送煤粉，可以解決合成氣氮含量高的問題，但是粗合成氣中CO2含量高達20%，增加了酸脫系統(tǒng)負荷，凈化氣中CO2含量超標。

2.2 甲醇裝置

2.2.1 變換工段

變換工段按高汽氣比和高CO含量來設(shè)計的，設(shè)計有2臺變換爐，一變爐裝填催化劑7．5 m3、二變爐裝填催化劑40 m3；一變爐進口合成氣中CO含量高達55%～60%、水氣比1．0，而且還需防止一變爐超溫，因此一變爐催化劑裝填量很小。但在實際生產(chǎn)中，一變爐進口合成氣中CO含量只有48%，不能達到設(shè)計要求，且粗合成氣中含粉塵量較高，對一變爐催化劑影響極大——一變爐催化劑的低溫活性特差，再加上合成氣溫度沒有達到設(shè)計指標，因此每次開車接氣都非常困難，而且靠一變爐進口閥控制進氣量，其余氣量都分配到二變爐和氫碳比調(diào)節(jié)副線。

針對變換工段的實際情況，決定進行如下技術(shù)改造。

（1）在一變進口增加加熱器，原始開車時可以先用低壓氮氣5 000 m3／h進行變換爐升溫；在開車或者生產(chǎn)過程中合成氣溫度偏低時可以直接升溫，保證生產(chǎn)正常。此項技改每年可節(jié)約50萬元，同時可節(jié)省變換倒盲板的工作量。

（2）原設(shè)計變換添加飽和蒸汽對一變爐進口溫度影響很大，其溫度低，不能滿足一變爐要求，一變爐極易垮溫，改用中壓過熱蒸汽后，能維持一變爐爐溫。

（3）氣化合成氣中含氨量高，變換氣水冷器（E15105）溫度在40℃時，易產(chǎn)生NH4HCO3結(jié)晶并堵塞水冷器列管，系統(tǒng)阻力從0．1 MPa增加到0．4 MPa，為此，我們在E15105進口增設(shè)一條中壓蒸汽吹掃管線，以加熱E15105列管溶解NH4HCO3結(jié)晶，解決阻力增大問題；阻力大時直接用蒸汽提溫溶解NH4HCO3結(jié)晶，實現(xiàn)連續(xù)長周期穩(wěn)定運行。

（4）為了保證變換中壓蒸汽管網(wǎng)的安全，在中壓蒸汽管道上增設(shè)一臺電動調(diào)節(jié)閥，能隨時保證中壓蒸汽管網(wǎng)的安全。

（5）變換催化劑升溫硫化采用氮氣循環(huán)升溫，后改用CS2作硫化劑、直接補充純氫來控制循環(huán)氣中CS2氫解所需氫含量。

2.2.2 酸性氣體脫除工段

酸性氣體脫除工段開車過程中存在如下問題。

（1）工程安裝中冷區(qū)使用的閥門、管件、管道、螺栓螺母材質(zhì)及壓力等級用錯，在三查四定中發(fā)現(xiàn)很多類似問題。

（2）設(shè)備制造質(zhì)量差，CO2解吸塔（C15102）、H2S濃縮塔（C15103）、輔助解吸塔（C15106）三塔升氣管底部托盤未焊完整，段間漏液嚴重。

（3）管道焊接沒有按氬電聯(lián)焊要求去做，設(shè)備及管道內(nèi)的焊渣太多，水聯(lián)動試車時出現(xiàn)泵過濾器堵塞嚴重，同時也造成許多閥門密封面被夾壞，損失比較大。

（4）酸脫系統(tǒng)在進甲醇前進行氮氣干燥，露點達－40℃，系統(tǒng)死角排水，保證系統(tǒng)中甲醇含水量在0．5%以下。

（5）H2S濃縮塔（C15103）氣提氮氣管線未設(shè)立U形管。增設(shè)U形管，以防止甲醇倒流入氮氣管，保證試生產(chǎn)正常進行。

（6）本裝置設(shè)計中增加一套CO2的制取系統(tǒng)，為氣化輸送煤粉作準備，要求CO2純度達到95%以上；與水煤漿氣化裝置相比，酸脫工藝流程復(fù)雜些，設(shè)備投資也高些，操作要求較高。

2.2.3 壓縮機組存在的問題

（1）CO2壓縮機存在的問題。五環(huán)科技股份有限公司設(shè)計時將CO2壓縮機進口壓力設(shè)計為0．02 MPa，而酸脫CO2氣體壓力為0．2 MPa、低壓氮氣壓力0．45 MPa，誤差分別為10倍、20倍，CO2壓縮機無法工作。進行技術(shù)改造，將進口氣動閥改為可調(diào)節(jié)的減壓閥，達到減壓的作用，順利彌補了設(shè)計失誤。

（2）氨壓機存在的問題。干氣密封一級密封氣設(shè)計為低壓氮氣，不能滿足壓縮機高壓缸運行要求，改造為中壓氮氣（2．0 MPa）；干氣密封一級密封氣工藝氣設(shè)計時取至末級冷卻器之后，溫度低（50℃），無法滿足生產(chǎn)要求，為此，改造為取工藝氣在末級冷卻器之前，溫度100℃左右，改造后完全能滿足生產(chǎn)要求。

（3）合成氣壓縮機存在的問題。在開車初期合成氣壓縮機加壓段起不到加壓作用，使得壓縮機加壓段及循環(huán)段防喘振閥無法操作。經(jīng)與廠家交流未果后，公司技術(shù)人員經(jīng)研究，發(fā)現(xiàn)是加壓段的中間冷卻器泄漏嚴重而造成的。堵漏后發(fā)現(xiàn)，加壓段工作基本正常，加壓段防喘振閥也可以調(diào)節(jié)了，但循環(huán)段防喘振閥無法調(diào)節(jié)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)段進口氣量參數(shù)設(shè)計錯誤，經(jīng)調(diào)整后，循環(huán)段防喘振閥完全可以控制在可調(diào)范圍內(nèi)，使合成氣壓縮機處于良好的運行狀態(tài)。

2.2.4 甲醇合成

甲醇合成做氣密試驗過程中發(fā)現(xiàn)沒有8．0 MPa的高壓氣體，我們先用CO2壓縮機打空氣升壓到5．0 MPa，然后用空分充氮氣泵加壓到8．0 MPa才完成氣密試驗。

合成塔測溫?zé)犭娕紱]有設(shè)計套管，工程建設(shè)時訂貨又沒有與廠家說明此情況，熱電偶又非耐壓設(shè)計，合成系統(tǒng)試壓工作十分困難，最后決定用帶壓堵漏的辦法將兩根熱電偶管口堵住。

2.2.5 甲醇精餾

甲醇精餾設(shè)計為預(yù)塔、加壓塔、常壓塔、回收塔四塔工藝，在原始開車過程中精醇產(chǎn)品質(zhì)量達不到優(yōu)等品，同時乙醇含量特高。分析發(fā)現(xiàn)，雜醇油采出位置不合理，在三塔底部液面采雜醇油效果極差，另外在四塔采雜醇油幾乎都是水而不是雜醇油，所以進行了改造，才保證了產(chǎn)品質(zhì)量。為節(jié)能，采用三塔廢水管直接配到四塔出口廢水管處，相連短路再直接到廢水冷卻器，如此則可以改為三塔運行，節(jié)能效果明顯。

3 結(jié) 語

從項目建設(shè)到投產(chǎn)過程中出現(xiàn)了各類困難，在項目組成員共同努力下，大多數(shù)問題都迎刃而解了，由此積累了大量寶貴經(jīng)驗，為集團下一個項目的順利實施奠定了牢實的基礎(chǔ)。然而，在生產(chǎn)穩(wěn)定性、運行周期、生產(chǎn)負荷等方面還存在問題（目前最高負荷開到80%），我們還需繼續(xù)努力，進一步對項目中不合理的地方進行改進，讓該項目更加節(jié)能、環(huán)保、合理。

Two-Stage Dry Pulverized Coal Pressured Gasification Technology Being Applied in 300 kt/a Methanol Plant

LU Rui-ping
（Erdos Wushenqi Shilin Chemical Co．，Ltd．，Wushen Inner Mongolia 017313，China）

Describe the process configuration of the two-stage dry pulverized coal pressured gasification unit in 300 kt／a methanol plant．Also introdue the engineering construction，problems and measures while the unit start-up．And sum up the experience and lesson of the design and operation etc．

two-stage dry pulverized coal pressured gasification；methanol plant；process configuration；start-up；problem

TQ223．12＋1

B

1003-6490（2014）01-0067-04

2013-11-07

陸瑞平（1967－），男，江蘇大豐人，工程師，現(xiàn)任鄂爾多斯市烏審旗世林化工有限責(zé)任公司副總工程師，長期從事合成氨、尿素及甲醇生產(chǎn)技術(shù)改造和生產(chǎn)管理工作。