甲醇變換工藝系統改造分析

李廷東

摘 要：在經濟發展過程中，甲醇一直是作為一種基本的有機化工原料在起作用。但是在能源總量每況愈下的現實環境里，甲醇逐漸被發展成了一種重要的能源替代品。現在隨著甲醇需求量的日益增大，二甲醇等甲醇產品的質量和性能越來越受到人們的關注，甲醇變換工藝系統改造也變得尤為重要。該文以甲醇合成變換改造為例，分別介紹了甲醇變換工藝改造前后的情況，詳細闡述了工藝改造過程及要點，以方便讀者進一步了解甲醇變換工藝，對相關企業的生產過程有一定的借鑒和指導意義。

關鍵詞：甲醇變換工藝 系統改造 廢熱鍋爐

中圖分類號：TQ223 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0091-01

我們通過調查發現，一些公司2008年投產的甲醇變換工藝系統，主要出現過三個方面的問題。一是催化劑低溫活性得不到充分的利用，原因是適應初期的變換催化劑，變換爐入口溫度無法滿足要求的溫度，使得反應溫度普遍較高，從而使得催促劑低溫活性得不到充分的利用；二是催化劑使用后期的問題，在使用后期一般要求變換爐水汽比相應提高，而現在的甲醇變換工藝手段得不到有效控制，這樣會導致變換工段出口一氧化碳含量嚴重超標，影響整個合成裝置的運作，產品的質量也不會得到有效的保障。最后一個問題是本工段熱量得不到合理的利用，蒸汽系統嚴重失衡。這上面種種問題的呈現充分印證了制約整個生產系統的瓶頸問題就是甲醇變換問題。這些公司在2011年和2012年檢修期間對甲醇變換工藝系統進行了改造，在2012年六月份底投入生產運行，自投運以來，上述問題得到了有效地解決。現在以甲公司為例，進行具體分析。

1 改造原因、方案、投資及主要驗證指標

1.1 改造原因

（1）鍋爐給水加熱器H2002設計壓力為2.5MPa，H2000蒸汽因受限制，只能提到2.2MPa左右，入變換爐煤氣水汽比偏低；（2）無法控制H2000廢鍋液位，因為H2002熱負荷太大，如果設計爐給水流量是171蒸t，鍋爐給水出口溫度是一百九十攝氏度，實際的鍋爐給水流量就會達到二百蒸噸，鍋爐給水出口溫度就會達到飽和溫度，大概為210 ℃。（3）進入H2003廢熱鍋爐的變換氣溫度偏高，H2003設計產0.3 MPa低壓蒸汽74蒸t，實際產低壓蒸汽130蒸t，導致蒸汽系統無法平衡；（4）變換催化劑使用初期，低負荷運行時，變換爐入口溫度最低降至280 ℃左右，無法再降低，催化劑的低溫活性得不到利用。

1.2 改造方案

（1）調節煤氣的水氣比，給具體方法是H2000增加一條副線，以此來調節E2001蒸汽壓力和副線的煤氣量，最終達到調節煤氣水氣比的效果；（2）在H2001入口管道上增加一只閘閥，在閥前增加一條調溫副線；（3）為了降低E2003的熱負荷，使得低壓蒸汽的產量減少，最終讓新增廢熱鍋爐產生的蒸汽進入中壓蒸汽管網，可以在H2001后H2002前增加一臺廢熱鍋爐，產汽量是30蒸t，蒸汽壓力是2.5 MPa。

1.3 項目投資情況

該公司總投資約四百萬元，具體費用分布如下：60萬t甲醇變換裝置新增加了兩條副線和一臺廢鍋；另外還有管道費、材料費和設備安裝費等其他費用。

1.4 主要驗證指標

S2000出口溫度在一定范圍內可控，水汽比可根據系統負荷及時調整；（2）W2000入口煤氣溫度可控制在280 ℃以下；（3）變換爐溫度可控制在450 ℃以下；（4）變換氣一氧化碳能根據合成工況及時調整，穩定在19%和22%之間；（5）H2002出口鍋爐給水溫度降至設計值190 ℃；（6）H2003蒸汽產量。

3 項目考核驗收

2012年7月22日0∶00—7月24日24∶00，共計72 h，該公司組織進行了項目的改造考核驗收工作，整個過程中，每間隔兩個小時記錄一次數據，并將新獲得的數據和改造前相同情況下的原始數據進行了參照、分析，現得到如下數據：

這次考核共涉及七個項目：S2000出口煤氣溫度（攝氏度）、W2000進口煤氣溫度（攝氏度）、變換爐溫度（攝氏度）、變換氣一氧化碳含量（百分比）、H2002鍋爐給水出口溫度（攝氏度）、H2003蒸汽量（蒸噸）和H2009蒸汽量（蒸噸）。S2000出口煤氣溫度（攝氏度）改造前均值是221.33 ℃，改造后均值是220.86 ℃；W2000進口煤氣溫度（攝氏度）改造前均值是297.38 ℃，改造后均值是274.56 ℃；變換爐溫度（攝氏度）改造前均值是452.46，改造后均值是438.36；變換氣一氧化碳含量（百分比）改造前均值是21.73%，改造后均值是20.69%；H2002鍋爐給水出口溫度（攝氏度）改造前均值是221.5 ℃，改造后均值是191.64 ℃；H2003蒸汽量（蒸噸）改造前均值是140蒸t，改造后均值是104.97蒸t；H2009蒸汽量（蒸噸）改造前均值是—— ，改造后均值31.5蒸t。

3.1 考核驗收結論

解決煤制甲醇生產過程中變換系統的瓶頸問題是該公司本次改造的重點，解決了煤制甲醇生產過程中變換系統的瓶頸問題來為裝置達產降耗創造條件，為裝置安全、穩定的運行提供保障。第一步通過變換第一廢鍋及變換入口氣/氣換熱器增設附線來提高煤氣的水汽比的可調性。再加上新增廢鍋這一步驟，成功解決低品位蒸汽過剩的問題，使其轉變為高品位可利用的蒸汽。

（1）我們通過數據分析可以看出H2000出口煤氣溫度原來基本上是不可以控制的，而改造后H2000出口煤氣溫度可以按照要求任意調節，也就說明了這次改造成功地改善了變換爐的反應條件，提高了其整體的轉換率。（2）改造前變換爐進口溫度根本無法降低，相應的催化劑層溫度也是比較高的。變換爐進口溫度全都在280 ℃以上，有時候會高達300 ℃，而相應的催化劑層溫度也基本在450 ℃左右。改造后變換爐進口溫度（在催化劑使用初期）可以控制在250 ℃和260 ℃之間，經過一年多的運行，目前變換爐進口溫度也基本控制在274 ℃左右，催化劑層溫度也得到了很好地控制，基本上可以穩定在438 ℃左右，很明顯地延長了催化劑的壽命。（3）改造前由于催化劑一直是在高溫情況下運行，活性衰減較迅速，自熱平衡很困難，尤其在使用后期。這樣就被迫導致變換爐降負荷運行，結果會使得變換氣一氧化碳過高，最高可能會達到25%，對后系統的經濟運行產生不良后果。改造后催化劑床層溫度得到有效地控制，整體可以平穩地工作，控制氣體成分變得容易，變換氣中的一氧化碳可以全部掌控在指標范圍之內，并可以根據合成系統的工況隨時來調整。

綜上所述，經過一系列的改造，變換系統穩定的操作和合理的運行指標成功地說明該公司變換系統的問題得到徹底的解決。但是在現實環境中，由于各廠工藝路線、工況及運行情況的區別和差異，各廠需要依據實際情況隨時變換解決方案，采取相應措施，以求運行效果達到最好。endprint