甲醇生產裝置系統壓力維穩方案

張 月 吳琳瑜 王雯雯

(兗礦國宏化工有限責任公司山東鄒城273512)

甲醇生產裝置系統壓力維穩方案

張 月 吳琳瑜 王雯雯

(兗礦國宏化工有限責任公司山東鄒城273512)

在甲醇生產裝置的整個工藝流程中，維持系統壓力穩定有著至關重要的意義。若系統壓力過高，給承壓設備、管道、法蘭帶來安全隱患，會引發一系列的跑、冒、滴、漏等問題；同時，為防止系統超壓，有效氣體被迫從火炬放空燃燒，造成生產消耗增加。若系統壓力過低，不利于各化學反應的進行。如果整個生產系統壓力大幅波動，所形成的沖擊力會造成系統內件和管道內垢片脫落，進而影響生產系統長周期運行。

1 工藝流程及參數

兗礦國宏化工有限責任公司年產500 kt甲醇生產裝置采用德士古水煤漿加壓氣化、魯奇公司的低溫甲醇洗煤氣凈化、華東理工大學的低壓合成甲醇等先進技術工藝。甲醇生產裝置工藝流程為：氣化工段→變換工段→凈化工段→壓縮工段→合成工段。甲醇生產裝置雙爐滿負荷運行時各工段工藝參數如表1所示。

表1 甲醇生產裝置雙爐滿負荷運行時各工段工藝參數

2 影響系統壓力的因素

2.1 氧煤比

根據氣化工段氣化爐投氧量與投煤量的比值計算所得。CO作為變換工段變換反應的反應物，其濃度直接影響了變換反應的速率。氧煤比的高低直接影響氣化工段水煤氣中的CO含量，從而影響變換反應中反應物CO濃度。

2.2 水氣比

指水煤氣中水汽含量與干氣的比值。H2O作為變換工段變換反應的反應物，其濃度直接影響變換反應的速率。氣化工段水煤氣中水汽含量直接決定了變換反應中反應物H2O的濃度。

2.3 甲醇循環量

指入凈化主洗塔吸收洗滌的貧甲醇流量。在低溫甲醇洗操作中，系統甲醇循環量的多少直接影響到新鮮氣中的CO2含量，其中貧甲醇的再生度及水含量都是重要的控制指標。

2.4 系統壓力

低溫甲醇洗的物理吸收過程遵循亨利定律，即增加氣體的壓力有利于氣體的吸收，降低氣體的壓力有利于氣體的解析。

2.5 主洗甲醇溫度

指入凈化主洗塔吸收洗滌的貧甲醇溫度。甲醇溶液的溶解度隨溫度的下降而顯著增加，故吸收過程要求在盡可能低的溫度下進行。

2.6 聯合壓縮機

指聯合壓縮機工段將來自低溫甲醇洗工段的合格新鮮氣經壓縮升壓送至甲醇合成系統合成甲醇，是整個系統壓力維持穩定的重要輔助手段。當系統壓力出現波動時，可通過改變聯合壓縮機的防喘振閥開度及運行轉速來達到調節系統壓力的目的。

2.7 合成塔壓力

甲醇合成塔的壓力主要受新鮮氣中氫碳比影響。正常生產時，應保證氫碳比在要求指標范圍內；若氫碳比嚴重失調，則合成塔壓力波動幅度較大，導致聯合壓縮機超出調節范圍，最終迫使系統減量或放空。其中，新鮮氣中CO含量主要受變換工段控制，CO2含量主要受凈化工段控制，只有這2個工段統一由合成工段指揮、互相協調配合，才能更好地控制氣體成分，從而滿足甲醇合成塔穩定運行的要求。

3 存在的問題及處理方案

3.1 變換工段CO含量調節滯后

為了保證出變換工段CO含量穩定，必須保證變換反應平穩進行，即保證反應物CO和H2O的含量穩定。在生產運行中，為應對氣化工段氧煤比、水氣比的波動，需在變換工段通過水煤氣副線閥門進行調節，而變換氣在線分析取樣點在變換工段出口處，分析結果經實際對比測算，常常會滯后25 min。因此，當氣化工段工況出現波動時，變換工段CO調節滯后。

處理方案：為減少變換氣分析的滯后時間，將變換氣取樣點前移(圖1)，分析結果經實際對比測算，滯后時間縮短至5 min。

根據實際操作經驗，當氣化工段氧煤比、水氣比波動時，由于變換爐內的變換反應是放熱反應，變換爐的熱點溫度波動非常敏感，進而引起系統壓力小幅度波動。因此，通過對變換爐熱點溫度、系統壓力、在線分析三者進行綜合判斷分析CO含量的變化情況，對調節變換工段CO含量具有指導意義。

圖1 變換氣取樣點前移流程示意

3.2 氣化工段氣化爐加減負荷時壓力波動大

該套甲醇生產裝置設計處理變換氣流量為218 000 m3/h(標態)，正常負荷下3臺氣化爐2開1備，每臺氣化爐提供109 000 m3/h(標態)左右的氣量。若1臺氣化爐發生跳車事故，系統負荷突然減半，系統壓力短時間內會迅速下降。在壓力重新趨于穩定后，發現新鮮氣中CO2含量會逐漸降至零，導致氫碳比過高，合成塔壓力迅速上升，整個系統的壓力也會隨之上升。在氣化爐并爐加負荷時，若氣量增長較快，則對應的CO和CO2的調節常常跟不上氣量的增長速度，氫碳比也會出現一個短時間內的失調。

處理方案：在發現單臺氣化爐跳車、氣量迅速下降時，聯合壓縮機應該在最短時間內開大防喘振閥，并降低運行轉速，使氣體大量回流，以保證前系統壓力穩定。由于氣量減半，低溫甲醇洗的甲醇循環量也要按比例進行減少。滿負荷時，入凈化主洗塔CO2主洗段的貧甲醇流量指標為349 m3/h，入H2S主洗段的富碳甲醇流量指標為180 m3/h；負荷減半后，按比例貧甲醇流量應降至175 m3/h左右，富碳甲醇流量應降至90 m3/h左右。由于甲醇流量過低時在塔盤上可能會出現偏流現象，會導致凈化氣中總硫含量超標(體積分數≥0.1×10-6)，從而造成合成塔催化劑失活。因此，在半負荷時一般會將貧甲醇流量控制在約200 m3/h、富碳甲醇流量控制在100 m3/h左右，即均略大于比例設計值。為此，變換工段應在負荷減半后就有針對性地適當提高CO含量，而非等到合成塔壓力開始上升后再作調節，從而避免系統壓力的失控。在氣化爐并爐時，可根據氣化放空量來控制并氣速度，以保證氣量緩慢穩定增長。在并氣過程中，聯合壓縮機逐漸關小防喘振閥，并提高運行轉速，變換工段和凈化工段各自根據氣量的增加及合成工段的要求相應調節出適宜的CO和CO2含量，以保證系統壓力的穩定。

3.3 煤漿濃度波動對系統壓力的影響

在生產裝置雙爐滿負荷運行工況下，當煤漿濃度波動時各工段指標見表2。

表2 煤漿濃度波動時各工段指標

由于煤漿濃度取樣分析間隔時間一般為2 h，嚴重滯后，而煤漿濃度大幅波動時對氣體成分影響較為明顯，進而引起系統壓力波動。

當氣化工段的煤漿濃度出現波動時，煤漿管線與氣化爐燃燒室的壓差也會出現波動，同時氣化爐爐溫、氣化爐排渣渣樣都會給予積極的反饋，然后可結合各工段氣體成分在線分析指標，有針

對性地對變換工段CO含量、凈化工段CO2含量進行調節，對系統壓力維穩具有指導意義。

3.4 氣化工段高壓煤漿泵墊缸對系統壓力的影響

氣化工段高壓煤漿泵為三缸單作用往復隔膜泵，一旦某個缸出現墊缸不打量，會造成氣化爐投煤量短時間內降低，氧煤比大幅增大，各工段氣量驟減，系統壓力大幅下降，進而引起各工段氣體成分變化。通過氣化工段主動調節，即增大高壓煤漿泵電機頻率后，氣化爐投煤量又會陡增，甚至超過原來的正常投煤量，同時系統壓力又會增高。因此，當高壓煤漿泵墊缸時，系統壓力會出現反復波動，給壓力調節帶來一定困難。墊缸發生時各工段指標對比見表3。

表3 墊缸發生時各工段指標對比

根據實踐經驗，墊缸發生前、后雖然氣體成分和氣量會發生大幅波動，但墊缸畢竟是個短期現象，因此，各崗位對氣體成分的調節幅度要小，應防止調節幅度過大而引起系統壓力的不平穩。墊缸發生時，因氣化工段氧煤比大幅上升，氣化工段需及時調整氧煤比至正常范圍內；同時，變換工段、凈化工段及合成工段有針對性地對氣體成分進行小幅調節。當墊缸問題消除后，各崗位人員應及時恢復至墊缸之前的工況。

4 結語

在日常操作中，各工段應統一操作思路，做好數據統計和經驗總結，并通過上述幾個處理方案，有針對性地解決工藝生產中可能造成系統壓力波動的各項問題，從而維持整個甲醇生產系統的壓力穩定。

歡迎訂閱 歡迎投稿 歡迎刊登廣告

2016- 03- 04)