4.0 MPa、50 000 m3/h焦爐氣脫汞加氫裝置的運行總結

周 峰， 程建申， 潘偉峰， 王建民， 張 亮

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司， 山西運城 043200)

1 裝置概況

山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司焦爐氣脫汞加氫裝置于2015年12月建成使用，設計處理焦爐煤氣量為50 000 m3/h(標態)，操作壓力為4.0 MPa；采用北京三聚環保公司的脫汞吸附劑和加氫催化劑吸附焦爐氣中汞及不飽和烴，控制脫汞加氫裝置出口汞質量濃度≤0.01 μg/m3(標態)，不飽和烴控制在0.1%，處理后的焦爐氣為滿足后續合成氨聯產液化天然氣(LNG)生產工藝要求的合格原料氣[1]。

2 工藝氣流程概述

來自2D80 70.5/6-40對稱平衡往復式壓縮的焦爐氣含有約50 mg/m3(標態)的H2S及200～300 mg/m3(標態)的有機硫，烯烴體積分數約1.3%(原設計3%)，壓力約4.0 MPa，溫度≤ 40 ℃，在吸油槽進一步除掉氣體機械油后進入脫汞槽，通過脫汞吸附劑吸附焦爐氣中的汞，再進入焦爐氣段間及換熱器管間，與一級加氫轉化器轉化后的熱氣體換熱，溫度加熱至160～240 ℃進入預加氫轉化器，在鐵鉬催化劑的作用下，將有機硫加氫轉化為無機硫，焦爐氣中部分烯烴加氫轉化為飽和烴，觸媒熱點溫度為320～400 ℃，再進入一級加氫入口換熱器，將溫度降到200～280 ℃后進入一級加氫轉化器，焦爐氣在一級加氫轉化器中通過鎳鉬催化劑進一步將有機硫轉化為無機硫，烯烴加氫轉化為飽和烴，觸媒熱點溫度為320～380 ℃，進入焦爐氣換熱器殼程與入口焦爐氣換熱后，進入一級加氫入口換熱器殼程和預加氫轉化器出口氣體換熱，控制換熱后的焦爐氣溫度≥150 ℃，送往合成氨工藝中的變換工段作為原料氣生產LNG和合成液氨。

3 運行中出現的問題及解決方法

3.1 凈化脫汞加氫工段一級加氫轉化器超溫

(1) 事故經過。2015年11月25日夜班，焦爐氣脫汞加氫工段進入生產試運行調試階段。生產氣量8 000 m3/h，系統壓力1.5 MPa ，3:00開始逐漸加壓至3.0 MPa，一級加氫轉化器下段下部熱點(6點)溫度從370 ℃上升至420 ℃；3:47時溫度上升至480 ℃，4:08時溫度上升至505 ℃， 4:37時溫度上升至690 ℃(29 min)；4:50時經過現場放空溫度開始下降至634 ℃，同時溫度出現反彈，瞬間上升至762 ℃，持續至5:11(21 min)，造成一級加氫轉化器最下層觸媒超溫事故(超溫觸媒層高20 cm)。

(2) 原因分析。系統通過的焦爐氣氣量偏小(設計50 000 m3，實際8 000 m3)。焦爐氣在一級加氫轉化器反應器下部觸媒層形成局部熱量集聚，達到副反應溫度區域，引發甲烷化副反應，造成反應器底部溫度超溫。

(3) 處理措施。加大焦爐氣通過系統的流量或降低系統壓力，及時移除反應層熱量，防止超溫事故再次發生。超溫時采取塔后放空、加大氣體流速、降低床層溫度等措施，打開一級加氫轉化器出口閥、放空閥，打開N2閥對一級加氫轉化器降溫。

3.2 凈化脫汞加氫氧含量高切氣

(1) 事故經過。2016年1月26日11:10，硫銨工段進口氧體積分數由0.6%逐漸上升，到11:30，氧體積分數為0.9%。操作人員通知硫銨工段停電捕焦油器，到12:20，氧體積分數上升至1.6%，硫銨工段進口切氣放空；13:10，預加氫進口第一點溫度上升至350 ℃、第六點溫度上升至480 ℃；13:35，關脫汞加氫進口閥、出口閥，停止給變換送氣，卸系統壓力降溫；14:20，加氫接氣升壓，準備給變換送氣；16:40，升壓正常，系統穩定。

(2) 原因分析。外供焦爐氣中氧含量高；采取措施緩慢，切氣滯后。

(3) 采取措施。脫汞加氫工段進口氧含量高，觸媒熱點暴漲，關閉系統進出口閥，切斷焦爐煤氣，用氮氣降溫。

3.3 脫汞加氫裝置自身反應熱不平衡工藝改造

(1) 事故現象。開工電加熱爐原設計為裝置原始開工時供硫化觸媒和系統開車使用，正常運行時觸媒的反應熱能維持系統熱量平衡。系統開車時，觸媒溫度低不在活性范圍內，不能起到觸媒的作用，短時利用開工電加熱爐提高焦爐氣溫度，在達到觸媒活性溫度時停用，無需長期在線運行。但由于實際焦爐氣量小、不飽和烴含量與原設計相比有偏離，反應產生的熱量少，而且要保證后工序變換工段進口溫度≥150 ℃，造成系統自身反應熱不平衡，以致開工加熱電爐需長期在線運行。電加熱爐運行期間，電加熱管外壁溫度在600 ℃以上，焦爐氣部分物質形成析碳附著在電加熱管外壁，導致電熱管換熱效果差，因局部溫度過高，加熱的電爐絲容易燒斷電加熱管，形成焦爐氣泄漏著火或爆炸，存在較大的安全隱患。

(2) 處理措施。增加焦爐氣加熱器、凝液氣化罐兩臺設備，利用變換工段副產的5.0 MPa飽和蒸汽加熱焦爐氣，并閃蒸2.0 MPa和0.5 MPa飽和蒸汽，供外界使用。這樣可以避免開工電加熱爐長期在線運行，電爐絲保護外管不出現析碳現象，解決了電加熱絲局部過熱、外保護管發生變形等問題，避免了泄漏事故的發生，保證了裝置安全低耗、長周期穩定運行。

4 結語

通過3年的生產運行總結，裝置正常運行期間，預加氫爐入口溫度控制在160～240 ℃，催化劑床層熱點溫度最高不超過400 ℃，裝置出口不飽和烴≤0.05%且運行平穩。證明吸油槽采用TX-1型吸油劑，脫汞槽采用THG-1脫汞劑，預加氫轉化器采用TO-1預加氫抗毒劑和T202C有機硫加氫催化劑，一級加氫轉化器采用T202A有機硫加氫催化劑，在4.0 MPa壓力下，合理控制催化劑床層反應溫度，處理焦爐氣中的汞、硫與不飽和烴，加氫轉化能夠達到設計要求。