250 kt甲醇變換裝置運行問題分析

徐廣偉

(神華寧夏煤業集團甲醇分公司， 寧夏銀川 750001)

神寧集團250kt甲醇變換裝置采用的是QCS-03觸媒，以鈷鉬為活性成分(氧化態化學組成為MoO3和CoO)的催化劑，使用前需要先硫化。2017年12月初變換裝置出現原料氣預熱器換熱效果下降現象，初步判斷為工藝氣帶灰將變換工段某處堵塞，2018年3月堵塞情況進一步加劇。因變換裝置調節困難，氫碳比失調，合成裝置運行一段時間后需要放空合成氣來降低系統壓力，同時將大量集聚不能反應的一氧化碳輸送至火炬燃燒，造成裝置運行較為困難[1]。

1 變換工段簡介

來自氣化的粗水煤氣經過氣體增濕器D-501加溫增濕后進入原料氣預熱器E-503，用來自變換爐R-501的變換氣預熱后從頂部進入預變換爐R-502，E-503出口溫度用旁路閥TV0504調節，PDT0501用來監測預變換爐進出口壓差。從R-502底部出來的粗煤氣從頂部進入變換爐R-501。用TIA0509～TIA0514監測R-501各點溫度，PDT0502用來監測其進出口壓差。在變換爐內發生下面反應：

CO+H2O==H2+CO2+Q

出變換爐的變換氣經原料氣預熱器E-503用粗煤氣冷卻后進入1#蒸汽發生器E-502，副產1.0MPa的低壓蒸汽，PV0508控制出E502的蒸汽壓力，LV0507控制E-502 液位。出E-502的變換氣進入2#蒸汽發生器E-508，副產0.5MPa的低壓蒸汽，PV0507控制出E-508的蒸汽壓力，LV-0505控制E-508 液位至正常液位。為了滿足甲醇合成對CO濃度的要求，來自氣化的粗煤氣有一部分不經過變換爐，并在此與E-508出來冷卻后的變換氣混合進入脫鹽水預熱器E-507，冷卻后進入汽液分離器D-504進行汽液分離，再經過脫鹽水冷卻器E-501和水冷卻器E-504冷卻，進入分離器D-502進行氣液分離。出D-502的變換氣，正常情況下送往低溫甲醇洗工段進行酸性氣體脫除,有一小部分送至吹灰氣壓縮工段對輻射換熱器和對流換熱器進行吹灰，在凈化工段不具備受氣情況下，變換氣送至火炬燃燒后放空。水冷卻器E-504 進口和出口管線上配有中壓過熱蒸汽(MSS),當工藝管線上由于碳銨結晶堵塞時，采用MSS進行短時間吹掃，MSS溫度為450 ℃、壓力為3.82MPa。

2 變換裝置存在的問題

2.1 變換工段的現象

目前變換爐床溫較難維持，變換系統出口一氧化碳含量高，造成氫碳比失調[2]。正常時與目前情況下的變換床層溫度及變換出口一氧化碳含量見表1。

表1 正常時與目前情況下變換工段參數對比

2.2 氣化工段的現象及分析

氣化工段表現為氣化爐壓力高，氣化爐壓力變化情況見表2。

表2 氣化爐壓力變化值

由表2可知：在2018年2月氣化A爐運行期間，氣化A爐壓力偏高，平均比平時高0.6 MPa，而同期氣化B爐和變換工段壓力正常，說明是氣化爐本身造成A爐壓力偏高；2018年3月運行期間氣化爐B和C的壓力均偏高，說明是后系統造成的。在這三段時間內，變換工段壓力變化不大，說明造成氣化爐壓力的原因在變換前、氣化爐之后。其間只有兩個設備，分別為變換工段的氣體增濕器D-501和變換原料氣預熱器E-503。為了更準確地找出問題原因，在D-501出口管線導淋上增加臨時壓力表，臨時壓力表顯示與運行氣化爐壓力一致，由此可判斷是E-503堵塞造成氣化爐壓力偏高。

在2018年1月22至2月28日A爐運行期間，碳洗塔底泵P-128打量偏差，正常流量在60 m3/h，實際只有35 m3/h，造成A爐工藝氣洗滌效果差，工藝氣將灰帶至變換工段，將原料氣預熱器E-503列管堵塞。A爐停車后拆檢，發現文式洗滌器堵塞嚴重；將碳洗塔至變換管線孔板流量計拆開檢查，10個孔中有8個孔被堵塞。

“娛悲舒憂”的基本意義為排遣悲傷，抒發憂思。這種情緒在陸游的作品中亦多有表現。《跋〈吳夢予詩編〉》云：“君子之學，蓋將堯舜其君民。若乃放逐憔悴，娛悲舒憂，為風為騷，文人之不幸也。”[1](15冊，P193)《謝參政啟》云：“學但慕于俚儒，娛憂紓悲于山巔水涯之旁，文不供于世用?！盵1](13冊，P204)《通判夔州謝政府啟》云：“動心忍性，庶幾或進于豪分；娛憂紓悲，亦當勉見于言語?！盵1](13冊，P238)誠如論者所言：“陸游結合自身的經歷，清楚地認識到詩騷類作品實產生于人之不幸，并將之推及到詩文創作的一般規律，思想淵源上繼承的是先秦以來中國士人以天下為己任的傳統?！盵11]

2.3 變換工段出現問題的原因分析

2.3.1 原料氣預熱器E-503列管堵塞

E-503原料氣出口溫度TI0503持續下降，見圖1，TV0504閥位與氣化爐壓力的關系見圖2。

圖1E-503原料氣出口溫度情況

圖2 TV0504閥位與氣化爐壓力曲線

從圖1和圖2中可以看出:變換爐入口溫度調節閥TV0504閥位從2017年10月的50%逐漸關至目前10%左右，變換爐入口溫度調節閥TV0504關小,氣化爐壓力PI10264上漲； TV0504開大，氣化爐壓力下降，變換爐床層溫度下降，變換出口CO含量升高，說明原料氣預熱器堵塞；而原料氣預熱器E-503原料氣出口溫度TI0503由2017年10月的355 ℃持續下降至現在的250 ℃，但是原料氣預熱器E-503變換氣出口溫度TI0501無明顯變化，說明原料氣預熱器換熱效果下降，但是熱量仍然有損失，可判斷原料氣預熱器列管有內漏現象。

2.3.2 觸媒處于中后期，活性下降

從2017年5月6日至2018年4月10日,變換爐內上、中、下床層溫度變化情況見圖3。

圖3變換爐床層溫度變化曲線

由圖3可知：變換爐中層床溫持續上升，而上、下層床溫上升不明顯，可判斷變換觸媒活性有所降低。

2.4 原料氣預熱器E-503堵塞的原因分析

(1) 氣化爐輻射廢鍋水冷壁泄漏

氣化爐從2007年5月投料試車以來，在氣化爐改造未加激冷水前，氣化爐內積灰為干灰，加入激冷水后期，輻射廢鍋、對流廢鍋水冷壁頻繁泄漏，造成工藝氣內含灰量較大，在碳洗塔內部洗滌不徹底，工藝氣將灰帶至變換裝置。

(2) 氣化爐帶病運行

2018年1月22日至2月28日A爐運行期間，氣化A爐壓力高，而系統壓力不高，且A系列碳洗塔底泵運行效果差，造成A爐工藝氣將灰帶至變換裝置，堵塞原料氣預熱器列管。

2.5 應對及預防措施

因存在物資計劃及產量要求，同時合成裝置還能堅持運行，故公司未計劃停車檢修，造成變換裝置操作彈性小且很脆弱。因此，制定了相關應急處理措施[3-4]。

2.5.1 應對措施

(1) 提高氣化爐碳洗塔出口工藝氣溫度和變換入口溫度。

(2) 適當增加氣化爐汽包D-130A壓力，通過增大水冷壁泄漏量及粗煤氣中水汽比，來增加進變換工段粗煤氣的水汽比(期間D-130A所產10.0 MPa蒸汽，由于水冷壁泄漏而放空，壓力控制在5.0 MPa)。

(3) 在進氣體增濕器D-501中壓蒸汽閥FV0502閥間導淋處增加臨時壓力表，用來確定碳洗塔出口是否堵塞。

(4) 車間編寫E-503換熱器清洗查漏、堵漏方案，車間擇機對E-503進行拆洗、查漏、堵漏。

2.5.2 預防原料氣預熱器E-503堵塞措施

(1) 單爐檢修時，對碳洗塔底泵P-128及其管線進行徹底的清洗疏通，保證文丘里的洗滌效果，現已將3臺氣化爐碳洗塔底泵P-128進出口管線全部高壓清洗完成，今后計劃對文丘里形式進行改造[5]。

(2) 在氣化爐改造前盡量更換已泄漏和變薄的水冷壁管，以保證氣化爐在水冷壁不泄漏的情況下運行。

(3) 氣化爐停車后對激冷水噴頭進行檢查，保證充足的激冷水量和良好的霧化效果，提高對粗煤氣的洗滌能力。

3 拆檢情況

2018年5月3日，由于空分裝置某換熱器需要消漏，裝置停車小修，車間趁機將原料氣預熱器E-503及氣體增濕器D-501拆開檢查并清洗。D-501內部積渣情況見圖4，E-503列管堵塞情況見圖5。

圖4 D-501內部積渣

圖5 E-503列管堵塞

4 結語

化工生產是個連續、前后相互影響的過程，任一環節發生異常情況都會使整個系統出現波動。在生產中，要時刻關注裝置運行參數，出現問題，積極查找原因，制定應對措施，及時調整參數，避免造成不可挽回的損失。

本文對250 kt甲醇裝置存在的問題進行了分析，并制定了應急及預防措施，為今后的工作提供了保障，為解決同類問題提供了依據。