煤制乙二醇裝置長周期運行分析與總結

陳 帥

（河南能源化工集團安陽永金化工有限公司，河南 安陽 455133）

0 引 言

近年來，煤制乙二醇產業發展迅猛，而隨著各技術流派煤制乙二醇裝置陸續開車投運及逐步實現達標達產，如何實現煤制乙二醇裝置的長周期運行成為業內亟需攻關的重要課題?，F實地說，煤制乙二醇裝置的長周期運行意味著穩定的客戶和良好的效益，因此，對企業而言，從技術和管理方面分析、制定有關的操作措施和管理措施并予以落實，是確保煤制乙二醇裝置長周期、穩定運行的重要舉措。以下對安陽永金化工有限公司（簡稱安陽永金）200kt／a煤制乙二醇裝置的長周期運行經驗作一總結，以期為業內提供一些參考，共同促進煤制乙二醇行業的技術進步和發展。

1 安陽永金煤制乙二醇裝置運行概況

安陽永金200kt／a煤制乙二醇裝置之公用工程依托安化集團現有資源，采用的原料氣也由安化集團提供（安化集團造氣系統以無煙塊煤為原料，采用固定床造氣爐生產水煤氣及半水煤氣），上游系統主要工藝流程為：多臺固定床造氣爐生產的粗煤氣經常壓脫硫、變換、變脫及氣體分離等工序，制得達到乙二醇生產要求的原料氣CO及H2，再送往下游乙二醇裝置。

安陽永金乙二醇裝置于2012年12月開車投運，經過幾年來持續的技術改造和優化運行，裝置運轉率和負荷率不斷提升，生產運行水平不斷躍上新的臺階。2018年3月，煤制乙二醇裝置產量突破618t／d，產品優等品率持續保持在100%，噸乙二醇產品的蒸汽消耗降至5.4t、電耗降至240kW·h以內，主要技術經濟指標處于我國大型煤制乙二醇裝置的先進水平。在運草酸酯羰基化合成催化劑高負荷運行870d，折合生產乙二醇460kt；在運加氫催化劑高負荷運行440d，累計生產乙二醇230kt。2017年安陽永金煤制乙二醇裝置運行天數為343d，裝置年運轉率達94%，年產乙二醇181.8kt，基本上實現了長周期、穩定運行。

2 裝置長周期運行的技術分析及操作措施

2.1 羰化合成系統

草酸酯羰基化合成（簡稱羰化合成）是煤制乙二醇裝置的核心工序，直接影響裝置的長周期、安全、穩定運行，并影響后工序產品的質量。不同專利商對羰化合成催化劑使用壽命有不同的承諾，一般均承諾其使用壽命大于2a，但在實際使用過程中因催化劑本身質量、工藝技術成熟度不一和操作運行穩定程度不同，有的羰化合成催化劑使用短短幾個月就需更換。因此，延長羰化合成催化劑的使用壽命不僅關系著乙二醇產品的生產成本，而且關系著裝置的長周期、高負荷運行。

首先，合成循環氣中的有害組分對羰化合成催化劑使用壽命的影響很大，生產中必須嚴控羰化反應器入口氣體的有害組分含量，特別是硝酸／水的含量，各專利技術的具體指標和控制要點可能會有所不同；其次，在羰化合成催化劑活性良好的狀態下，生產中還須盡可能降低羰化合成反應器入口亞硝酸甲酯（MN）的含量，防止MN含量過高或負荷波動狀態下羰化反應器的飛溫現象；再者，要確保羰化反應器的熱量有效、順暢移出，避免因熱點溫度過高而造成催化劑失活，影響催化劑的使用壽命。

2.2 酯化再生系統

在氣相偶聯合成草酸酯的工藝中，MN再生是極其重要的，其與偶聯反應的有效匹配是實現整個系統綠色生產的關鍵，也是影響煤制乙二醇裝置長周期、安全、穩定運行的關鍵一步。酯化再生工序的安全風險較大，且存在“飛溫”隱患，因此生產中首先必須嚴格控制酯化塔的溫度。當然，不同專利技術其酯化再生系統有不同的配置，但核心要點至少有兩個：一是要強化移熱，以免酯化再生時發生“飛溫”；二是要防止生成過多的副產物——硝酸，以免加大后工序的處理難度。

對并流塔型來講，酯化再生塔溫度一般控制在60～65℃為宜，塔溫過高易造成超溫聯鎖停車或“飛溫”事故，過低則副產物硝酸生成量增大。控制酯化再生塔塔溫要重點關注以下幾個因素：一是酯化塔加氧量要穩，提升負荷要堅持“穩提慢加”的原則；二是確保酯化再生塔甲醇液體和氧氣的均勻分布；三是確保酯化再生塔有足夠的、穩定的循環甲醇量，以滿足系統反應及移熱需求；四是要保持甲醇液體溫度和組分的穩定，避免出現大幅波動。

酯化再生過程中，伴隨著生成硝酸的副反應，會造成氮元素損失，因此，氮元素的及時補充是煤制乙二醇裝置長周期運行的必要條件。氮元素補充，可以通過硝酸還原裝置將副產物硝酸還原，并與甲醇反應生成MN，實現硝酸的轉化利用，一方面可以節約成本，另一方面可以提高裝置運行的穩定性。據生產經驗，如果沒有硝酸還原裝置，現有的MN補入裝置是無法適應煤制乙二醇裝置高負荷、長周期運行的。

至于硝酸還原裝置，目前主要有催化型和非催化型2種，各有利弊，不是本文討論的重點，在此不作詳細介紹了。

2.3 草酸酯加氫系統

草酸酯加氫系統長周期運行的主要影響因素是各專利技術的加氫催化劑使用壽命的長短。通常草酸酯加氫催化劑采用SiO2為載體的銅基催化劑，目前其使用壽命一般在0.5～1.5a。

現階段而言草酸酯加氫催化劑存在的主要問題有兩大類：一類是反應床層結焦、催化劑粉化導致的加氫反應器阻力升高、負荷受限的問題；另一類是催化劑使用末期副產物增多、產品質量下降的問題。所以，如何延長加氫催化劑的使用壽命對煤制乙二醇裝置的長周期運行至關重要。

安陽永金通過不斷總結經驗，如今已將加氫催化劑的使用壽命延長至了1.5a以上，預計目前正在使用的加氫催化劑其全壽命周期優等品乙二醇總產量可達300kt左右。安陽永金加氫系統主要操作經驗如下。

一是保持加氫系統良好的工藝條件。經驗表明，千方百計降低加氫系統阻力、提高氫氣循環量，即保持加氫反應較高的氫酯比可以有效緩解加氫催化劑床層結焦現象；開好草酸酯精餾系統，實現加氫系統的潔凈化進料，為加氫反應創造良好的條件；加氫系統進料中配入適當比例的甲醇，有利于加氫催化劑內孔的清潔。

二是確保進入加氫反應器的草酸二甲酯能夠完全汽化。經驗表明，草酸二甲酯汽化效果不好會導致液體草酸酯進入催化劑床層或者局部草酸二甲酯濃度過高，從而使加氫反應不完全，進而造成乙醇酸甲酯在加氫催化劑表面累積而結焦。

三是要盡可能保證裝置運行平穩。開停車過程中要盡量避免床層溫度和壓力的大幅度、頻繁調整，避免過度的熱應力造成催化劑顆粒破碎和粉化。

四是嚴格規范加氫催化劑使用后期的操作。加氫催化劑使用1a后應按既定的“特護措施”操作。

3 裝置長周期運行的管理措施

3.1 夯實安全基礎，確保本質安全

堅持組織召開煤制乙二醇裝置的“周評估評價會議”，從工藝、設備、電儀、分析檢測、安全／環保、催化劑、大機組、人員狀態等方面對系統進行全方位評估，并把安全檢查、工藝檢查、巡回檢查、隱患排查過程中發現的問題合并進來，綜合編制成整個煤制乙二醇裝置的安全狀況評價文件，指導下一步的科學運行，使裝置運行保持安、穩、長、滿、優的良好狀態。

3.2 嚴控工藝指標，強化工藝管理

生產中堅持不懈地強化工藝管理和考核，嚴控工藝指標，并對工藝指標堅持做到“日統計和日分析”，以便從細微之中發現問題的苗頭并及時進行調節或處理，這不僅是對管理人員管理經驗的歷練和嚴謹科學態度的錘煉，也是企業技術人員管理能力躍升的一種方式，是裝置長周期運行的制度保證。

3.3 抓備機和無泄漏管理，強化設備管理

動、靜設備狀態良好是化工裝置長周期運行的基礎，只有精心維護、包機到人，樹立“備機不備就是事故”的管理理念，才能為裝置的長周期運行提供可靠保障。因此，我們把24h抓備機作為常態化管理內容之一，堅持不懈地抓備機和無泄漏管理。

3.4 重視催化劑管理，切實做好保護工作

堅持不懈地抓好催化劑的全過程管理，針對催化劑的合同簽訂、裝填方案、升溫還原、輕負荷運轉、正常運行、停車保護等過程，制定出一整套的管理制度，確保催化劑全壽命周期的正確、科學使用。

3.5 科學謀劃系統大修，確保裝置長周期運行

煤制乙二醇裝置能否實現長周期運行，除了日常的平穩操作外，還要做好裝置大修的科學謀劃。系統大修不僅要做好機電儀和工藝設備要素的集成分析，而且要謀劃好整個系統大修周期的匹配和要素集成，堅持“系統大修修系統”的思路，透過“運行缺陷”科學制定技術改造和系統大修項目；檢修技改過程中嚴格執行檢修規程，把好檢修質量關，不斷提升作業質量，從而為裝置的長周期、穩定運行提供保障。

4 上游煤氣化系統配置（長周期運行）的思考

煤制乙二醇是我國化工產業的新興技術，近幾年來在裝置的長周期運行方面取得了長足的進步，但從全系統長周期運行的觀點來看，煤制乙二醇裝置上游系統的可靠運行也非常關鍵，其對煤制乙二醇裝置長周期運行產生影響的因素更多。一般來講，上游系統——煤氣化工序是整個煤化工裝置安、穩、長、滿、優運行的重中之重，這一點對于剛剛涉足煤化工產業的業主來講就更加值得重視。

由于本文的重點是闡述和總結煤制乙二醇裝置本身的長周期運行，因而對會對其長周期運行產生影響的上游系統——煤氣化工序，筆者僅就煤氣化系統的配置方案和爐型選擇提如下2個觀點，供大家參考。

4.1 第一個觀點：煤氣化系統要設置備爐，這是現代煤化工裝置長周期運行的根本保證

水煤漿氣化技術流派本來就有設置備爐的傳統，煤氣化系統設置備爐是煤化工裝置整體上實現“三年兩大修”、“兩年一大修”或更長運行周期的必要條件。干粉煤氣化各技術流派應該向水煤漿氣化技術流派學習，筆者認為這不是“技術倒退”，而是實事求是，干粉煤氣化各技術流派應努力優化技術、降低投資，為設置備爐在技術經濟方面打下堅實的基礎。當然，關于備爐的問題，既可以“熱備”也可以“冷備”。所謂“熱備”，就是正常運行時多臺氣化爐全部投運，一旦某臺在運氣化爐出現故障需停下來檢修，就將其他在運氣化爐的負荷提上去，以保證整套裝置的高負荷、連續運行，當然這就要求單臺氣化爐在設計階段就要留有一定的產能余量。所謂“冷備”，就是始終有1臺氣化爐處于備用狀態，一旦某臺在運氣化爐出現狀況需要停運，就提前開啟備用爐，以保證整套裝置的高負荷、連續運行。

4.2 第二個觀點：煤氣化沒有“萬能爐”，務必使原料煤與氣化爐爐型相匹配

在大宗化工產品產能過剩、競爭加劇的背景下，原料煤與氣化爐爐型匹配的問題事關煤化工企業的生死存亡。

關于原料煤與氣化爐爐型匹配的問題，現代氣流床氣化爐均采用液態排渣方式，因氣化爐襯里材質、結構差異，對原料煤的適應性就有了區別。水冷壁氣化爐，采用“以渣抗渣”的設計理念以保護水冷壁襯里，可選用灰熔點較高的原料煤（灰熔點可以高于1350℃）；而傳統水煤漿氣化爐，因氣化爐襯里采用高鋁耐火磚砌筑，一般要求原料煤的灰熔點在1350℃以下。

關于煤氣化技術方案的選擇問題，我國不少煤化工企業（包括央企、國企和民企）在這方面是吃了大虧的，應當汲取教訓，回歸科學態度，避免拍腦袋、瞎決策。業主在煤化工項目上馬之前必須真正落實原料煤的來源，委托專業的、獨立的第三方對原料煤的性質進行深入地研究，逐一比較各種氣流床煤氣化技術與原料煤的匹配性，在此基礎上形成客觀、科學的氣化爐選型專題咨詢報告，真正做到根據原料煤的屬性來選擇氣化爐的爐型。世界上沒有通吃各種原料煤的“神仙爐”和“萬能爐”，應該杜絕“坐在煤礦口去買原料煤”、“舍近求遠去買原料煤”、“勞神費力購置原料配煤”等不科學、不經濟的現象。

5 結束語

煤化工裝置的長周期運行是企業效益的基礎，煤制乙二醇技術在我國還處于逐步摸索和發展的階段，其長周期運行課題攻關還需業內各技術流派進一步地探索和融合。希望上述關于安陽永金煤制乙二醇裝置長周期運行的分析與總結等，可為業內提供一些參考，也相信通過大家的共同努力，未來幾年內煤制乙二醇裝置的長周期運行必將成為常態。