合成氣制乙二醇裝置開停車期間常見問題分析及措施

時 鵬，張彥民，包世龍，胡繼衛(wèi)，李銀嶺

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

乙二醇又名“甘醇”，作為有機化工領域重要的基礎原料，乙二醇常被廣泛應用于聚酯纖維、聚酯塑料、防凍劑、潤滑劑、油漆、膠粘劑、表面活性劑、炸藥等工業(yè)領域[1]。目前，我國國內(nèi)市場對乙二醇進口量較大、進口依賴度較高，而且國內(nèi)市場需求量逐年增長。乙二醇的生產(chǎn)主要有兩大工藝路線，即合成氣制乙二醇工藝和石油制乙二醇工藝[2]。由于我國石油資源短缺、煤炭資源豐富的現(xiàn)狀，乙二醇無法通過石油工藝路線大量生產(chǎn)，而合成氣制乙二醇工藝因其具有投資少、消耗低和技術發(fā)展成熟等優(yōu)點，近年來深受煤化工行業(yè)的青睞。

1 合成氣制乙二醇工藝

合成氣制乙二醇工藝主要以煤為原料，經(jīng)過氣化、變換、凈化、提純后得到合成氣CO和H2，CO在Pd/Al2O3催化劑作用下，與亞硝酸甲酯(MN)發(fā)生耦聯(lián)反應生成草酸二甲酯(DMO)，提純后的DMO再與H2在Cu/SiO2催化劑催化作用下反應生成粗乙二醇，粗乙二醇通過精制后得到聚酯級乙二醇[3-7]。

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)兩套20萬t/a合成氣制乙二醇裝置均采用羰化合成-草酸二甲酯加氫兩步間接合成法制乙二醇工藝技術路線。其中，一期乙二醇裝置于2016年11月實現(xiàn)原始試車成功，產(chǎn)出優(yōu)等品乙二醇，并通過近兩年的生產(chǎn)運行和多次技術改造，于2018年9月30日實現(xiàn)裝置100%負荷運行；二期乙二醇裝置于2020年10月31日實現(xiàn)原始試車成功，產(chǎn)出優(yōu)等品乙二醇，于2020年11月30日實現(xiàn)裝置100%負荷運行，最高日產(chǎn)乙二醇638t。

本文以河南龍宇煤化工兩套20萬t/a合成氣制乙二醇裝置為例，結合近幾年裝置運行的實踐經(jīng)驗，總結了煤制乙二醇裝置在開停車期間經(jīng)常出現(xiàn)的問題，并提出改進措施。

2 開車期間常見問題及措施

2.1 DMO輸送泵屏蔽套磨損

龍宇煤化工一期乙二醇裝置DMO/DMC分離塔塔釜DMO輸送泵為屏蔽泵，蝸殼及泵體夾套采用57 ℃熱水伴熱，防止DMO結晶，泵體尾端屬于伴熱盲區(qū)。在裝置短停后的復開車期間，由于暖泵不徹底導致DMO結晶殘留在泵體尾部，長時間運行造成屏蔽套磨透、軸承損壞，不僅影響裝置的安全、穩(wěn)定運行，而且檢修費用較高。

為了防止DMO在屏蔽泵內(nèi)結晶殘留造成屏蔽泵磨損，在泵進口閥后增加沖洗甲醇管線，停泵后及啟泵前使用甲醇管線對屏蔽泵進行甲醇沖洗。由于屏蔽泵無法通過盤車來確認泵體內(nèi)是否有DMO結晶物而導致泵轉動卡澀，因此，在啟動前通過打開屏蔽泵尾部后軸承蓋的方式對泵體內(nèi)進行檢查，確認泵體內(nèi)無DMO結晶后再啟動屏蔽泵。此外，龍宇煤化工二期乙二醇裝置在設計選型階段，有意將DMO輸送泵由原來的屏蔽泵更換為離心泵，可有效避免一期乙二醇裝置DMO輸送泵屏蔽套磨損的問題。

2.2 DMO精餾產(chǎn)品水含量高

在水聯(lián)運期間，由于DMO精餾裝置塔內(nèi)塔盤和填料、管道及罐內(nèi)殘留少量的水無法排凈，且DMO合成催化劑在氫氣環(huán)境下升溫還原結束后，還原產(chǎn)生的水分也會被循環(huán)氣帶至DMO精餾裝置，導致其開車后，DMO產(chǎn)品中水含量超標，水含量最高可達到5%。水含量超標后，DMO在塔釜高溫下會發(fā)生水解，產(chǎn)生草酸，不僅會腐蝕設備，而且水和草酸進入加氫反應器后，會造成加氫催化劑活性下降，加劇催化劑粉化。

為了降低DMO精餾裝置原始開車期間DMO產(chǎn)品中的水含量，在水聯(lián)運結束后、可采用打開低點導淋排水和氮氣吹掃相結合的方式，盡可能降低DMO精餾裝置殘留的水分。在水聯(lián)運結束后、裝置投料試車前，DMO/DMC分離塔和真空分離塔可提前采用甲醇進料建立全回流，通過甲醇聯(lián)運帶走系統(tǒng)內(nèi)水聯(lián)運期間殘留的水分，含水量較高的甲醇送至甲醇精餾裝置，直至水含量降低至0.1%以下。在DMO合成催化劑升溫還原結束后，DMO吸收塔和DMO精餾塔應立即進行甲醇聯(lián)運，通過甲醇聯(lián)運帶走系統(tǒng)內(nèi)催化劑還原產(chǎn)生的水分。

2.3 換熱器封頭法蘭泄漏

在原始投料試車階段，DMO合成催化劑升溫還原后期，當溫度升至145 ℃時，因熱脹冷縮原理，部分法蘭密封面及螺栓的應力發(fā)生改變，導致DMO合成反應器氣相進口加熱器及氣相出口換熱器封頭法蘭密封面出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

目前，針對上述問題所采取的措施主要包括兩方面：第一，在開車期間，對于介質(zhì)溫度超過100 ℃的法蘭進行熱態(tài)緊固；第二，重點對在開停車階段溫度變化較大的法蘭面進行氣密查漏。

2.4 尾氣吸收裝置弛放氣超標

尾氣吸收裝置是利用甲醇吸收的原理將DMO合成系統(tǒng)氣相中惰性組分(N2、CO2和CH4)排放出去，同時回收氣相中有效組分(NO和CH3ONO)。在裝置開車初期，常常因操作方法不合理導致尾氣吸收裝置弛放氣中NO和CH3ONO超標，造成DMO合成系統(tǒng)氮氧化物損失大，污染大氣環(huán)境。

在尾氣吸收裝置開車時，首先，用N2啟動尾氣吸收進氣壓縮機，向尾氣吸收塔進N2升壓至0.8 MPa，通過塔頂弛放氣放空維持塔壓穩(wěn)定；然后，從塔上部補入甲醇建立液位至50%，通過塔釜液相外送閥維持液位穩(wěn)定；最后，緩慢打開尾氣吸收壓縮機工藝氣進口閥，同時打開高壓空氣進料閥配入相應量的高壓空氣。根據(jù)弛放氣分析，適當調(diào)整高壓空氣補入量，維持弛放氣中O2含量在0.3%～1.9%，NO含量小于0.1%，通過調(diào)整塔頂噴淋甲醇流量、塔頂壓力和溫度，從而控制弛放氣中CH3ONO含量小于0.5%。

3 停車期間常見問題及解決措施

3.1 DMO結晶堵塞管道

由于DMO在低于54 ℃時易結晶，因此，在裝置停車后，尤其是在裝置緊急停車或長時間停車后，DMO管線的處理應引起高度重視。龍宇煤化工一期乙二醇裝置在停車后，由于DMO管道沖洗時間短，部分電伴熱失效，導致DMO堵塞管道，影響裝置復開車進度。

因此，工藝人員要定期對DMO管道保溫和電伴熱運行情況進行排查，對保溫缺失和電伴熱運行異常等問題要及時整改，確保不會因為管道保溫及電伴熱問題導致DMO結晶堵塞管道。其次，裝置停車后，要根據(jù)裝置實際情況，用甲醇對DMO管道進行沖洗，根據(jù)管道長度和管徑，沖洗時間一般不低于15 min。對于停電后長期停車或無法進行甲醇沖洗的DMO管道，要及時打開DMO管道低點導淋，排凈管道內(nèi)殘留的DMO。

3.2 尾氣吸收裝置弛放氣超標

DMO合成系統(tǒng)大幅度減負荷或者停車后，循環(huán)氣中CH3ONO含量降低，NO含量增加，若尾氣吸收負荷或高壓空氣補入量調(diào)整不及時，會導致弛放氣中NO含量超標，造成大氣環(huán)境污染。

為了避免DMO合成系統(tǒng)大幅度減負荷或者停車后尾氣吸收裝置弛放氣中NO含量超標，在工藝操作方面應及時降低尾氣吸收裝置負荷，根據(jù)循環(huán)氣相中NO含量適當增加尾氣吸收塔高壓空氣補入量。

3.3 熱水溫度降低

DMO合成系統(tǒng)大幅度減負荷或者停車后，DMO合成反應器內(nèi)反應減少，反應熱降低，導致催化劑床層溫度和熱水系統(tǒng)溫度降低，DMO合成反應器出口氣相換熱后溫度降低至54 ℃以下，造成少量DMO結晶堵塞換熱器列管，合成循環(huán)氣流量降低，若熱水溫度下降過低，嚴重時會造成合成氣循環(huán)量低于聯(lián)鎖值導致裝置聯(lián)鎖停車。

因此，在DMO合成裝置大幅度減負荷或者停車時，DCS操作人員要注意熱水系統(tǒng)溫度的變化，及時調(diào)整循環(huán)水閥門開度，維持熱水溫度穩(wěn)定在57±3 ℃，確保DMO合成反應器出口氣相換熱后的溫度不低于54 ℃，防止因溫度過低而導致DMO結晶堵塞換熱器，造成裝置聯(lián)鎖停車的現(xiàn)象發(fā)生。

4 結語

通過對龍宇煤化工兩套20萬t/a合成氣制乙二醇裝置開停車期間出現(xiàn)的問題進行分析，發(fā)現(xiàn)在合成氣制乙二醇裝置開車期間易出現(xiàn)DMO輸送泵屏蔽泵磨損、DMO精餾產(chǎn)品水含量高、部分法蘭密封泄漏及尾氣吸收裝置弛放氣超標等問題，DMO結晶堵塞換熱器及管道、尾氣吸收裝置弛放氣指標超標和熱水系統(tǒng)溫度降低易發(fā)生在裝置停車階段，并針對以上問題提出了改進措施，為合成氣制乙二醇裝置開停車期間的操作提供了指導性建議。