某煤化工生產裝置填平補齊方案

姚國強，王文權，袁春新 (陜西渭河煤化工集團有限責任公司，陜西 渭南 714000)

0 引言

某煤化工生產裝置原設計產能為400 kt/a甲醇和110 kt/a醋酸醋酐。由于產品市場及項目建設等原因原有設計CO提純裝置及醋酸、醋酐生產裝置未開工建設，故現有裝置產能為400 kt/a甲醇。生產裝置調整導致工藝設計數據與實際運行數據有一定偏差，空分氧量及氣化爐產出工藝氣均有富余。為更充分、合理地利用能源，效益最大化，特根據設備設施等具體情況分析數據如下。

1 裝置設計基礎數據及部分重要設備數據

1.1 公用工程

氧量：60 kNm3/h，裝置配套空分最大產氧量。

循環水：原設計正常用量為36 583 m3/h(包括取消項目用水量CO提純150 m3/h及醋酸裝置5 492 m3/h 及25 MW發電機用水7 831 m3/h)最大設計用水量41 325 m3/h，故循環水量完全滿足現有裝置用量需要。

氮氣：N2(中壓氮氣5.6 MPaG) 來自老廠氮壓機，供應量充足；N3(低壓氮氣0.35 MPaG)管線新裝置氮氣與老裝置氮氣連通，供給充足。

火炬：火炬系統分為開工、事故和醋酸(未投用)三部分，各部分分別有一個火炬頭。開工火炬用于開停車時氣化工段工藝氣排放用，最大負荷為54×104Nm3/h， 變換導氣完畢，開工火炬即熄滅。事故火炬負荷為19×104Nm3/h，接受后續凈化、機組和合成各工段開停車氣相排放及運行狀態下裝置所有工段的尾氣排放，各工段停車后隨著排放尾氣減少，隨即熄滅。停車時系統壓力下降快，排放少，火炬會在系統停車斷氣后熄滅，故不考慮停車排放，僅考慮開車。運行狀態下各工段去事故火炬氣體匯總如表1所示。

表1 運行狀態下各工段去事故火炬氣體匯總

開車時各工段去火炬系統氣體匯總如表2所示。

表2 開車時各工段去火炬系統氣體匯總

1.2 氣化系統

氣化爐：(兩開一備)單臺運行負荷煤漿量為 76 m3/h，煤漿濃度按62%核算。

變換：原始設計變換工段進粗煤氣(濕氣)為398 285.71 Nm3/h。

設計操作彈性110%后，最大允許進氣量為 438 114.281 Nm3/h。

1.3 凈化系統

設計進氣量191 043.3 Nm3/h，操作彈性為裝置設計產能的50%～110%，最高容許氣量為210 147.63 Nm3/h。此氣量包括設計的CO分離的凈化氣32 460.28 Nm3/h； 凈化達到以上最大容許氣量210 147.63 Nm3/h時，甲醇循環量約為191 m3/h，P604設計出口流量為 320 m3/h，滿足最大負荷要求[1]。

1.4 合成系統

合成氣壓縮機：設計140 274 Nm3/h，按最高操作彈性110%氣量為154 301.4 Nm3/h。

進甲醇合成工藝氣(包括凈化氣、CO回收氣、氫回收氣)140 285.4 Nm3/h。其中包括凈化氣105 347.2 Nm3/h。 按最高操作彈性110%氣量為154 313.94 Nm3/h。

甲醇合成催化劑裝填量為54 m3，設計空速為 6 000～15 000，按此計算合成催化劑最大進允許氣量為810 kNm3/h，結合合成塔設計進氣量設計為 431 790 Nm3/h，得出循環氣壓縮機，循環段滿足系統循環量最大操作彈性474.969 kNm3/h，實際操作過程循環了最高有500 kNm3/h。

精餾負荷83 m3/h，按最高操作彈性110%進料量為91.3 m3/h, P8208設計出口流量為134.6 m3/h，精餾按85 m3/h負荷運行時回流量按90 m3/h，采出量按45 m3/h計算，已接近泵設計最大流量。各工號設計最高操作彈性數據如表3所示。

表3 各工號設計最高操作彈性數據

2 裝置400 kt/a甲醇滿負荷現有運行數據

2.1 氣化

氧消耗量：52 500 Nm3/h；

煤漿量：105 m3/h (煤漿濃度為62%)。

2.2 變換

變換氣量(濕氣)：400 kNm3/h。

2.3 凈化合成

凈化氣：192 kNm3/h；凈化P7604出口179 m3/h；

合成氣：125 kNm3/h；甲醇合成塔進氣量：430 kNm3/h；

精餾(粗甲醇)：83 m3/h；

裝置400 kt/a甲醇滿負荷現有運行數據如表4所示。

表4 裝置400 kt/a甲醇滿負荷現有運行數據

3 富裕氧量可制氣量及進各工號經驗數據

按現有富余氧量：7.5 kNm3/h，可多消耗煤漿量為15 m3/h；

可產工藝氣(濕)：56 kNm3/h；

變換后(干氣)：28 kNm3/h；

合成氣：18.2 kNm3/h。

富裕氧量可制氣量及進各工號經驗數據如表5所示。

表5 富裕氧量可制氣量及進各工號經驗數據

4 補齊后運行數據

氣化爐運行煤漿量：120 m3/h；

變換氣量(濕氣)：456 kNm3/h；

凈化氣：220 kNm3/h；

合成氣：143.22 kNm3/h，

根據計算補齊后運行數據如表6所示。

表6 補齊后運行數據

5 根據裝置內各系統設計最大操作彈性數據分析得出現有裝置的最大運行負荷

5.1 氣化

在120 Nm3/h煤漿運行工況下， 變換工段設計數據不能滿足填平補齊方案的數據要求，變換爐在最大進氣量的情況下，滿足不了后工段對組分要求的可能。

5.2 凈化合成

凈化設計數據按最大設計操作彈性110%的數據(210 147.63 Nm3/h)，也滿足不了填平補齊方案要求的運行工況(220 kNm3/h)。

合成氣壓縮機設計數據可滿足填平補齊方案的數據要求。

合成工段設計數據能滿足填平補齊方案的數據要求，但是如按填平數據運行，合成廢鍋、汽包產汽量約為84 t/h，超過75 t/h，部分副產蒸汽就地放空，產生噪音可能會污染周圍環境，且存在一定安全隱患[2]。

精餾工段的填平補齊方案數據超出設計最大負荷數據(95.2 m3/h＞ 91.3m3/h)，且精餾三塔回流泵(134.6 m3/h)裕量太小，在現有滿負荷工況下存在運行期間過載跳車的情況，所以如按填平補齊方案運行存在設備損壞、產品質量不能保證等隱患，只建議在最高操作彈性負荷下運行。

表7 各工號設計最高操作彈性數據

綜上，以數據設計最大裕度110%負荷運行且能滿足各工段最大數據的工況為凈化氣量210 147.63 Nm3/h與之匹配的合成氣量大約為136.82 Nm3/h，粗甲醇量為90.85 m3/h[3]。

6 結語

總之，生產裝置氣化、變換、凈化、壓縮、甲醇合成、精餾等幾個主要工段的主要工藝指標、產能、消耗、三廢排放等均在新工況下達到或優于設計值，甲醇裝置總體實現達標超產減耗，要持續改善環境質量，增強全社會生態環保意識；提升生態系統質量和穩定性；全面提高資源利用效率，推進資源總量管理、科學配置、全面節約、循環利用。探究限制裝置最大負荷的瓶頸問題，以理論數據為基礎，對真實運行裝置作指導，做到裝置在消耗最低，產量、收益最大工況下運行。