20萬(wàn)t/a煤制甲醇項(xiàng)目技術(shù)改造及長(zhǎng)周期運(yùn)行總結(jié)

李 坡 , 周亞鋒

(河南開(kāi)祥精細(xì)化工有限公司 , 河南 義馬 472300)

河南開(kāi)祥精細(xì)化工有限公司是以煤為原料生產(chǎn)甲醇的現(xiàn)代化煤化工企業(yè),煤制甲醇裝置由熱電裝置、空分裝置、壓縮裝置、氣化裝置、甲醇裝置、硫回收裝置等組成,其中運(yùn)行期間暴露出一系列問(wèn)題,嚴(yán)重制約裝置的安全長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。以下對(duì)存在的問(wèn)題及采取的技術(shù)改造進(jìn)行介紹,可供行業(yè)類似企業(yè)借鑒、參考。

1 煤制甲醇工藝流程

煤制甲醇工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 煤制甲醇工藝流程示意圖

由原料煤場(chǎng)儲(chǔ)存原煤經(jīng)配比調(diào)整后分別送至熱電裝置與氣化裝置,在熱電裝置經(jīng)2臺(tái)145 t/h循環(huán)流化床鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽供應(yīng)全項(xiàng)目蒸汽使用,在氣化裝置原煤經(jīng)磨煤干燥系統(tǒng)后粉煤與經(jīng)壓縮、空分裝置所制純氧共同進(jìn)入殼牌氣化爐(日處理設(shè)計(jì)煤種1 100 t,提供73 000 Nm3/h(H+CO)有效合成氣)進(jìn)行氣化形成合成氣、飛灰和熔渣,合成氣送至甲醇裝置進(jìn)一步變換、凈化與合成制成甲醇,凈化脫除的酸氣送至硫回收裝置制成硫黃,工藝尾氣返回鍋爐配燒[1-2]。

2 存在問(wèn)題及技術(shù)改造

2.1 熱電撈渣機(jī)效率降低

循環(huán)流化床煤粉鍋爐配套使用的刮板式撈渣機(jī)在清渣過(guò)程中,經(jīng)常遇到爐膛內(nèi)掉落的煤粉灰遇水冷卻團(tuán)縮成堅(jiān)硬的渣塊。在鏈條式撈渣機(jī)刮板拉出過(guò)程中,由于渣塊較大并且非常堅(jiān)硬,以及摻雜著未完全燃燒的煤粉灰,細(xì)膩且黏性較大的煤粉灰附著在鑄石表面。硬度較大的渣塊把刮板托起,鏈條式撈渣機(jī)刮板自身的質(zhì)量不能把灰渣撈起,撈渣機(jī)失去拉渣作用,效率降低。當(dāng)灰渣塊帶動(dòng)著刮板上移,會(huì)引起鏈條斷裂,將嚴(yán)重影響鍋爐設(shè)備的正常運(yùn)行[3]。

解決措施:對(duì)撈渣機(jī)改造,增加一種壓鏈裝置。撈渣機(jī)鏈條壓鏈裝置是由多片幾何鋼板焊接而成,能承受很大的應(yīng)力沖擊,有效抑制渣塊對(duì)刮板的受力,使刮板鏈條上浮。撈渣機(jī)共安裝有6個(gè)鏈條壓鏈裝置,分布于兩側(cè)各3個(gè),具體見(jiàn)圖2。緊挨著內(nèi)導(dǎo)輪過(guò)渡段5有第一對(duì)壓鏈裝置6,其工作原理是使刮板在推著灰渣向上運(yùn)行時(shí),首對(duì)受到灰渣傳送給刮板進(jìn)而傳送給鏈條而向上沖擊的作用力,而壓鏈裝置對(duì)鏈條有向下的作用力,使灰渣塊順利往上推動(dòng);同時(shí)也保證了撈渣機(jī)運(yùn)行時(shí)鏈條不會(huì)從內(nèi)導(dǎo)輪上脫落。安裝一對(duì)壓鏈裝置8(也是最重要的部位),因?yàn)樵鼔K上浮就是發(fā)生在這一階段,由于第一階段安裝的壓鏈裝置6對(duì)鏈條承受了一部分作用力,是第二階段8能夠穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件,第二對(duì)壓鏈裝置8對(duì)鏈條向下的作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于渣塊對(duì)鏈條向上的作用力,其原因是渣塊的密度和硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及鋼板的密度和硬度,故使撈渣機(jī)運(yùn)行時(shí)順利向上推進(jìn)灰渣塊前進(jìn)。最后一對(duì)壓鏈裝置9是安裝在臨近機(jī)頭10的位置,其作用和第一6、第二8階段的作用相同。第一6、第二8、第三9壓鏈裝置具體為圖A所示,通過(guò)螺栓固定在撈渣機(jī)過(guò)渡段5、傾斜段7、機(jī)頭10位置。

圖2 撈渣機(jī)鏈條壓鏈裝置

2.2 氣化磨煤干燥系統(tǒng)制約裝置負(fù)荷

在日常的氣化爐系統(tǒng)運(yùn)行中,有A和B兩套磨煤干燥系統(tǒng)為后續(xù)提供粉煤,粉煤與氧氣在氣化爐發(fā)生反應(yīng)生成合成氣送往后續(xù)工藝,A和B兩套磨煤干燥系統(tǒng)具有靈活多變的優(yōu)點(diǎn)。但是,A和B中某一燃燒空氣風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障,導(dǎo)致磨煤系統(tǒng)出現(xiàn)燃燒空氣量不足,相應(yīng)磨煤系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。例如氣化爐某一套磨煤干燥系統(tǒng)因設(shè)備儀表故障,聯(lián)鎖導(dǎo)致單套磨煤系統(tǒng)停車,此時(shí)另一系統(tǒng)根據(jù)氣化爐用煤需求需提高磨煤負(fù)荷時(shí),卻因燃燒空氣量不足,無(wú)法高負(fù)荷運(yùn)行。或在氣化爐的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行當(dāng)中,A和B中某一套磨煤干燥系統(tǒng)出現(xiàn)隱患需要單系統(tǒng)運(yùn)行檢修,為保證氣化爐總負(fù)荷,另一系統(tǒng)需提高磨煤負(fù)荷時(shí),卻因燃燒空氣量不足,無(wú)法高負(fù)荷運(yùn)行,最終影響氣化爐總負(fù)荷及后續(xù)合成氣產(chǎn)量,造成經(jīng)濟(jì)損失。解決措施:①對(duì)整個(gè)氣化磨煤干燥系統(tǒng)分析梳理,使用中速磨煤機(jī)密封空氣風(fēng)機(jī)配管線至燃燒空氣管線通過(guò)蝶閥控制;改造利用工廠空氣配管線至燃燒空氣管線通過(guò)截止閥控制。②充分利舊,在原設(shè)計(jì)燃燒空氣風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)提供備機(jī),保證燃燒空氣量;在磨煤?jiǎn)蜗到y(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中保證不降低磨煤負(fù)荷。

2.3 氣化破渣機(jī)油壓頻繁報(bào)警存在堵渣風(fēng)險(xiǎn)

破渣機(jī)作為殼牌氣化爐的關(guān)鍵設(shè)備,直接決定裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。氣化爐反應(yīng)后的熔渣在渣池中被激冷而破碎成粒,破渣機(jī)的作用是進(jìn)一步將未激冷破碎的渣塊破碎,避免系統(tǒng)堵渣。殼牌氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行出現(xiàn)破渣機(jī)油壓頻繁報(bào)警。全程取渣發(fā)現(xiàn)偶有5～30 cm渣塊出現(xiàn),表明系統(tǒng)異常。

解決措施:①優(yōu)化調(diào)整配煤。控制入爐煤灰分在17%～19%,根據(jù)前一天原煤工業(yè)分析情況調(diào)整配煤比例,當(dāng)灰分超出指標(biāo)后及時(shí)分析原因并調(diào)整配煤比例。每天管理人員到煤場(chǎng)對(duì)原樣煤煤質(zhì)、配煤比例、氣化與熱電用煤分界線進(jìn)行查看。②統(tǒng)一爐溫操作。加強(qiáng)關(guān)注氣化入爐煤灰熔點(diǎn)分析,通過(guò)入爐煤灰熔點(diǎn)指導(dǎo)優(yōu)化爐溫操作。粗合成氣產(chǎn)量在92 500～93 500 Nm3/h,入爐煤煤質(zhì)控制參數(shù):合成氣冷卻器十字支撐溫度628～638 ℃,總蒸汽產(chǎn)量16～18 kg/s,渣水密度<1 020 kg/m3,密切關(guān)注氣化爐渣口壓差、十字支撐壓差變化情況。③監(jiān)控重要參數(shù)。嚴(yán)密監(jiān)控煤燒嘴、燒嘴罩冷卻水流量,水汽系統(tǒng)補(bǔ)水與蒸汽產(chǎn)量的趨勢(shì)關(guān)系、渣池液位、氣化爐與渣鎖斗壓差、鎖斗閥壓差、撈渣時(shí)間等重要參數(shù),綜合分析評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行情況。

2.4 甲醇凈化氣總硫高

從氣化裝置過(guò)來(lái)的合成氣經(jīng)變換后送入凈化工段,脫除硫化氫和多余的二氧化碳,合格凈化氣作為合成甲醇的原料氣。凈化氣總硫的超標(biāo)將直接損壞合成催化劑,制約甲醇的合成。自2021年7月25日氣化爐配燒高硫煤以來(lái),凈化氣總硫呈持續(xù)上漲趨勢(shì),由正常0.2×10-6～0.4×10-6漲至最高0.53×10-6。8月1—3日,凈化系統(tǒng)循環(huán)甲醇每天置換60 t,凈化氣總硫穩(wěn)定在0.3×10-6～0.4×10-6。凈化氣總硫數(shù)據(jù)變化情況見(jiàn)表1。

表1 2021年氣化爐配燒高硫煤前后凈化氣總硫數(shù)據(jù)變化情況

由表1可見(jiàn),自氣化爐配燒高硫煤以后,原料煤中硫含量呈持續(xù)上漲趨勢(shì),其中7月29日最高漲至0.68%,氣化外送粗煤氣中硫含量上漲約1倍,正常氣化外送粗煤氣硫含量維持0.1%～0.2%。本次配燒高硫煤后,7月31日至8月5日維持在0.3%以上,其中8月3日最高漲至0.38%。因入變換粗煤氣硫含量升高,導(dǎo)致出變換的變換氣硫含量也上漲1倍左右,正常變換氣硫含量0.1%左右,目前漲至0.2%左右。凈化系統(tǒng)在高硫煤配燒前后,系統(tǒng)溫度、壓力、貧甲醇循環(huán)量均無(wú)明顯變化,而總硫呈持續(xù)上漲趨勢(shì)。綜合以上原因分析,導(dǎo)致凈化氣總硫上漲原因?yàn)闅饣癄t配燒高硫煤,造成入凈化變換氣中硫含量升高,凈化系統(tǒng)脫硫能力固定,隨著原料氣硫含量升高,外送凈化氣硫含量也隨之上漲。

解決措施:①及時(shí)調(diào)整配煤,降低原料煤中硫含量;②穩(wěn)定氨冷器操作,保證凈化系統(tǒng)冷量穩(wěn)定;③穩(wěn)定水分離塔操作,保證循環(huán)甲醇純度穩(wěn)定;④變換系統(tǒng)工藝?yán)淠撼掷m(xù)向氣化脫氨塔送水,減少氨氮夾帶進(jìn)入凈化系統(tǒng),提高循環(huán)甲醇品質(zhì);⑤凈化氣總硫持續(xù)>0.5×10-6時(shí),系統(tǒng)進(jìn)行甲醇置換(置換甲醇進(jìn)入粗醇A罐,供甲醇精餾進(jìn)料使用);⑥計(jì)劃大修時(shí)對(duì)凈化C15201塔盤(pán)進(jìn)行拆檢,檢查是否存在塔盤(pán)脫落或積液槽漏液情況[4]。

2.5 硫回收開(kāi)停車間酸氣與工藝尾氣無(wú)法送至鍋爐摻燒

甲醇裝置凈化分離出酸氣送至克勞斯硫回收裝置產(chǎn)出硫黃產(chǎn)品,硫回收所產(chǎn)工藝尾氣送至循環(huán)流化床鍋爐摻燒。但在出現(xiàn)硫回收裝置開(kāi)車初期升溫及停車掃硫期間,因甲醇酸性氣體壓力200 kPa,硫回收裝置所產(chǎn)工藝尾氣25 kPa,酸性氣體送入鍋爐裝置后,硫回收尾氣與酸氣管道在熱電匯合為一根管道進(jìn)入鍋爐,凈化酸氣并入鍋爐后,尾氣無(wú)法并入鍋爐,需現(xiàn)場(chǎng)排放,造成現(xiàn)場(chǎng)有異味,存在環(huán)保隱患。

解決措施:在尾氣管線入爐膛總閥前配DN200 mm管線引至1#、2#爐煤氣總閥后,在酸氣并入1#爐時(shí)可實(shí)現(xiàn)尾氣并入2#爐,同理在酸氣并入2#爐時(shí)尾氣可并入1#爐。同時(shí)在正常運(yùn)行期間若尾氣管線U型彎處出現(xiàn)積水及硫黃堵塞可實(shí)現(xiàn)在線清理,避免硫回收裝置停車[5]。改造示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 硫回收尾氣管線改造示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

煤制甲醇項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程中,因工藝流程長(zhǎng)、工藝過(guò)程復(fù)雜、設(shè)備種類多、生產(chǎn)連續(xù)性要求高,實(shí)現(xiàn)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行才能達(dá)到企業(yè)經(jīng)濟(jì)、高效發(fā)展。公司通過(guò)不斷地鉆研、總結(jié)、改造,使鍋爐裝置達(dá)到歷史最優(yōu)連運(yùn)257天,氣化爐達(dá)到歷史最優(yōu)連運(yùn)235天,實(shí)現(xiàn)了裝置安全、穩(wěn)定、高負(fù)荷、長(zhǎng)周期、達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)運(yùn)行。