46萬噸/年聚丙烯項目之凈化裝置試車中出現的問題及處理方法

梁晉飛

摘 要:介紹了大唐多倫煤化工46萬噸/年聚丙烯項目中凈化裝置各單元的試車情況,分析在開車過程中出現的一些問題:變換爐床層超溫、酸氣夾帶甲醇嚴重、二氧化碳氣和尾氣中硫化氫超標、丙烯壓縮機組反轉等。針對以上問題,提出了相應的解決措施。經過半年多的運行,證實這些措施可以保證裝置的穩定運行。

關鍵詞:殼牌氣化一氧化碳變換低溫甲醇洗丙烯制冷

中圖分類號:X703 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0079-02

1裝置簡介

在甲醇合成系統中,以煤為原料煤制造的原料氣成份相當復雜,主要成份:H2、CO、CO2、H2S、CH4等,其中H2、CO、CO2是合成甲醇的必要原料,并且其比例要求非常嚴格,必須進行調整,而原料氣中的硫化物又是甲醇合成觸媒的毒物,能夠造成觸媒的失活影響甲醇的連續生產,所以原料氣在進甲醇合成前必須引入凈化系統,以調整H2、CO、CO2比例和脫除硫化物。

我公司凈化系統包括變換、低溫甲醇洗、克勞斯硫回收、丙烯制冷四個單元。一氧化碳變換工藝采用五環科技股份有限公司自主開發的高濃度一氧化碳變換技術,采用Co-Mo系耐硫變換催化劑,調整來自氣化裝置的粗煤氣中H2和CO的比例。變換系統為三系列,與三系列的Shell煤氣化裝置相對應。低溫甲醇洗工藝應用的是德國魯奇公司的專利技術,由五環工程公司完成詳細工程設計,該工藝主要用來脫除變換氣中的硫化物和CO2。脫除的CO2送氣化作為工藝氣使用,酸氣進克勞斯單元,生產硫磺同時防止硫化物污染大氣。丙烯制冷單元為低溫甲醇洗和MTP裝置提供+4℃和-44℃的冷量。其中壓縮機為3級離心壓縮機,由高壓過熱蒸氣透平機驅動,由德國西門子公司制造。

2011年6月份凈化裝置開始接氣,并且甲醇分廠產出合格甲醇,8月份MTP分廠產出合格丙烯。丙烯壓縮機自2010年10月份開始調試,并穩定運行,2011年6月開始為低溫甲醇洗甲醇降溫提供冷量。至目前為止,凈化裝置一直維持低負荷運行,基本能達到連續穩定運行,但是也出現了一些問題。

2運行遇到的問題及解決措施

2.1 變換單元

2.1.1 第一變換爐超溫及控制措施

開車期間,由于大氣量的變換反應把握不準,多次出現催化劑床層超溫現象,其中一變爐床層溫度最高達600℃,大大超出了設計值485℃。后來通過一變爐入口閥門以及急冷氮氣調節入口氣體的空速,來抑制反應熱大量積累引起的催化劑床層超溫現象。

2.1.2 進入變換爐的中壓飽和蒸汽溫度過高

CO變換反應為放熱反應,若水蒸氣溫度過高,變換爐床層溫度很難控制。五環設計中將266℃/5.1MPa的中壓飽和蒸汽與粗煤氣混合后進入變換爐,但是在實際運行中發現,進入粗煤氣/蒸汽混合器的中壓蒸汽溫度始終在300℃以上(過熱蒸汽開車閥已關嚴的情況下),說明也有過熱蒸汽(413℃/3.8MPa)串入蒸汽混合器前蒸汽閥組處。從趨勢圖查出,飽和蒸汽的溫度不穩定,有時在310℃～320℃,有時甚至高達400℃,這種現象令大家迷惑不解。變換接氣開車期間,由于中壓飽和蒸汽管網壓力高達5.7MPa,現場通過消音器(離過熱蒸汽開車閥很近)卸壓,此點溫度從302℃下跌至284℃。這種現象在每套變換單元都是如此,經過分析,過熱蒸汽開車手閥內漏,同時低壓蒸汽串入高壓蒸汽是可能的,是由于其能量更高。

2.1.3 開車變換爐內帶水問題

粗煤氣入變換爐前,本應使用413℃的過熱蒸汽對進一變爐煤氣及設備管線升溫。但由于管道布置不合理,使飽和蒸汽不方便排出,這樣用310℃左右的混合蒸汽升溫,導致進一變爐工藝煤氣溫度(現場表)不超過200℃,從而造成工藝煤氣“帶水入爐”問題。通過整改將一變爐入口放空位置挪至一變爐入口閥前,改善了開車帶水和溫度監測的問題。

2.2 低溫甲醇洗單元

2.2.1 酸氣中夾帶甲醇嚴重

盡管國內外已經有一百多套低溫甲醇洗裝置,凈化氣指標完全合格,但是酸氣待帶液嚴重,造成甲醇消耗過大,一直是國內很多裝置的通病[1～3]。目前,我公司低溫甲醇洗裝置一直處于低負荷運行狀態,導致排入火炬中酸氣夾帶甲醇過多,這個問題成為困擾我公司的一大難題。酸氣夾帶甲醇過多的原因只要有以下幾點。

(1)我公司低溫甲醇洗工藝設計煤氣負荷為780km3,其中CO2含量為36%,總量為280km3。但是由于目前一直處于低負荷運行,僅為15%～40%,導致低溫甲醇洗入口氣量小且二氧化碳含量更小,進而造成再吸收塔上部兩段二氧化碳閃蒸量小,因此,在CO2與酸氣換熱過程中冷量過少導致甲醇蒸汽無法全部冷凝下來。

在低負荷運行情況下,為防止出現氣液偏流及脫硫段H2S吸收不充分的現象,脫硫段甲醇用量偏大,導致CO2在脫硫段吸收較多,從而使低壓閃蒸出的CO2氣量較小。

(2)由于再生塔低負荷工況下運行可借鑒的數據很少,為保證甲醇總硫不超標,過多使用再生系統蒸汽。如2011年6月底,為保證熱再生徹底,熱再生塔的再沸器幾乎滿負荷運行,導致熱再生塔頂部出口氣體溫度在85℃以上,大量的甲醇蒸氣被帶出,導致回流罐的液位高居不下,即便兩臺泵同時運行也無法保證正常液位,同時由于回流罐液位過高,造成阻氣,導致熱再生塔的壓力大幅波動。

(3)系統減負荷或停車時候,為了保證熱再生甲醇中硫含量不超標,熱再生塔的氣提蒸汽用量在一段時間要維持不變,或只是稍微減量,導致熱再生塔頂出口氣體溫度高,同時由于CO2冷量的減少,導致進入下游設備的酸氣中甲醇夾帶過多。

針對以上原因,在正常生產中,為了降低甲醇損失,關閉進入熱再生閃蒸氣/CO2換熱器中CO2管線閥門,使更多的CO2去冷卻酸氣。同時優化工藝操作,減少由于蒸汽量過大造成的甲醇帶出量。即使如此,進入火炬中酸氣溫度仍然很高,為此,我公司增加了一臺丙烯蒸發器,用來冷卻酸氣中甲醇蒸氣,目前項目正在實施中。

2.2.2 CO2氣體中硫化氫超標

原因:脫硫段脫硫不徹底造成H2S上移,污染了無硫甲醇導致閃蒸出的CO2中硫含量超標。無硫甲醇在CO2閃蒸段吸收量偏小導致H2S吸收不徹底造成超標。

通過分析控制好脫硫段甲醇量,確保無硫甲醇不被污染,同時適當增加貧甲醇量、保證有足夠無硫甲醇去吸收CO2閃蒸汽中的硫化氫。

2.2.3 尾氣中H2S超標

原因:由于系統運行氣液比失調,導致系統溫度偏高,使CO2和H2S的飽和蒸汽壓升高,此時若通入大量的氣提氮氣就會造成為重H2S超標。此外,進入塔下段無硫甲醇的流量偏小也會導致閃蒸出來的H2S未及時吸收而造成尾氣中硫含量超標。

為了避免尾氣中硫含量超標,盡量增加無硫甲醇的用量或減少吸收塔中脫硫段甲醇的用量,保證有足夠的無硫甲醇吸收尾氣中的H2S。同時,適當減少氣提氮氣量,減少由于氣提氮氣量過大造成大量硫化氫被氣提的現象,實現硫化氫達標。

2.3 丙烯制冷單元

2010年丙烯壓縮機停車時,機組在不到10s的時間內轉速從最低轉速(2613rpm)降至約0rpm,然后又升到1440rpm,造成丙烯壓縮機干氣密封的非驅動端、驅動端分別損壞。事故分析說明干氣密封的密封端面在靜壓開啟時效果較差,同時由于壓縮機調試頻繁啟停機,共同導致干氣密封磨損。

2011年初增加了壓縮機三級入口至壓縮機一級入口的平衡線,同時設置了壓縮機跳車后,出口放空閥開啟的連鎖。2011年7月將原有的單旋向干氣密封更換為雙旋向干氣密封。到目前為止,在壓縮機停車過程中,整改項目有效地減小了壓縮機反轉轉速,同時避免了干氣密封損壞。

3結語

本裝置一直在低負荷情況下運行,由于氣化開車一直使用空分氮壓機作為煤粉輸送介質,導致送至凈化的N2含量高CO2少,低溫甲醇洗冷量不足,應適當降低溫甲醇洗醇循環量,減少熱再生系統蒸汽量、N2氮氣量、控制甲醇溫度,同時提高丙烯壓縮機負荷作為冷量補充,保證低溫甲醇洗裝置出口合成氣中H2S含量不超標。待氣化裝置將負荷提至設計值,以及運行操作人員經驗的不斷積累,相信凈化裝置一定能更加平穩、節能、高效運行。

參考文獻

[1] 夏尊江,郭海彥,隋玉琴.低溫甲醇洗工藝中降低甲醇消耗的因素分析[J].北方環境,2003,28(2):51.

[2] 丁武松,寧平.低溫甲醇洗熱再生系統存在的問題及改進措施[J].化肥工業,2004,32(5):45.

[3] 石自更,王峰.Shell煤氣化制甲醇至低溫甲醇洗裝置洗滌甲醇消耗偏高的原因及對策[J].化肥設計,2009,47(3):29.