200kt／a乙二醇裝置氣體綜合利用簡介

張 超，許亞彬

（河南煤化集團安化公司凈化分公司，河南 安陽 455133）

0 引 言

安化公司200kt／a乙二醇項目是河南煤化集團 “兩調(diào)整、兩提高、兩創(chuàng)新、兩帶動”戰(zhàn)略下優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重點項目。2012年12月系統(tǒng)一次性開車成功，至今已連續(xù)運行近6個月。為提高裝置競爭力，優(yōu)化系統(tǒng)，節(jié)能降耗，公司對裝置氣體綜合利用以及廢氣的回收利用進行了多項技術(shù)改造，使整條工藝路線更趨合理。

1 工藝流程簡介

該裝置造氣系統(tǒng)采用間歇式固定床反應器，共16臺造氣爐，產(chǎn)氣量約為100 000m3／h。來自造氣的水煤氣進入10 000m3氣柜緩沖，通過6臺煤氣鼓風機加壓，經(jīng)一級電除塵除去大部分焦油后，送至常壓脫硫系統(tǒng)。經(jīng)脫硫、水洗后的水煤氣進入二級電除塵進一步除去煤氣中焦油等雜質(zhì)。脫硫凈化后的水煤氣經(jīng)水煤氣壓縮機加壓至0.85MPa后送至變換工序，通過變換、中溫水解塔將水煤氣中H2／CO調(diào)節(jié)至乙二醇合成所需比例，同時將大部分的COS轉(zhuǎn)化為H2S；隨后變換氣再次經(jīng)過加壓濕法脫硫最終將氣體中大部分的H2S脫除，凈化后的水煤氣進入到PSA工序，經(jīng)PSA－CO2脫碳工序脫除掉大部分的CO2，脫除CO2后的半成品氣經(jīng)過精脫硫?qū)怏w中總硫降至1×10－6以下，送PSA－CO和PSA－H2段提純CO和H2，合格的兩種產(chǎn)品氣通過CO離心式壓縮機和H2壓縮機加壓后送至乙二醇合成裝置。CO氣體經(jīng)過脫氫反應器脫除H2后補充至合成循環(huán)氣中，進入羰基化反應器反應生成中間產(chǎn)物草酸二甲酯，草酸二甲酯與H2混合后進入加氫反應器生成粗乙二醇，加氫合成氣通過界內(nèi)PSA提純后循環(huán)使用。粗乙二醇經(jīng)過分餾、精餾后成為產(chǎn)品乙二醇。其流程如圖1所示。

2 廢氣回收利用

裝置廢氣主要有三處：造氣系統(tǒng)的吹風氣，PSA系統(tǒng)廢氣，乙二醇合成尾氣。為將這三類氣體回收利用，公司在系統(tǒng)開車前進行了專項的研究討論，最終將整個系統(tǒng)的廢氣回收至三廢爐和合成氨氣柜用于副產(chǎn)蒸汽和合成氨所需。

2.1 三廢爐回收氣體

三廢爐是項目建設期間設計回收乙二醇裝置廢氣和安化合成氨系統(tǒng)PSA脫碳解吸氣同時副產(chǎn)3.82MPa蒸汽的裝置，設計能力為75t／h。乙二醇裝置開車以來，由于回收氣中可燃氣體成分偏高等原因，原先預計回收的合成氨系統(tǒng)廢氣不再回收。目前，乙二醇裝置水煤氣量57 000m3／h，負荷已超過50%。回收氣體包括造氣系統(tǒng)的吹風氣和配套裝置PSA系統(tǒng)一段解吸氣和三段沖洗氣。

圖1 煤制乙二醇工藝流程框圖

由于本裝置采用間歇式固定床反應器，需用空氣作為氣化劑，在生產(chǎn)原料氣的同時有大量吹風氣的產(chǎn)生，吹風氣是低熱值氣體，低于650℃時就不能燃燒，如爐溫不穩(wěn)定，就會發(fā)生爆炸。造氣系統(tǒng)16臺φ2 800mm固定層發(fā)生爐所產(chǎn)吹風氣104 800m3／h、220～260℃、0.015MPa，其組分見表1。

表1 吹風氣組分表 %

吹風氣低位發(fā)熱值為：

除造氣吹風氣外，配套裝置PSA系統(tǒng)所產(chǎn)廢氣量也相當大，無論是燃燒還是放空，均會造成浪費和污染。PSA系統(tǒng)流程如圖2。

如圖2所示，PSA－CO2在脫除CO2后，為保證吸附劑再生，通過真空泵將吸附在吸附劑上的CO2抽出，這部分解吸出的氣體最終將送至三廢爐。而圖中去解吸氣氣柜氣體中還包含了PSA－H2解吸氣、去一段沖洗氣。滿負荷工況下PSA－CO2解吸氣氣量為17 968m3／h，PSA－H2解吸氣氣量為2 000m3／h。此兩種氣體組成見表2。

圖2 PSA系統(tǒng)流程框圖

表2 PSA－CO2解吸氣和PSA－H2解吸氣組分表 %

PSA－CO2解吸氣低位發(fā)熱值為：

PSA－H2解吸氣低位發(fā)熱值為：

經(jīng)計算，三廢爐回收上述3種氣體可副產(chǎn)3.82MPa蒸汽約42t／h。以上氣體成分數(shù)據(jù)及氣量均為設計值。

2.2 三廢爐回收氣體存在的問題

三廢爐自開車接收氣體以來，一直存在爐膛超溫這一問題。經(jīng)多次研究、討論，發(fā)現(xiàn)主要原因有以下兩點：

（1）PSA回收氣體可燃成分高于設計值，最多時可燃成分高達50%以上；

（2）前期未接收吹風氣，造成進三廢爐氣體得不到稀釋。

公司對原因（1）進行了研究、攻關(guān)，并取得了較好的效果。造成PSA回收氣體可燃成分高，主要有以下幾方面原因。

（1）PSA－CO2段在初期開車后，尾氣中CO2含量控制過低（0.03%），吸附劑吸附CO2不飽和，吸附劑表面殘留過多的CO和H2未置換出去，使逆放、抽真空時這部分氣體進入到解吸氣中，不僅造成三廢爐可燃氣體成分高，同時也使CO、H2收率降低。

（2）為保證PSA－CO段CO產(chǎn)品氣純度以及產(chǎn)品氣中H2含量，初期運行階段控制該段尾氣中CO量較高，最高時達到10%以上，大量CO進入PSA－H2段被吸附劑吸附后，通過抽真空解吸出來，而該抽真空氣去PSA－CO2段沖洗時，造成氣體中CO成分偏高，也造成吸附劑再生差，使去三廢爐可燃氣體成分降不下來，同時也導致了CO收率降低。

（3）PSA－CO2段順放和逆放量不平衡，前期該段順放結(jié)束壓力控制在70kPa以上，未達到CO2解吸分壓，使逆放氣中仍含有大量的CO，逆放氣與解吸氣混合后，造成可燃氣體成分偏高。

針對以上三方面的原因，公司分別對一段、二段尾氣指標作出新的規(guī)定，控制一段尾氣CO2在0.2%左右；為保證CO產(chǎn)品純度，通過加大順放、置換氣量，代替尾氣帶走雜質(zhì)氣體，使氣體通過順放和置換進入乙二醇原料氣柜，同時使二段尾氣中CO含量可控制在5%以下，較低的含CO原料氣進入PSA－H2段后，使PSA－H2段解吸氣中CO含量明顯下降，至一段沖洗氣成分變好后，一段吸附劑再生更加徹底。同時，增大一段順放量，控制順放結(jié)束壓力在30kPa左右，使CO和H2更多地通過順放回收至乙二醇原料氣柜。調(diào)整后，目前PSA送三廢爐氣體組分如表3；三廢爐運行平穩(wěn)，平均產(chǎn)汽量在50t／h。

表3 目前PSA送三廢爐氣體組分表 %

2.3 合成氨氣柜回收氣體

除上述氣體外，乙二醇系統(tǒng)配套PSA－H2解吸氣和主裝置PSA解吸氣因主要含氫氮氣，無法回收至三廢爐，而安化公司具備年產(chǎn)290kt合成氨能力，將該氣體回收至合成氨系統(tǒng)較為合適，其組分見表4。

表4 合成氨氣柜回收氣體組分表 %

目前，乙二醇系統(tǒng)半負荷工況下，界內(nèi)PSA解吸氣約為1 500m3／h，PSA－H2解吸氣約為4 000m3／h，合成氨系統(tǒng)接收此兩種氣體后，可節(jié)約2.5MPa蒸汽，消耗有明顯下降。

2.4 未回收氣體

目前，乙二醇系統(tǒng)合成尾氣仍未進行回收，由于該氣體含氧量在2%，同時含有少量CH3OH和CH3ONO，考慮到對三廢爐和合成氨系統(tǒng)的影響未知，因此該部分氣體仍然采取送火炬燃燒，待進一步分析論證后考慮回收。

3 有效氣綜合利用

乙二醇合成原料氣為水煤氣，通過凈化分離后的高純度CO和H2進行合成。由于該合成工藝為新工藝、新路線，目前國內(nèi)包括國際上工業(yè)裝置仍無達到滿負荷工況的，如通遼金煤作為國內(nèi)首家煤制乙二醇工業(yè)化裝置，負荷也一直保持在50%左右，且停車檢修、技改頻繁。而除去乙二醇主裝置外，配套的造氣、凈化、PSA系統(tǒng)均為成熟工藝，早已實現(xiàn)滿負荷運行。為了保證開車后平衡配套裝置與主裝置負荷，對系統(tǒng)進行優(yōu)化，使氣體得到綜合利用，在主裝置無法高負荷運行時，配套裝置可以在較高負荷下運行，從而降低消耗，節(jié)約成本。具體改造如下。

（1）水煤氣綜合利用。通過常壓脫硫和二級電除塵后的水煤氣進入水煤氣壓縮機進行加壓，在加壓前，將此部分水煤氣引至九天公司九天甲胺車間原料氣壓縮機入口，經(jīng)過加壓后送至該車間PSA脫碳、PSA提純CO工序，最終分離出高純度CO供該車間生產(chǎn)DMF。開車以來，平均送氣量在5 000m3／h，由于該部分氣體在氣質(zhì)上優(yōu)于老系統(tǒng)所送水煤氣，且由乙二醇造氣系統(tǒng)送氣后，老系統(tǒng)可不再生產(chǎn)水煤氣而全部生產(chǎn)半水煤氣供合成氨裝置使用，使公司造氣系統(tǒng)生產(chǎn)運行更趨合理。

（2）CO產(chǎn)品氣綜合利用。配套PSA裝置設計產(chǎn)CO能力為22 000m3／h，同時配有3臺型號為DW－95.9／3.5置換氣壓縮機，2開1備，對PSA－CO系統(tǒng)進行置換，從而保證CO產(chǎn)品氣純度。為提高設備開工率，同時在主裝置接收不了更多CO時，PSA系統(tǒng)可高負荷運行，增加備機至九天公司九陽造氣車間產(chǎn)品氣壓縮機聯(lián)通管線，通過置換氣壓縮機將CO產(chǎn)品氣加壓至0.3MPa以上，送至該車間產(chǎn)品氣壓縮機入口，該壓縮機入口設計壓力在0.3MPa，經(jīng)壓縮機加壓后送至九陽甲胺車間生產(chǎn)DMF。九陽甲胺車間所需CO在7 000m3／h，而置換氣壓縮機可供氣量為5 754m3／h。九陽造氣車間造氣采用富氧與CO2在焦炭燃燒下產(chǎn)生較高純度CO，通過PSA脫碳提純CO純度至98%以上，送九陽甲胺車間合成DMF。經(jīng)公司財務計算，該生產(chǎn)裝置所產(chǎn)CO成本在3元／m3以上。而乙二醇造氣采用型煤，經(jīng)測算CO成本在1.9元／m3。因此，按照向九陽造氣車間送CO氣量為5 000m3／h計，則可降低DMF成本為5 500元。如此一來，優(yōu)化公司裝置整體運行的同時，增加了DMF產(chǎn)品在市場上的競爭力。

（3）H2產(chǎn)品氣綜合利用。為平衡 H2和CO，當CO利用后，多余的H2也必須加以利用，否則將造成H2的浪費。通過綜合考慮，增加H2壓縮機二回一至合成氨凈化工序出口管線，混合后經(jīng)合成壓縮機加壓后送合成氨系統(tǒng)。

通過以上改造，乙二醇配套裝置一直保持在50%以上負荷運行，最高時在80%負荷下運行，并且較為穩(wěn)定。通過對有效氣體的綜合利用，保證了配套系統(tǒng)的運行，同時也優(yōu)化了整個公司包括合成氨、甲胺、DMF、造氣系統(tǒng)的運行模式，在界內(nèi)緊急停車、短停等情況下，配套裝置可以繼續(xù)生產(chǎn)運行，減少了開停車費用。在向九天公司供氣期間，因公司電網(wǎng)故障，造成老系統(tǒng)、九陽造氣系統(tǒng)停車，但由于乙二醇配套裝置向九天公司供氣，避免了該套甲胺／DMF裝置的整體停車。

4 結(jié) 語

煤制乙二醇作為新工藝、新技術(shù)，目前國內(nèi)工業(yè)化裝置運行均未達到設計能力，加上在建新項目多，未來市場競爭將極大。前文所述內(nèi)容旨在優(yōu)化公司生產(chǎn)系統(tǒng)，降低乙二醇系統(tǒng)消耗，提高裝置抗風險能力，增強市場競爭力；此外，可為在建項目提供一種新思路，在繼續(xù)深挖乙二醇合成潛力的同時，更加優(yōu)化系統(tǒng)氣體的綜合利用。