“雙高”原料氣耐硫變換工藝及QDB催化劑在4 000 kt/a煤制油項目中的應(yīng)用

李天波

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 寧夏銀川 751400)

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司(以下簡稱神華寧煤公司)4 000 kt/a煤炭間接液化示范項目于2016年12月21日打通全工藝流程并產(chǎn)出合格產(chǎn)品。該項目的煤氣化裝置采用24臺西門子GSP爐和4臺神寧爐，凈化工藝采用魯奇低溫甲醇洗技術(shù)，費(fèi)托合成及產(chǎn)品加工采用中科合成油漿態(tài)床F- T合成技術(shù)、加氫精制及裂化技術(shù)，變換裝置采用青島聯(lián)信催化材料有限公司“雙高”(高水氣比、高CO含量)原料氣耐硫變換工藝技術(shù)。

4 000 kt/a煤炭間接液化示范項目變換工藝技術(shù)和變換催化劑均由青島聯(lián)信催化材料有限公司提供。變換系統(tǒng)共分為6個系列(1#～6#)，每個系列分為變換裝置和未變換裝置，變換裝置設(shè)置2臺串聯(lián)的變換爐，未變換裝置設(shè)置2臺有機(jī)硫水解槽，單系列變換裝置處理氣量以有效氣(CO+H2)計為529 868.5 m3/h(標(biāo)態(tài))。變換系統(tǒng)于2016年10月27日一次投運(yùn)成功并實(shí)現(xiàn)了首次低負(fù)荷正常開工，截止至2017年5月，共有3個系列變換裝置投入正常運(yùn)行。以1#變換裝置為例，“雙高”原料氣耐硫變換工藝及QDB系列催化劑在神華寧煤公司煤制油項目中的應(yīng)用情況介紹如下。

圖1 變換裝置工藝流程

1 工藝流程

神華寧煤公司變換裝置工藝流程如圖1所示。來自氣化裝置的粗煤氣進(jìn)入變換裝置(單系列)后分為2股，其中一股粗煤氣(約占總體積的44%)稱為未變換氣,首先進(jìn)入未變換氣第1廢熱鍋爐，然后進(jìn)入未變換氣第1水分離器分離冷凝液，再進(jìn)入未變換氣蒸汽加熱器，利用系統(tǒng)輸出的350 ℃過熱蒸汽提溫至215～220 ℃進(jìn)入脫毒槽(內(nèi)裝有機(jī)硫水解催化劑),在脫除粗煤氣中雜質(zhì)的同時，將粗煤氣中的COS等有機(jī)硫轉(zhuǎn)化成便于后工段脫除的H2S；出脫毒槽的未變換氣通過回收熱量逐級降溫分離冷凝液后送下游未變換氣低溫甲醇洗裝置。另一股粗煤氣(約占總體積的56%)進(jìn)入變換裝置水煤氣廢熱鍋爐，將粗煤氣的水氣比調(diào)整至0.70～0.90以后進(jìn)入煤氣水分離器；出煤氣水分離器的粗煤氣進(jìn)入氣氣換熱器與出第1變換爐的變換氣進(jìn)行換熱，溫度上升至230～260 ℃進(jìn)入第1變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；出第1變換爐的變換氣進(jìn)入2臺并聯(lián)的換熱器(一臺為氣氣換熱器，用于加熱進(jìn)入第1變換爐的粗煤氣；另一臺為中壓蒸汽過熱器，用于將界區(qū)外以及系統(tǒng)自產(chǎn)的絕壓2.7 MPa、溫度228 ℃的中壓飽和蒸汽過熱至350 ℃左右)；出2臺換熱器的變換氣混合后(溫度約300 ℃)進(jìn)入變換氣第1廢熱鍋爐，變換氣溫度降至210～240 ℃后進(jìn)入第2變換爐繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)；出第2變換爐的變換氣含CO體積分?jǐn)?shù)約為7.3%(干基)，通過回收熱量逐級降溫分離冷凝液后送下游變換氣低溫甲醇洗裝置。

2 QDB催化劑的工業(yè)應(yīng)用

2.1 催化劑的裝填

為了保證催化劑裝填均勻，采用分層裝填，即每裝填約1 m床層高度平整1次，催化劑全部裝填完成后必須平整均勻。QDB系列催化劑具有較高的強(qiáng)度，因此裝填前未對催化劑進(jìn)行過篩處理。單系列變換催化劑裝填情況見表1。

表1 單系列變換催化劑裝填情況

反應(yīng)器催化劑型號裝填量/m3第1變換爐(軸向)QDB?0580第2變換爐(軸徑向)QDB?04?X130

2.2 催化劑的升溫硫化

采用N2加H2配CS2的方式進(jìn)行循環(huán)硫化，由蒸汽加熱器和電加熱器串聯(lián)提供升溫所需的熱量。2016年9月開始對1#變換裝置升溫，升溫耗時約3 d。升溫結(jié)束以后進(jìn)行配氫加硫，總硫化耗時約4 d，整個硫化過程比較順利。催化劑硫化時堅持提硫不提溫、提溫不提硫的原則，從而避免出現(xiàn)催化劑床層溫度暴漲的現(xiàn)象，保證了催化劑床層平穩(wěn)升溫。2016年10月4日，1#變換裝置2臺變換爐的催化劑完成升溫硫化，共計消耗CS2約16.5 t。

2.3 系統(tǒng)接氣與正常運(yùn)行

GSP爐和神寧爐制得的原料氣中CO含量較高，初期CO體積分?jǐn)?shù)在60%左右，正常運(yùn)行時高達(dá)70%左右。2016年10月底氣化爐運(yùn)行趨于正常，1#變換裝置具備導(dǎo)氣條件，第1變換爐催化劑床層溫度為203～237 ℃，第1次導(dǎo)氣在1臺氣化爐75%低負(fù)荷下進(jìn)行(變換單系列對應(yīng)4臺氣化爐)，粗煤氣濕氣量為300 000～390 000 m3/h(標(biāo)態(tài))。10月27日17：29變換裝置開始進(jìn)行暖管，19：00暖管完畢開始導(dǎo)氣，導(dǎo)氣壓力控制在1.5 MPa左右。整個導(dǎo)氣過程比較平穩(wěn)，催化劑床層溫度最高至489 ℃。從暖管至導(dǎo)氣溫度平穩(wěn)共耗時110 min，實(shí)現(xiàn)了低負(fù)荷工況下的成功導(dǎo)氣。19:39由于觸發(fā)E04鍋爐液位低低聯(lián)鎖，變換裝置跳車。10月28日1#變換裝置第2次進(jìn)行導(dǎo)氣，催化劑床層溫度最高至494 ℃，整個導(dǎo)氣過程仍比較順利平穩(wěn)。

目前，神華寧煤公司煤制油項目的1#～3#變換裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，油品A線于2016年12月21日打通全流程并產(chǎn)出合格產(chǎn)品。4#和6#變換裝置已完成催化劑的升溫硫化工作，5#變換裝置完成催化劑的裝填，油品B線也在加快進(jìn)度打通工藝流程。

3 運(yùn)行結(jié)果與討論

神華寧煤公司GSP爐和神寧爐制得的粗煤氣主要干基組成為：φ(CO)68.72%，φ(CO2)6.13%，φ(H2)24.06%；粗煤氣溫度207 ℃，壓力4.09 MPa(絕壓)。變換系統(tǒng)總設(shè)計處理氣量以有效氣(CO+H2)計為3 179 211 m3/h(標(biāo)態(tài))，每個系列設(shè)置2臺串聯(lián)的變換爐，單系列變換裝置處理氣量以有效氣(CO+H2)計為529 868.5 m3/h(標(biāo)態(tài))，變換氣組成需滿足費(fèi)托合成裝置對H2/CO=1.53～1.60(或甲醇合成裝置H2/CO=2.20～2.30)的要求。QDB系列催化劑在煤制油項目變換系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 QDB系列催化劑在煤制油項目變換系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)

日期變換系列氣量(濕基)/(m3·h-1，標(biāo)態(tài))進(jìn)口粗煤氣中φ(CO)/%第1變換爐進(jìn)口水氣比入口溫度/℃熱點(diǎn)溫度/℃第2變換爐入口溫度/℃出口溫度/℃出口變換氣中φ(CO)/%2016?10?311#53796662．160．3720842121026820．022016?12?173#44333763．540．3820844620927018．882017?02?201#89656561．440．672164512463308．132017?04?051#91881070．890．742204542163348．222#94141368．920．742224571993297．763#98022269．330．692244562243188．392017?04?153#88193870．050．662164442143148．122#88605169．590．742194551983308．011#78938368．970．742144512033177．862017?04?253#85116871．020．782194582013247．452#90250269．930．752214531993287．891#86176868．780．812204522003187．322017?05?053#117322068．130．662284392013257．532#119027368．520．692294432003227．301#114812869．770．742284461993267．11

由表2可以發(fā)現(xiàn)：①初期變換裝置在40%左右的低負(fù)荷下運(yùn)行，將第1變換爐入口溫度降至208 ℃左右、水氣比降至0.37左右時，第1變換爐的催化劑床層熱點(diǎn)溫度可以控制在450 ℃以下，且出口變換氣中CO含量完全可以滿足生產(chǎn)甲醇的要求；②變換裝置在70%～100%負(fù)荷下運(yùn)行時，通過調(diào)整第1變換爐入口溫度、廢熱鍋爐調(diào)控水氣比，完全不需要添加蒸汽，第1變換爐的催化劑床層熱點(diǎn)溫度可以控制在460 ℃以下,出口變換氣中CO含量完全能夠滿足制取合成油的要求。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

神華寧煤公司煤制油項目變換系統(tǒng)工業(yè)運(yùn)行結(jié)果表明，采用“雙高”原料氣耐硫變換工藝及QDB系列催化劑，可利用原料氣原有的水氣比進(jìn)行變換反應(yīng)，完全不需要添加蒸汽。按高水氣比、56%配氣工藝流程、原料氣干氣量3 426 676 m3/h(標(biāo)態(tài))、第1變換爐的水氣比為1.7、原料氣帶入的水氣比約為1.0、年生產(chǎn)時間8 000 h、噸蒸汽費(fèi)用120元計，年節(jié)省蒸汽量為3 426 676×0.56×(1.7-1.0)×18×8 000/(22.4×1 000)≈8 635 200(t)，年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可以達(dá)到10.362億元。

當(dāng)前變換系統(tǒng)選擇的工藝及催化劑，導(dǎo)氣過程不超過1 h，向界區(qū)外送合格工藝氣不超過2 h，開工時間短，避免了大量原料氣的放空。