WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在變換裝置的在線切換研究

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司一期項目為50萬t/a甲醇裝置，采用SHELL干粉煤加壓氣化爐(1臺)提供原料氣。二期項目為40萬t/a醋酸裝置，采用新型WHG干煤粉加壓氣化爐(2臺)提供原料氣。WHG煤氣化工藝是中國五環工程有限公司與河南能源化工集團有限公司合作開發的、具有國內自主知識產權的新型氣化工藝。WHG煤氣化工藝與SHELL煤氣化工藝都采用氣流床加壓氣化、液態排渣、濕洗洗滌，兩者都具有適用煤種范圍廣、碳轉化率高、單爐產氣能力大等特點。

一期裝置及二期裝置在運行時經常出現氣化裝置需要停車檢修，但后系統可以繼續運行的情況。如果僅因SHELL氣化裝置需要停車檢修而造成整個一期后系統完全停車，或者WHG氣化爐需要停車檢修而造成整個二期后系統完全停車，都會浪費大量人力財力，頻繁開停車會增加安全事故及環境污染事故發生的概率。針對此情況，本文對WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在變換裝置的在線切換進行了研究，兩種粗煤氣在變換裝置在線切換的實現可減少以上情況造成的人力、財力浪費，同時降低了因后系統開、停車造成的安全事故及環境污染事故發生的概率。

1 二期變換工藝流程

二期變換裝置總共2臺變換爐，采用低水汽比耐硫變換工藝。一、二變爐分別裝填16m3、29m3青島聯信公司生產的寬溫耐硫低水汽比鈷鉬催化劑QDB-05。變換工藝流程見圖1。

圖1 CO變換工序工藝流程1—原料氣分離器；2—原料氣過濾器；3—煤氣低壓廢熱鍋爐；4—1#煤氣分離器；5—除鹽水預熱器Ⅱ；6—2#煤氣分離器；7—煤氣預熱器；8—第一變換爐；9—淬冷過濾器；10—第二變換爐；11—變換氣廢熱鍋爐；12—除鹽水預熱器Ⅰ；13—1#變換氣分離器；14—變換氣水冷器；15—2#變換氣分離器

來自煤氣化裝置180 ℃、3.8 MPa(a)的粗煤氣經原料氣分離器和原料氣過濾器分離出冷凝液和過濾除去粉塵等雜質后，分成兩股，其中一股去淬冷過濾器，另外一股進入煤氣低壓廢熱鍋爐副產0.4 MPa(a)低壓飽和蒸汽，以供汽提塔和循環冷卻水泵使用，煤氣溫度降至約177 ℃，進入至1#煤氣分離器并分離出冷凝液，再分出一股去淬冷過濾器，另外一股進入除鹽水預熱器Ⅱ回收熱量，煤氣溫度降至約155 ℃，再進入2#煤氣分離器并分離出冷凝液后，煤氣分3股：第1股(約占19.6%)煤氣送至一期甲醇裝置，第2股(約占31.8%)煤氣作為副線調節出變換工序控制指標，第3股(約占48.6%)煤氣則經過煤氣預熱器預熱至200～230 ℃進入第一變換爐進行變換。

出第一變換爐的變換氣溫度約380～440 ℃，CO含量39.6%(mol，濕基)，先經煤氣預熱器降溫至約320～380 ℃，再與來自原料氣過濾器和1#煤氣分離器前的兩股煤氣混合，并通過淬冷過濾器降溫增濕后，進入第二變換爐，出第二變換爐的變換氣依次經過變換氣低壓廢熱鍋爐和除鹽水預熱器Ⅰ，以副產1.7 MPa(a)飽和蒸汽并送入管網和預熱除鹽水回收余熱。出除鹽水預熱器Ⅰ的變換氣夾帶有少量冷凝液，然后進入1#變換氣分離器分離出冷凝液后，再進入變換氣水冷器，待變換氣溫度降至40 ℃，進入2#變換氣分離器分離出冷凝液后，變換氣送酸性氣體脫除工序。

2 WHG與SHELL的粗煤氣組分分析對比

WHG氣化裝置與SHELL氣化裝置粗煤氣分析對比見表1。

表1 WHG與SHELL氣化裝置粗煤氣分析對比%

從WHG氣化裝置與SHELL氣化裝置粗煤氣分析對比可知：①WHG氣化裝置與SHELL氣化裝置粗煤氣組分相近，可以實現在二期變換裝置的在線切換；②WHG粗煤氣溫度比SHELL粗煤氣溫度高約14 ℃，切氣時會造成變換爐入口合成氣溫度及水氣比變化較大；③WHG粗煤氣的含灰量高于SHELL粗煤氣的含灰量。

由于一期合成裝置對氣體潔凈程度要求比較高，本文只研究單臺WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在二期變換裝置的在線切換。

3 WHG與SHELL粗煤氣變換裝置在線切換

3.1 WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣的連接方式

在變換裝置內，一期殼牌粗煤氣與二期五環爐粗煤氣由1根DN450的雙向管道連接。雙向管道見圖2。

圖2 一期與二期粗煤氣雙向連通管線

3.2 SHELL粗煤氣在線切入二期變換裝置

在試生產階段，由于二期五環爐難免會經常出現停車狀況，如果僅僅是WHG氣化裝置出現問題，需要停車處理，但是在后系統不需要停車的情況時，可以將一期SHELL粗煤氣在線切入二期變換裝置來保證后系統的正常運行。

3.2.1 切氣方法

(1)調度室統一協調SHELL粗煤氣切入二期變換裝置及WHG粗煤氣退出二期變換裝置。

(2)SHELL氣化爐壓力改為16PV0008A進行控制，氣化爐逐步提至正常負荷。將SHELL粗煤氣向二期導入40%氣量，一期裝置60%負荷運行。

(3)二期變換逐漸打開FV03816A閥的后手閥，前手閥保持微開，同時緩慢將FV03816A閥開至5%位置，根據一期的工況逐漸開大FV03816A前手閥。待FV03816A前手閥全開后，緩慢開大FV03816A閥，同時逐步關小036PV0008A閥。在FV03816A閥與036PV0008A切換過程中，密切關注變換爐入口的粗煤氣流量，確保流量穩定，同時關注催化劑床層溫度，防止出現超溫、垮溫。

(4) 二期變換操作人員在SHELL粗煤氣送入變換裝置前，由于SHELL粗煤氣溫度低于WHG粗煤氣，可以將一變爐的爐溫控制在操作溫度的上限，每次送入氣量不超過5 000Nm3/h，同時WHG粗煤氣退出5 000Nm3/h，保持總氣量不變，減小變換工況的波動。待變換工況重新穩定后再次送入5 000Nm3/h，直至SHELL粗煤氣與WHG粗煤氣在變換裝置在線切換結束。由于整個切氣過程會導致系統波動，因此切氣過程要緩慢進行。

(5)逐步將二期氣化爐036PV0008A閥退出后，關閉036PV0008A及后手閥，變換關閉界區調節閥，將WHG氣化爐與二期變換裝置隔離。至此，整個在線切氣過程結束，WHG氣化爐可以停車檢修。

3.2.2 二期變換裝置所用粗煤氣生產醋酸

此工況的變換工藝參數見下表2。

表2 變換工藝參數

3.2.3 SHELL粗煤氣在線切入存在的風險

(1)參與切氣過程的分廠比較多，若配合不到位易造成二期變換爐氣量增大，空速增大，二期變換裝置垮溫。

(2)造成一、二期系統壓力發生波動。

(3)WHG氣化爐036PV0008A閥與變換裝置FV03816閥配合不到位，出現二期變換工況波動，影響整個系統的穩定運行。

(4)在切氣過程中，可能會出現二期變換裝置H/C偏離指標。

(5)在切氣過程中，可能會出現二期酸脫工況發生異常，如原料氣中CO2減少，原料氣量降低，無法滿足二期深冷工況的需要，可能會影響到深冷分離出口CO的純度。

(6)SHELL粗煤氣溫度166 ℃，加上因一、二期雙向管線較長造成的熱損失，導致比WHG粗煤氣溫度偏低，二期變換工況切氣時可能會發生垮溫。

3.3 WHG粗煤氣在線切入二期變換裝置

WHG氣化裝置檢修完成，氣化裝置開車負荷正常后，可以將WHG粗煤氣在線切入二期變換裝置，實現裝置的長周期、安全、高負荷運行。

3.3.1 切氣方法

(1)調度室統一協調WHG粗煤氣切入二期變換裝置及SHELL粗煤氣退出二期變換裝置。

(2)保證WHG氣化爐高負荷，并控制WHG氣化爐壓力高于變換系統壓力后逐漸打開036XV0002，微開036PV0008A閥和HV03801閥，對氣化爐至變換的部分管線進行暖管。

(3)WHG粗煤氣進入變換裝置的溫度高于150 ℃，且變換爐工況穩定后繼續開大036PV0008A閥至10%開度，通過HV03801控制進入變換的粗煤氣量，每次開閥接氣不得超過5 000Nm3/h，當工況穩定后，將036PV0008A閥投入自動。

(4)WHG粗煤氣進入變換裝置約50%后，逐漸關小FV03816A閥，減少來自SHELL粗煤氣的量，在關閥過程中控制一變爐的床層溫度在操作窗口的下限，控制進入一變爐的氣量不要出現大幅度波動。

(5)變換裝置在WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣切換過程中，及時對變換爐的工況進行預調整。

(6)WHG粗煤氣全部導入變換裝置后，緩慢退出剩余的SHELL粗煤氣，至此WHG粗煤氣在線切入變換裝置結束。

3.3.2 變換工藝參數

二期變換裝置所用粗煤氣全部由WHG氣化爐(單臺)提供生產醋酸。此工況的變換工藝參數見表3。

表3 變換工藝參數

3.3.3 WHG粗煤氣在線切入存在的風險

(1)WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣的溫差較大，WHG粗煤氣切入變換裝置時會使變換爐發生較大波動。

(2)切氣過程中，若二期變換工況發生波動，會導致二期低溫甲醇洗的CO2發生波動，導致系統冷量可能會出現異常。

(3)二期低溫甲醇洗工況若發生較大波動，會造成二期深冷冷箱停車。

(4)SHELL粗煤氣退出變換裝置時，氣量的波動會導致變換爐出現較大波動。

4 結語

(1)WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在變換裝

置中在線切換的成功，實現了河南龍宇煤化工有限公司一期裝置與二期裝置粗煤氣互連互用。

(2)避免了因WHG氣化爐檢修造成的二期變換裝置及后系統停車，保證了二期變換及后系統的長周期、穩定運行，節省了大量開、停車費用，同時也減少了因開、停車造成的安全事故及環境污染事故。

(3)根據甲醇及醋酸的市場行情，經過核算后，將一部分SHELL切入二期變換裝置提高醋酸裝置負荷，實現公司產品經濟利益最大化。

(4)WHG粗煤氣與SHELL粗煤氣在變換裝置中在線切換的成功，為同類裝置的相關研究積累了寶貴經驗，具有一定的借鑒意義。