20萬t/a乙二醇配套項目原始開車及試生產存在的問題及對策研究

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(河南能源化工集團洛陽永龍能化有限公司，河南 孟津 471100)

河南能源化工集團洛陽永龍能化有限公司20萬t/a乙二醇配套項目是為洛陽永金乙二醇裝置提供合格的氫氣、一氧化碳以及其他公用物料而建，項目于2009年10月開工建設，2014年12月1日氣化爐投料成功，2014年12月27日凈化PSA產出合格氫氣，2015年1月23日凈化冷箱產出合格二氧化碳，項目打通全流程。項目采用WHG干粉煤氣化技術，是該技術首套工業化應用。項目配套1臺1 100t/d五環爐和2臺220t/h流化床鍋爐，空分采用開封空分內壓縮工藝，氣體凈化采用法液空低溫甲醇洗/液氮洗工藝，PSA采用四川天一提氫技術，硫回收采用荷蘭荷豐硫回收技術。

1 工藝流程

原料煤通過煤儲運系統送到磨煤單元，經過碾磨和干燥后制成合格的煤粉，通過螺旋輸送機送至粉煤加壓與輸送單元，由鎖斗加壓后通過4個煤燒嘴中心管進入氣化爐。空分裝置提供的純度為99.6%的氧氣，通過煤燒嘴環隙送入氣化爐。在氣化爐反應室內，煤粉與氧氣在高溫高壓下進行反應，生產粗合成氣。高溫合成氣沿氣化爐反應室上行至激冷室處，被水/蒸汽混合激冷到大約700～800℃，再通過氣體返回室、輸氣彎管和激冷罐冷卻至220℃左右，由合成氣出口管線進入文丘里洗滌器。在文丘里洗滌器內，合成氣與激冷水充分混合后進入濕洗塔洗滌，出濕洗塔的粗合成氣溫度為203℃，經氣液分離器、過濾器除去夾帶的水分和雜質，在催化劑作用下進行CO部分變換反應，制得滿足乙二醇合成所需氫碳比(2∶1)的變換氣。

來自變換工序的變換氣進入低溫甲醇洗吸收塔，所含H2S、CO2等酸性氣體在吸收塔內依次被低溫甲醇吸收。脫除的H2S等酸性氣體送至硫回收系統生產硫磺，CO2經過壓縮后送至氣化，作為煤粉輸送氣使用，合格凈化氣經過分子篩，進一步脫除甲醇、CO2后送入冷箱。通過冷箱深冷分離后，富氫氣先經過PSA提純，再送至乙二醇加氫反應器中參與加氫反應，而純度達98%以上的CO2則直接送至乙二醇合成反應器中參與羰化反應。

2 鍋爐、空分裝置開車中存在的問題及對策

2.1 鍋爐煤倉堵煤頻繁

洛陽乙二醇項目鍋爐使用的是本地龍門煤，煤種團聚性很強，經洗選后含水分也較高，極易造成輸煤系統堵煤，尤其是給煤機前煤倉容易堵煤，無法下煤，造成鍋爐負荷波動，嚴重時還會導致鍋爐熄火，從而影響整個生產系統的正常運行。研究分析問題后，在煤倉內壁上加裝不銹鋼板內襯并增加空氣炮，有效緩解了煤倉堵煤的問題。同時，加強燃料煤購、儲環節的把控，嚴格控制外購煤中外水含量(小于12%)，徹底解決了輸煤系統堵煤的問題。

2.2 布袋除塵器壓差高

隨著試生產的進行，布袋除塵器壓差由初始的0.8kPa逐步上漲至1.3kPa，不得不減小系統風量，嚴重制約了鍋爐高負荷運行。排查后發現，糊袋是引起除塵器阻力升高的主要原因。其前序系統脫硫裝置為新增改造項目，采用半干法脫硫技術，前期運行不穩定，霧化器霧化效果差，導致煙氣含水較高，部分液態水直接吸附到布袋表面，導致灰塵在布袋表面板結，正常的噴吹清灰不易將其清除，造成布袋阻力異常升高。后期通過改造脫硫裝置霧化噴頭，在保證了霧化效果的同時，減少了用水量，降低了煙氣濕度。同時，在系統中加裝了在線濕度檢測儀，實時監控煙氣濕度，當濕度大時，及時調整霧化水投入量，以保護濾袋，徹底解決了濾袋壓差高的問題。

2.3 空分液氮泵汽蝕嚴重

氣化爐投煤后，空分液氮泵多次出現不打量的現象，停泵重新預冷后才能恢復，嚴重影響系統的穩定運行。經過分析DCS趨勢，發現主要是由于氣化用高壓氮氣量不穩定導致液氮泵汽蝕所致。液氮泵設計打量為5 000Nm3/h，而氣化最低時才使用700Nm3/h的氣量。導致流量過小，電機輸出的大部分功率用于攪拌泵內低溫液體，使其溫度升高，以致產生汽化。同時由于流量小，入口液氮流速就低，相對吸熱就多，溫升就高，進一步加劇了液氮泵汽蝕的發生。通過平衡系統高壓氮氣的用量，并且在液氮泵出口管線加設放空管線，設置最小流量，未再出現過此類問題。

3 氣化裝置開車中存在的問題及對策

3.1 給料倉煤粉管線斷裂

氣化在做煤循環期間，1號和3號煤線很不穩定。煤粉管線速度和密度大幅度波動，檢查發現,粉煤給料倉內輸煤1號和3號管線斷裂，而另外兩條也出現輕微變形。初步分析認為，管線斷裂的原因主要是由于管線固定不牢所致，在輸送煤粉的過程中，由于受煤粉的沖擊而產生頻繁擺動，導致金屬疲勞損傷，進而斷裂。通過對煤粉給料罐內部煤線實施技改，在每根管線上增加了2個呈90°的支撐筋板，保證了管線的強度，煤線的穩定性能得到很大提高，順利完成了煤循環工作，在氣化爐運行期間，煤線也非常穩定。

3.2 氣化爐激冷室上部積灰嚴重

WHG氣化爐高溫合成氣在燃燒室生成后，上行至激冷室，在激冷室由激冷鍋爐給水及部分水蒸氣激冷至≤800℃，經輸氣管輸送至激冷罐進行冷卻。試車過程中，高溫合成氣攜帶的飛灰容易致激冷室上部及輸氣管堵塞，影響氣化爐長周期運行。通過改造激冷組合噴頭以及增加保護吹掃氣，積灰情況得到一定程度的緩解，但未得到徹底解決。可通過增加激冷水的溫度，提高霧化效果。通過在該處水冷壁增加振打器、進行振打除灰以及改為合成氣激冷等措施，進一步改善積灰嚴重的問題。

3.3 粗合成氣帶水帶灰嚴重

氣化爐試車后，濕洗塔在氮氣工況下一直較平穩，但切換為CO2工況后壓差快速上漲，由6kPa逐漸上升到20kPa以上，濕洗塔洗氣效果下降，導致出口合成氣帶水帶灰。打開濕洗塔檢查發現，第3塊塔盤結垢嚴重，分析認為切換成CO2工況后，系統合成氣中CO2會快速上升，由于部分CO2溶于水形成碳酸根離子，導致系統灰水中pH值下降。為了保證系統pH值，就在系統(即第3塊塔盤處)補水，添加大量液堿，導致該處pH值局部太高。在堿性環境下，碳酸根離子與灰水中的鈣、鎂離子極易形成碳酸鈣等沉淀，從而形成垢層。通過對系統加堿位置的調整，取消在第3塊塔盤處加液堿，僅通過在文丘里洗滌器處加液堿來調節pH值，并對文丘里洗滌器進行改造，將調接頭直徑增大了100mm，以提高除灰效率。改造后，濕洗塔出口合成氣帶灰帶水現象已得到解決。

4 氣體凈化裝置開車中存在的問題及對策

4.1 屏蔽泵屏蔽套損壞

試車過程中，多次發生低溫甲醇洗屏蔽泵的屏蔽套損壞，原因是試車過程中系統介質太臟，而屏蔽泵是內循環冷卻式，定子和轉子都是通過輸送介質來冷卻的。如果介質太臟(含有固體顆粒物)，就會劃傷屏蔽套。通過在泵入口增加精密過濾器以及加大新鮮甲醇補充后，此類問題未再出現。

4.2 冷箱換熱器凍堵

試車過程中，發生了一起冷箱換熱器凍堵事故，項目冷箱采用的是法液空的技術，其中原料氣冷卻器設計為2個，分別為E01和E02，試車中換熱器總壓差由正常時的18kPa上漲到45kPa，接近系統聯鎖停車值。通過對比2個換熱器的換熱效果，發現主要是E01換熱效果不好，存在凍堵可能，基本判斷為原料氣CO2超標所致。試車過程中低溫甲醇洗一直不穩定，CO2超過了分子篩吸附能力，形成了穿透。停車后進行了復溫吹掃，消除了凍堵，但是耽誤了3天。后期通過嚴格控制低溫甲醇洗出口合成氣CO2含量，保證其小于10mg/m3，未再發生過凍堵事故。

4.3 產品氣CO中CH4含量超標

試車前期，冷箱出口CO一直不合格，CH4含量超標，最高達1.4%，而設計值≤0.1%。分析冷箱入口原料氣后發現CH4含量高達4 000mg/m3，遠超設計值，冷箱本身又未設計脫除CH4裝置，只能在前序系統找原因。通過對比分析，發現甲烷在氣化爐出口含量為100mg/m3左右，而經過變換后卻突然大幅上漲，初步判斷是由于合成氣在經過變換裝置時發生了較多的甲烷化副反應，通過與催化劑廠家溝通了解到，該變換催化劑前期活性較好，當水氣比較低，而CO含量、反應壓力和床層溫度較高時，則容易發生甲烷化副反應，出口甲烷含量偏高。通過調整水氣比以及變換爐床層溫度后，甲烷含量就得到了有效控制。

5 結語

自化工投料試車以來，洛陽乙二醇項目的氣化爐有效氣組分、比煤耗、比氧耗等主要性能指標均優于設計值，開創了合成氣上行水激冷粉煤氣化工藝之先河，同時也暴露了不少問題，影響了項目的整體運行周期。隨著試生產中暴露的問題逐步得到解決，整個項目的運行周期以及經濟指標有望得到大幅提升。