4.0 MPa、50 000 m3/h焦?fàn)t氣脫汞加氫裝置的運(yùn)行總結(jié)

周 峰， 程建申， 潘偉峰， 王建民， 張 亮

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司， 山西運(yùn)城 043200)

1 裝置概況

山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司焦?fàn)t氣脫汞加氫裝置于2015年12月建成使用，設(shè)計(jì)處理焦?fàn)t煤氣量為50 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，操作壓力為4.0 MPa；采用北京三聚環(huán)保公司的脫汞吸附劑和加氫催化劑吸附焦?fàn)t氣中汞及不飽和烴，控制脫汞加氫裝置出口汞質(zhì)量濃度≤0.01 μg/m3(標(biāo)態(tài))，不飽和烴控制在0.1%，處理后的焦?fàn)t氣為滿足后續(xù)合成氨聯(lián)產(chǎn)液化天然氣(LNG)生產(chǎn)工藝要求的合格原料氣[1]。

2 工藝氣流程概述

來自2D80 70.5/6-40對(duì)稱平衡往復(fù)式壓縮的焦?fàn)t氣含有約50 mg/m3(標(biāo)態(tài))的H2S及200～300 mg/m3(標(biāo)態(tài))的有機(jī)硫，烯烴體積分?jǐn)?shù)約1.3%(原設(shè)計(jì)3%)，壓力約4.0 MPa，溫度≤ 40 ℃，在吸油槽進(jìn)一步除掉氣體機(jī)械油后進(jìn)入脫汞槽，通過脫汞吸附劑吸附焦?fàn)t氣中的汞，再進(jìn)入焦?fàn)t氣段間及換熱器管間，與一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化后的熱氣體換熱，溫度加熱至160～240 ℃進(jìn)入預(yù)加氫轉(zhuǎn)化器，在鐵鉬催化劑的作用下，將有機(jī)硫加氫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫，焦?fàn)t氣中部分烯烴加氫轉(zhuǎn)化為飽和烴，觸媒熱點(diǎn)溫度為320～400 ℃，再進(jìn)入一級(jí)加氫入口換熱器，將溫度降到200～280 ℃后進(jìn)入一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器，焦?fàn)t氣在一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器中通過鎳鉬催化劑進(jìn)一步將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫，烯烴加氫轉(zhuǎn)化為飽和烴，觸媒熱點(diǎn)溫度為320～380 ℃，進(jìn)入焦?fàn)t氣換熱器殼程與入口焦?fàn)t氣換熱后，進(jìn)入一級(jí)加氫入口換熱器殼程和預(yù)加氫轉(zhuǎn)化器出口氣體換熱，控制換熱后的焦?fàn)t氣溫度≥150 ℃，送往合成氨工藝中的變換工段作為原料氣生產(chǎn)LNG和合成液氨。

3 運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及解決方法

3.1 凈化脫汞加氫工段一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器超溫

(1) 事故經(jīng)過。2015年11月25日夜班，焦?fàn)t氣脫汞加氫工段進(jìn)入生產(chǎn)試運(yùn)行調(diào)試階段。生產(chǎn)氣量8 000 m3/h，系統(tǒng)壓力1.5 MPa ，3:00開始逐漸加壓至3.0 MPa，一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器下段下部熱點(diǎn)(6點(diǎn))溫度從370 ℃上升至420 ℃；3:47時(shí)溫度上升至480 ℃，4:08時(shí)溫度上升至505 ℃， 4:37時(shí)溫度上升至690 ℃(29 min)；4:50時(shí)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)放空溫度開始下降至634 ℃，同時(shí)溫度出現(xiàn)反彈，瞬間上升至762 ℃，持續(xù)至5:11(21 min)，造成一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器最下層觸媒超溫事故(超溫觸媒層高20 cm)。

(2) 原因分析。系統(tǒng)通過的焦?fàn)t氣氣量偏小(設(shè)計(jì)50 000 m3，實(shí)際8 000 m3)。焦?fàn)t氣在一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器反應(yīng)器下部觸媒層形成局部熱量集聚，達(dá)到副反應(yīng)溫度區(qū)域，引發(fā)甲烷化副反應(yīng)，造成反應(yīng)器底部溫度超溫。

(3) 處理措施。加大焦?fàn)t氣通過系統(tǒng)的流量或降低系統(tǒng)壓力，及時(shí)移除反應(yīng)層熱量，防止超溫事故再次發(fā)生。超溫時(shí)采取塔后放空、加大氣體流速、降低床層溫度等措施，打開一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器出口閥、放空閥，打開N2閥對(duì)一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器降溫。

3.2 凈化脫汞加氫氧含量高切氣

(1) 事故經(jīng)過。2016年1月26日11:10，硫銨工段進(jìn)口氧體積分?jǐn)?shù)由0.6%逐漸上升，到11:30，氧體積分?jǐn)?shù)為0.9%。操作人員通知硫銨工段停電捕焦油器，到12:20，氧體積分?jǐn)?shù)上升至1.6%，硫銨工段進(jìn)口切氣放空；13:10，預(yù)加氫進(jìn)口第一點(diǎn)溫度上升至350 ℃、第六點(diǎn)溫度上升至480 ℃；13:35，關(guān)脫汞加氫進(jìn)口閥、出口閥，停止給變換送氣，卸系統(tǒng)壓力降溫；14:20，加氫接氣升壓，準(zhǔn)備給變換送氣；16:40，升壓正常，系統(tǒng)穩(wěn)定。

(2) 原因分析。外供焦?fàn)t氣中氧含量高；采取措施緩慢，切氣滯后。

(3) 采取措施。脫汞加氫工段進(jìn)口氧含量高，觸媒熱點(diǎn)暴漲，關(guān)閉系統(tǒng)進(jìn)出口閥，切斷焦?fàn)t煤氣，用氮?dú)饨禍亍?/p>

3.3 脫汞加氫裝置自身反應(yīng)熱不平衡工藝改造

(1) 事故現(xiàn)象。開工電加熱爐原設(shè)計(jì)為裝置原始開工時(shí)供硫化觸媒和系統(tǒng)開車使用，正常運(yùn)行時(shí)觸媒的反應(yīng)熱能維持系統(tǒng)熱量平衡。系統(tǒng)開車時(shí)，觸媒溫度低不在活性范圍內(nèi)，不能起到觸媒的作用，短時(shí)利用開工電加熱爐提高焦?fàn)t氣溫度，在達(dá)到觸媒活性溫度時(shí)停用，無需長(zhǎng)期在線運(yùn)行。但由于實(shí)際焦?fàn)t氣量小、不飽和烴含量與原設(shè)計(jì)相比有偏離，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量少，而且要保證后工序變換工段進(jìn)口溫度≥150 ℃，造成系統(tǒng)自身反應(yīng)熱不平衡，以致開工加熱電爐需長(zhǎng)期在線運(yùn)行。電加熱爐運(yùn)行期間，電加熱管外壁溫度在600 ℃以上，焦?fàn)t氣部分物質(zhì)形成析碳附著在電加熱管外壁，導(dǎo)致電熱管換熱效果差，因局部溫度過高，加熱的電爐絲容易燒斷電加熱管，形成焦?fàn)t氣泄漏著火或爆炸，存在較大的安全隱患。

(2) 處理措施。增加焦?fàn)t氣加熱器、凝液氣化罐兩臺(tái)設(shè)備，利用變換工段副產(chǎn)的5.0 MPa飽和蒸汽加熱焦?fàn)t氣，并閃蒸2.0 MPa和0.5 MPa飽和蒸汽，供外界使用。這樣可以避免開工電加熱爐長(zhǎng)期在線運(yùn)行，電爐絲保護(hù)外管不出現(xiàn)析碳現(xiàn)象，解決了電加熱絲局部過熱、外保護(hù)管發(fā)生變形等問題，避免了泄漏事故的發(fā)生，保證了裝置安全低耗、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

通過3年的生產(chǎn)運(yùn)行總結(jié)，裝置正常運(yùn)行期間，預(yù)加氫爐入口溫度控制在160～240 ℃，催化劑床層熱點(diǎn)溫度最高不超過400 ℃，裝置出口不飽和烴≤0.05%且運(yùn)行平穩(wěn)。證明吸油槽采用TX-1型吸油劑，脫汞槽采用THG-1脫汞劑，預(yù)加氫轉(zhuǎn)化器采用TO-1預(yù)加氫抗毒劑和T202C有機(jī)硫加氫催化劑，一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器采用T202A有機(jī)硫加氫催化劑，在4.0 MPa壓力下，合理控制催化劑床層反應(yīng)溫度，處理焦?fàn)t氣中的汞、硫與不飽和烴，加氫轉(zhuǎn)化能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。