甲醇一步法轉化制汽油的試車實踐

趙東曉

(開封市寶鋼氣體有限公司 空分運行部,河南 開封 475000)

甲醇“一步法”轉化制汽油技術(MTG)是將甲醇脫水制二甲醚和甲醇/二甲醚脫水制汽油兩步反應在同一臺反應器和同一個催化劑作用下完成。

MTG是將甲醇轉化為烴類和水的強放熱反應，反應原理為：

CH3OH→1/2CH3OCH3+1/2H2O+18.08kJ

1/2CH3OCH3→(CH2)烯+1/2H2O+18.69kJ

(CH2)烯→烴+15.96kJ

工藝流程為：

從甲醇罐區來的精甲醇經精甲醇泵加壓，進入甲醇預熱器換熱后進入甲醇蒸發器進行氣化，再經甲醇過熱器過熱至340℃與循環氣匯合進入合成油反應器。在GSK-10催化劑作用下，合成為水、烴類、氫氣混合物。反應混合物出塔后，分兩路進入后系統：第一路去甲醇過熱器進行換熱(少部分進入蒸汽發生器副產蒸汽)；第二路去循環氣換熱器進行換熱(一部分進入取樣系統進行數據分析)；粗汽油經氣體脫除塔進料泵送至油品分離工序進行油品分餾，得到最終產品。氣體大部分經循環氣壓縮機升壓，與過熱甲醇匯合進入合成油反應器。一部分做為弛放氣送至油品分離工序吸收塔進料罐吸收烴類，維持系統一定的惰性氣含量，以利于合成反應。來自芳烴合成工段的粗汽油通過氣體脫除塔進出物料換熱器與釜液換熱進入氣體脫除塔第一塊塔板，主要脫除溶解在粗汽油中的氫、CO2和C1-C2輕烴類氣體組分。釜液經再沸器加熱，氣相進入氣體脫除塔頂冷卻器進行冷凝，冷凝后的液體收集在氣體脫除塔塔頂罐。罐頂氣相送去吸收塔進料罐后進入吸收塔，提取其中的有效組分C3以上的烴，最終的氣相作為燃料氣，塔釜的液相經吸收塔底泵送去與氣體脫除塔頂氣相匯合后進入氣體脫除塔頂冷卻器進行冷凝。塔頂罐冷凝粗汽油通過氣體脫除塔塔頂回流泵與芳烴分離器來的粗汽油匯合，經進出物料換熱器換熱后進塔。塔頂罐底的工藝廢水去芳烴合成裝置。氣體脫除塔釜的粗汽油，經換熱后給液化氣分離塔進料。C3以上的烴類混合物經液化氣分離塔第29塊塔板進料。蒸發的氣相主要是C3和C4經過液化氣分離塔塔頂冷凝器冷凝后，進入液化氣分離塔回流槽。一部分經液化氣分離塔回流泵打入塔內進行回流，另一部分經LPG冷卻器的殼程冷卻后進入LPG儲槽，通過產品泵打入LPG罐區。液化氣分離塔回流槽的不凝氣通過放空去排放系統。液化氣分離塔的釜液一部分經冷卻后送入吸收塔作為吸收劑。另一部分釜液送入產品分離塔主要C5及以上的烴類混合物，通過再沸器加熱，塔頂氣相去產品分離塔頂冷凝器冷凝，冷凝液進入產品分離塔頂罐，塔頂罐的不凝氣送入排放系統，塔頂罐冷凝液通過分離塔回流泵升壓后，一部分打入分離塔進行回流，另一部分冷卻后去輕芳烴中間罐，中間罐產品輕芳烴經產品泵送入成品油罐區。塔底重芳烴經冷后送入重芳烴中間罐區。

某公司10萬t/a MTG工程使用丹麥托普索的GSK-10催化劑，采用賽鼎工程公司“一步法”工藝，設計芳烴合成、分離、壓縮、罐區，配套中壓鍋爐、PSA制氮站、供/配電、生產和生活用水、脫鹽水、循環水等公用工程。

1 試車情況

1.1 單機試車階段

該工程2013年7月20日至9月5日為單機試車階段。僅有一路DN300生活水管線供水，污水處理廠未投入使用，排水受限；供電為臨時用電，最大功率不超過4000kW/H，電流不超過400A。完成了循環水系統的單試和沖洗；鍋爐烘爐、煮爐、蒸汽吹掃；PSA制氮產出合格氮氣；儀表空氣管網吹掃；壓縮機油循環；空冷器電機、再生空氣壓縮機電機、消防水泵等的單機試車。

1.2 聯動試車階段

隨著正式水、電的接入，9月6日至10月10日，工程進入聯動試車階段。主要困難是MTG合成裝置的管道、閥門、儀表等供貨、安裝、調試跟不上。這一階段完成了循環水預膜、壓縮機的單試、空試、帶負荷試車；消防、氣防、泡沫站、報警系統的聯試；設備、管道的試壓、吹掃、氣密、置換和催化劑的裝填。

1.3 投料試車階段

進口的50多臺合成反應器閥門未到貨，項目建設者用加盲板、短接、以部分國產閥門替代的方式使單臺合成反應器具備了使用條件，系統聯鎖暫不投用，催化劑再生則停機倒盲板。

10月10日啟動循環氣壓縮機，開工加熱爐點爐，氮氣循環升溫，11日合成投料，12日油品分離進料，13日系統產出產品。

系統運行22天，單臺反應器滿負荷，各項工藝指標正常。停機倒盲板開始再生，11月8日再生合格，系統投入運行。

1.4 產量、消耗情況

產量、消耗情況見表1。

表1 產量、消耗情況

1.5 產品質量情況

1.5.1 輕芳烴質量

輕芳烴質量見表2。

表2 輕芳烴質量

1.5.2 LPG質量

LPG質量見表3。

表3 LPG質量

2 中存在的問題、整改和建議

2.1 工程方面的問題

2.1.1 土建施工

該工程用地為濕陷性土地，地下水位較淺，土壤有腐蝕性，凍土層1.41M。設計方、施工方經驗欠缺，生產區內普遍存在不同程度的沉陷和滲漏。整改措施：及時消除隱蔽工程的漏點；補做排水井的滿水試驗，增加、重做防漏；控制排水，使排水系統保持低位運行；經常觀測沉降，適當灑水使沉陷地帶均勻下沉。

2.1.2 安裝

關鍵閥門到貨、安裝滯后，造成MTG合成只能間斷、半負荷生產，操作難度增加，工況不易穩定，消耗增加。采取的方法：以36臺國產閥門替代進口閥，集中配齊一臺合成反應器的控制閥，再生系統和另外兩臺反應器缺少的閥門加盲板用短接連接；精細調整，穩步加減負荷。

2.2 設備、儀表的問題

2.2.1 鍋爐

鍋爐出現的主要是設備問題。通過調整電機保護值、更換推桿、加裝爐排銷子和墊片、固定引風機進口導葉執行器、限定斗提機上煤量和調整配重、制定備用上煤方案、加強爐膛溫度和煤的進廠指標控制，問題得到了解決。

2.2.2 壓縮機

壓縮機主要問題是設備在設計制造過程中存在微小缺陷。試車中，再生循環氣壓縮機變速箱振動大導致聯鎖停機3次，軸溫高跳車3次，開蓋檢查均為測點線斷；循環氣壓縮機在試車中也出現了幾次聯鎖跳車，均因本特利前置器故障造成測點誤聯鎖，設備問題主要是軸瓦溫度高。

針對上述問題，采取了固定測點和開"V"型圓角出線槽、把軸振動、軸溫改為“二取二”聯鎖，同時擴大了循環氣壓縮機高溫點軸承的回油孔，收到了良好效果。

2.2.3 屏蔽泵軸承、密封磨損

現場靠加短接、盲板和臨時管，吹掃、沖洗存在死角；裝置負荷低，部分屏蔽泵達不到最低流量，操作工欠缺經驗未及時開大回流；一些儀表顯示液位有誤，造成泵空轉都是屏蔽泵發生磨損的原因。經過維修、更換備件、清理濾網、校正儀表、加強培訓等方式，此類問題未再出現。

2.2.4 儀表問題集中在三個方面

由于合成工段50多臺關鍵閥門沒有安裝，控制系統不能正常投用，許多工藝閥門不能正常開關，給操作帶來不便。

經過仔細檢查邏輯，清除了邏輯組態上的死角；根據安全、生產的需要，把不便調整的閥門按照臨時取消聯鎖、永久取消聯鎖，保留聯鎖分三類賦予不同的操作權限，增加二次確認，完善了控制系統。

浮筒液位計顯示不準。導致回流泵缺液，泵體損壞；油水分離器排水帶油；火炬背壓高。經過多次校驗，偏差還是較大。原因一是液位計的零點漂移比較嚴重，另一方面是設計的介質密度與實際有偏差，采取不斷的調校和更換浮筒選型，問題逐步得到控制。

儀表氣源管與接頭不配套。運行過程儀表氣源管經常突然脫開，造成閥門動作。處理措施：因緊急采購不到合適的氣源管和接頭，暫時把儀表管與接頭進行加固和焊接，沒再發生問題。

2.3 設計方面的建議

2.3.1 蒸汽平衡

軟化水設計的制水能力偏低；設計廢鍋自產次中壓蒸汽超過鍋爐正常總供汽量的一半，蒸汽平衡對廢鍋的依賴性強，操作風險大；減溫減壓閥組設計的安裝位置不合理，導致中壓蒸汽到用戶端溫降超過100℃。建議設計考慮全部中壓蒸汽到分離再沸器處進行減溫減壓。

2.3.2 設計缺項多

例如空冷器無檢修平臺、ABB變頻器未配空調、加熱爐前未設計LPG汽化器、工藝廢水呈酸性(pH值4)卻未考慮配堿等。另外，建議設計者對合成系統帶聯鎖的快切閥進一步推敲，取消不必要的閥門及其聯鎖。

2.3.3 加熱爐

MTG合成設置開工加熱爐和再生加熱爐，從外形尺寸、結構、內、外材料、壓力、防爆設計上都是一致的，僅是介質和氣量、使用幾率、消耗燃料氣量有區別。建議把兩臺加熱爐的進、出物料管道聯通，以閥門和8字盲板進行隔離，可實現加熱爐互備。

2.3.4 催化劑

經過運行實踐，建議 MTG合成催化劑國產化。

3 結束語

甲醇轉化制汽油技術成熟可靠,是轉化甲醇過剩產能的一條途徑。