JM DAVY甲醇裝置滿負荷在線低溫除蠟探索

劉長偉

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

目前，我國主要以煤為原料生產甲醇，再進行深加工。甲醇合成工藝由于受到工藝、氣體組分、催化劑、操作條件、管道雜質等因素的影響，在合成過程中極易產生石蠟，造成換熱器堵塞、換熱效率下降，繼而導致甲醇分離器分離不徹底、系統能耗增加、壓縮機損壞等，使裝置運行效率下降，直接影響全廠的穩定運行及經濟效益。傳統的除蠟方法可能會損壞循環氣壓縮機且需要降低生產負荷，因此急需開發出一種新型的不影響生產負荷的高效除蠟方法。

中煤陜西榆林能源化工有限公司（簡稱榆林公司）180萬t/a甲醇合成裝置引進英國JM DAVY甲醇合成技術，該技術具有催化劑裝填量大、反應器壓降小等優點，但裝置運行一段時間后，發現甲醇分離器進口溫度上升，空冷器、水冷器換熱效率大幅下降，其中甲醇水冷器出口溫度漲至48℃，進出口溫差只有10℃，并且結蠟嚴重，榆林公司在傳統除蠟法的基礎上探索了甲醇裝置滿負荷在線低溫除蠟法，可為同行業甲醇裝置在線除蠟提供借鑒。

1 甲醇合成工藝流程

榆林公司甲醇合成工藝流程示意圖見圖1。

圖1 甲醇合成工藝流程示意圖

甲醇合成回路由兩臺串、并聯耦合式蒸汽上升甲醇合成反應器（SRC）組成。經精脫硫后的合成氣分為兩股，其中大部分合成氣與2#甲醇合成反應器反應后經2#甲醇分離器分離的循環氣混合，經過合成回路1#中間換熱器加熱后，進入1#甲醇合成反應器，在銅基催化劑的作用下進行甲醇合成反應，該反應放熱，在216℃、7.63 MPa（G）條件下進行。1#甲醇合成反應器出口氣體溫度264℃、壓力7.56 MPa（G），經過合成回路1#中間換熱器與入口氣換熱后，依次進入1#甲醇空冷器和1#甲醇水冷器，待冷卻至45℃后，進入1#甲醇分離器進行氣液分離。1#甲醇分離器氣相出口壓力7.25 MPa（G），與另一股脫硫后的合成氣混合，進入循環氣壓縮機，加壓至約8.14 MPa（G）。經過循環氣壓縮機加壓的氣體，去往合成回路2#中間換熱器加熱，然后進入2#甲醇合成反應器，在銅基催化劑的作用下進行甲醇合成反應。2#甲醇合成反應器出口氣體溫度261℃、壓力8.0 MPa（G），經過合成回路2#中間換熱器與入口氣換熱后，依次進入2#甲醇空冷器和2#甲醇水冷器，冷卻至45℃后，進入2#甲醇分離器進行氣液分離。

2 甲醇水冷器結蠟原因分析

2.1 甲醇合成裝置中有鐵元素殘留

由于合成裝置是原始開車，且整個合成回路的管徑均在DN900以上，雖然對整個回路進行了化學清洗，但難免有一些鐵銹、焊渣殘留，開工后鐵銹、焊渣被帶入催化劑床層生成羰基鐵等，導致系統結蠟等副反應加劇[1]。

2.2 催化劑床層溫度分布不均勻

DAVY的工藝形式決定了催化劑床層溫度分布不均勻，床層頂部及底部溫度較高[2]，中間溫度較低，床層溫差最大可達到70℃，局部催化劑溫度在220℃左右，局部高溫點達到了290℃，使得副反應加劇，生成了高級脂肪烴類石蠟[3-4]。

3 除蠟措施

3.1 傳統除蠟方法

甲醇合成裝置負荷長期保持在110%。除蠟前（系統負荷100%）的運行參數：1#甲醇水冷器進口溫度62℃、出口溫度48℃，進出口溫差為14℃。傳統的除蠟方法是將合成系統負荷由100%降至70%左右（38萬m3/h新鮮氣量），逐漸關小1#甲醇水冷器的循環水回水手閥，將其出口溫度由48℃提高至85℃，并維持30 min左右，利用85℃的工藝氣將石蠟熔化，熔化后的石蠟隨甲醇排至后續系統[5]。利用該方法除蠟后，系統運行負荷在70%，1#甲醇水冷器進口溫度為70℃、出口溫度為42℃，進出口溫差由14℃上漲至28℃，除蠟效果較好。但這種除蠟方法存在明顯弊端：一是除蠟溫度太高，可能會損壞循環氣壓縮機。除蠟過程中，循環氣壓縮機入口積液包處需排放液體，防止由于分離器入口溫度高（85℃）將甲醇帶入壓縮機，從而損壞葉輪，通過監控循環氣壓縮機的各項指標，發現循環氣壓縮機的軸向位移由正常的0.29 mm增大至0.47 mm，振幅也由正常的5μm～9μm增大至16μm～20μm。二是系統負荷受影響。若在負荷過高時進行除蠟操作，可能會出現壓縮機嚴重超負荷和2#甲醇分離器無法分離的情況，因此必須將系統負荷降到70%。

對石蠟樣品進行分析，發現石蠟的熔點在40℃～75℃。但將1#甲醇水冷器出口溫度提高至75℃時，發現除蠟效果不佳，當系統負荷由100%提至110%時，1#甲醇水冷器的溫差立刻由28℃降至25℃。通過仔細觀察、記錄溫度變化，發現傳統除蠟存在一個誤區：當除蠟溫度在75℃時，溫度較高區域的石蠟已經熔化被帶走，溫度較低（40℃～50℃）區域的石蠟沒有熔化，仍然附著在換熱管的外壁上，造成除蠟效果不明顯，這是因為除蠟時循環水沒有完全關閉，換熱管中仍然有循環水流動，換熱管壁的溫度很低（30℃～40℃），導致附著在管壁上的這部分石蠟沒有熔化，同時一直影響換熱器的換熱效果，換熱管內壁結蠟示意圖見圖2。

圖2 換熱管內壁結蠟示意圖

3.2 低溫除蠟方法

采用低溫除蠟試驗對上述理論進行驗證。低溫除蠟前的準備工作：（1）將系統負荷由110%降至100%左右，控制1#甲醇空冷器出口溫度不超過60℃；（2）循環段壓縮機入口積液包處每20 min進行一次排液；（3）記錄除蠟前后的數據，便于分析對比。除蠟前（系統負荷100%）1#甲醇水冷器進口溫度63℃、出口溫度47℃，進出口溫差為16℃。

低溫除蠟步驟：（1）完全關閉1#甲醇水冷器的循環水回水閥門，采用手持測溫槍檢測1#甲醇水冷器殼層循環水溫度；（2）適當改變兩個甲醇合成反應器的分配氣量，稍微加大去1#甲醇合成反應器的氣量，保證2#甲醇分離器底部的角閥能夠全部排放甲醇液體；（3）當1#甲醇水冷器整個殼層的溫度均在50℃以上時，可以認為本次除蠟已經結束，逐步打開1#甲醇水冷器的回水手閥。除蠟后（系統負荷100%），1#甲醇水冷器進口溫度為76℃，出口溫度為41℃，進出口溫差由20℃增加到35℃，除蠟效果良好，兩種方法除蠟后的數據對比見表1。

表1 兩種方法除蠟后的數據對比

整個低溫除蠟期間壓縮機的各項運行參數變化不大，對系統影響較小，具體運行參數見表2。

表2 除蠟前后壓縮機運行參數對比

由表1、表2可以看出，低溫除蠟法的除蠟效果要明顯優于傳統除蠟法，具體表現為：（1）除蠟效果好，使用傳統除蠟法對1#甲醇水冷器進行除蠟，約25 d后就需要再次除蠟，使用低溫除蠟法對1#甲醇水冷器進行除蠟，裝置可運行47 d，降低了除蠟頻次，且1#甲醇水冷器進出口溫差還有25℃；（2）不需要刻意降低系統運行負荷，在正常運行的100%負荷就可以進行除蠟操作，比傳統除蠟法的操作性強且不影響裝置產量；（3）對設備的影響小，在傳統除蠟操作時，進入壓縮機的氣體溫度為85℃（遠超過正常運行值，已接近其設計值上限），1#甲醇分離器中的甲醇也不能得到完全分離，壓縮機的振幅及位移都有較大幅度的增大；在低溫除蠟操作時，進入壓縮機的氣體溫度為55℃，壓縮機各項運行參數均正常。

4 結 語

采用低溫在線除蠟法對榆林公司甲醇裝置甲醇水冷器進行除蠟處理，雖然不能從根本上解決甲醇水冷器的結蠟問題，但是延長了除蠟周期，降低了除蠟操作時對裝置負荷、設備等的影響，提高了除蠟的安全性、可操作性及裝置的經濟效益，可為同行業甲醇裝置在線除蠟提供思路和參考。