60萬t/a甲醇裝置技術改造及長周期運行探索

王圖欽，張明成

（陜西長青能源化工有限公司，陜西 寶雞 721405）

陜西長青能源化工有限公司（以下簡稱長青公司）是以煤為原料生產甲醇的現代煤化工企業，設有3臺水煤漿氣化爐，2開1備，單臺氣化爐投煤量為1 500 t/d，甲醇產能為60萬t/a。該項目于2013年5月建成投產，實現了滿負荷運行，甲醇產量約2 000 t/d，投產1個月后，裝置通過性能考核并轉入商業運行。目前，精甲醇產量約2 300 t/d，達到設計負荷的115%。經過近10年運行摸索，長青公司甲醇裝置已基本具備穩定性高、操作彈性大、負荷高的特性，但在運行期間也暴露出較多影響長周期運行的問題。以下對存在的問題及采取的技術改造措施進行介紹，供同類型企業借鑒、參考。

1 60萬t/a甲醇裝置工藝流程

長青公司60萬t/a煤制甲醇工藝流程示意圖見圖1。

圖1 煤制甲醇工藝流程示意圖

由儲運裝置輸送的原料煤，經兩臺棒磨機制備成煤漿質量分數約63%的水煤漿，水煤漿和氧氣在氣化爐中反應產生粗煤氣，粗煤氣經一段耐硫寬溫變換，產生氫碳比（體積比）為2.2∶1.0的粗合成氣，粗合成氣進入低溫甲醇洗工藝脫除多余的二氧化碳和對甲醇合成催化劑有害的硫化氫等物質。被脫除的硫化氫氣體進入硫回收裝置，通過克勞斯反應器生成硫磺。凈化后的合成氣經壓縮機提壓后送至甲醇合成塔，在高壓高溫的條件下反應生成粗甲醇，粗甲醇通過四塔高效精餾后得到合格的精甲醇產品。

該項目氣化部分采用6.5 MPa的GE水煤漿氣化工藝、凈化部分采用Linde的低溫甲醇洗工藝、合成及精餾部分采用Casale工藝，均屬國內外先進的工藝技術。

2 存在的問題及技術改造

2.1 工藝燒嘴磨蝕損壞

氣化爐燒嘴正常運行周期為55 d～65 d，使用后期煤漿噴頭磨損大，霧化效果差，容易造成煤漿偏流。另外，燒嘴冷卻水盤管在高溫高壓的惡劣環境下運行，容易產生坑蝕[1]。運行期間燒嘴噴頭磨損及冷卻盤管坑蝕情況見圖2。

圖2 燒嘴噴頭磨損及冷卻盤管坑蝕情況

解決措施：一是將冷卻水盤管材質由Inconel600升級為Inconel625。二是將燒嘴壓差由0.4 MPa提高到0.6 MPa。對燒嘴部件間隙、深度等進行調整，中外噴頭環隙(5.3±0.2)mm、中噴頭深度（8.4±0.3）mm、內噴頭深度（73.9±0.5）mm、外氧頭口徑（65.1±0.3）mm、煤漿頭口徑（47.0±0.3）mm。三是將燒嘴整體長度由原來的1 085 mm調整為1 053 mm，減少外噴頭暴露在火焰中程度。四是在燒嘴噴頭的內腔表面噴涂抗物理磨蝕的UMCo-50硬質耐磨鑲套合金。

2.2 洗滌塔排黑水管線堵塞

洗滌塔在開車階段受到熱膨脹的影響，系統內形成的大量垢片堵塞渣水角閥和管道，致使洗滌塔排黑水不通。運行到后期時因排黑水管線堵塞，導致水中細渣在洗滌塔底部沉積無法排出。積渣達到一定程度時，洗滌塔液位計取壓管堵塞，洗滌塔液位計顯示不準[2-3]。

解決措施：一是將洗滌塔排黑水管線切斷閥前后兩個彎頭由5D彎頭改為大半徑10D彎頭，防止塊渣在管道彎頭處堵塞；二是在洗滌塔排黑水管線切斷閥后設計一路開工管線，將開車過程中脫落的塊渣第一時間排至撈渣機；三是在洗滌塔排黑水管線進入備用角閥底板處設計開工管線，當系統壓力高于1.0 MPa無法繼續向撈渣機排放時，關閉至撈渣機排放閥門，打開黑水管線至備用角閥底兩道手閥，繼續將水中的塊渣通過角閥的下部管線排放至高壓閃蒸罐，排放一定量后關閉該手閥，使用角閥控制流量。黑水管線改造部分為流程示意圖3中的虛線框部分。

圖3 黑水管線改造流程示意圖

2.3 變換系統汽提塔塔頂冷凝器頻繁內漏

變換系統汽提塔用以脫除工藝冷凝液中的NH3、H2S、CO2等組分，避免其在系統中的循環累積。但在實際運行過程中，由于汽提塔脫除的氣相組分復雜，導致汽提塔塔頂冷凝器頻繁泄漏。2016年7月汽提塔塔頂冷凝器開始出現換熱管泄漏情況，截止到2018年8月因管束泄漏檢修5次，共堵管119根（堵管率16.1%)。2018年11月汽提塔塔頂冷凝器整體更新，更新后又不斷發生管束泄漏現象，截止到2020年6月，因管束泄漏檢修5次，共堵管265根（堵管率36%)。E2110換熱管腐蝕泄漏情況見圖4。

圖4 E2110換熱管腐蝕泄漏情況

經專業機構對換熱器腐蝕機理分析，確認泄漏原因是在NH3-CO2-H2S-HCl-CO-H2O復雜介質環境下發生了以氯化銨腐蝕為主、氰化物等促進為輔共同作用所導致的腐蝕減薄。

解決措施：一是將原換熱器的換熱管由312不銹鋼管升級為鈦管，提高材質的抗腐蝕性；二是增加換熱器的列管數和換熱管直徑，提高換熱器的換熱面積，降低換熱器內部的氣體流速，減少沖刷腐蝕。

2.4 渣水系統閥門出現沖蝕泄漏

閃蒸系統的黑水來自氣化爐和洗滌塔，黑水中固體含量相對較高，運行過程中易出現角閥底部堵板泄漏、角閥閥芯閥座磨損。

解決措施：一是在黑水角閥筒體三通處堆焊鋼板，進行加厚處理；二是在角閥后筒體內部增加耐磨襯里，減緩黑水對角閥筒體的沖刷；三是增加導流管，減少氣液兩相流對三通處的沖刷，導流管增加在角閥閥芯擴散頭處，直徑與角閥擴散頭直徑一致。導流管插入深度位于三通底部管線300 mm處。

2.5 2#合成裝置進氣調節閥故障

低溫甲醇洗工段5.3 MPa的凈化氣由調節閥控制進入2#合成裝置，系統發生故障需緊急停車時，操作人員遠程關閉調節閥切氣。調節閥出現故障，需現場手動關閥，但手動關閉調節閥時間較長，在此過程中新鮮氣會源源不斷的進入合成系統，造成合成觸媒超溫。

解決措施：在2#合成系統進口新鮮氣調節閥閥前增加1臺氣動切斷閥，并將新增切斷閥遠程控制引至合成裝置中控DCS操作畫面；更改系統聯鎖，在SIS系統增設觸媒床層溫度高高及汽包液位低低關閉新鮮氣切斷閥聯鎖。

2.6 棒磨機進料鼓形給料系統頻繁泄漏

煤顆粒從煤稱重給料機落入鼓形給料系統，靠重力自流進入棒磨機，煤顆粒落入鼓形給料系統對給料管底部造成撞擊，同時煤顆粒在通過給料管時對底部鋼棒進行摩擦，造成鼓形給料管頻繁泄漏。

解決措施：利用廢舊鋼板在鼓形給料系統外部設計夾層，夾層中間灌入水泥，避免煤顆粒直接與鼓形給料管接觸摩擦，改造運行至今未出現泄漏現象。同時在密封處設計壓縮空氣噴頭，也有效防止了物料的泄漏。

2.7 精餾塔空冷器冷凝效果差

精餾常壓塔塔頂壓力控制范圍為9 kPa～13 kPa，空氣冷卻器進口溫度約為64℃，出口溫度61℃～63℃，在夏季工況下，常壓塔塔頂壓力可達37 kPa以上，同時預精餾塔塔頂溫度也可見顯著升高，造成了甲醇蒸氣揮發逃逸，影響精餾裝置整體負荷。

解決措施：一是在預塔和常壓塔塔頂空冷器后各增加1臺水冷卻器；二是在空氣冷卻器增加4組噴淋管，噴淋管上加裝104個噴頭，夏季高溫運行工況下，對空冷器噴冷脫鹽水進行降溫。正常運行期間耗水量15 m3/h，滿足精餾負荷的要求。

3 結 語

煤制甲醇生產工藝流程長、工藝過程復雜、生產連續性要求高，實現裝置的長周期穩定運行一直是技術人員鉆研的課題。長青公司通過近些年一系列的改造，氣化爐單獨運行周期均到達140 d以上，日產精甲醇可穩定達到2 300 t以上，全系統年安全穩定運行時間達到350 d以上，完全達到了預期效果。當然，裝置還存在其他方面的問題和缺陷，需進一步解決和完善，以保證系統的安、穩、長、滿、優運行。