20萬t/a煤制甲醇項目技術改造及長周期運行總結

李 坡 , 周亞鋒

(河南開祥精細化工有限公司 , 河南 義馬 472300)

河南開祥精細化工有限公司是以煤為原料生產甲醇的現代化煤化工企業,煤制甲醇裝置由熱電裝置、空分裝置、壓縮裝置、氣化裝置、甲醇裝置、硫回收裝置等組成,其中運行期間暴露出一系列問題,嚴重制約裝置的安全長周期穩定運行。以下對存在的問題及采取的技術改造進行介紹,可供行業類似企業借鑒、參考。

1 煤制甲醇工藝流程

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

由原料煤場儲存原煤經配比調整后分別送至熱電裝置與氣化裝置,在熱電裝置經2臺145 t/h循環流化床鍋爐燃燒產生蒸汽供應全項目蒸汽使用,在氣化裝置原煤經磨煤干燥系統后粉煤與經壓縮、空分裝置所制純氧共同進入殼牌氣化爐(日處理設計煤種1 100 t,提供73 000 Nm3/h(H+CO)有效合成氣)進行氣化形成合成氣、飛灰和熔渣,合成氣送至甲醇裝置進一步變換、凈化與合成制成甲醇,凈化脫除的酸氣送至硫回收裝置制成硫黃,工藝尾氣返回鍋爐配燒[1-2]。

2 存在問題及技術改造

2.1 熱電撈渣機效率降低

循環流化床煤粉鍋爐配套使用的刮板式撈渣機在清渣過程中,經常遇到爐膛內掉落的煤粉灰遇水冷卻團縮成堅硬的渣塊。在鏈條式撈渣機刮板拉出過程中,由于渣塊較大并且非常堅硬,以及摻雜著未完全燃燒的煤粉灰,細膩且黏性較大的煤粉灰附著在鑄石表面。硬度較大的渣塊把刮板托起,鏈條式撈渣機刮板自身的質量不能把灰渣撈起,撈渣機失去拉渣作用,效率降低。當灰渣塊帶動著刮板上移,會引起鏈條斷裂,將嚴重影響鍋爐設備的正常運行[3]。

解決措施:對撈渣機改造,增加一種壓鏈裝置。撈渣機鏈條壓鏈裝置是由多片幾何鋼板焊接而成,能承受很大的應力沖擊,有效抑制渣塊對刮板的受力,使刮板鏈條上浮。撈渣機共安裝有6個鏈條壓鏈裝置,分布于兩側各3個,具體見圖2。緊挨著內導輪過渡段5有第一對壓鏈裝置6,其工作原理是使刮板在推著灰渣向上運行時,首對受到灰渣傳送給刮板進而傳送給鏈條而向上沖擊的作用力,而壓鏈裝置對鏈條有向下的作用力,使灰渣塊順利往上推動;同時也保證了撈渣機運行時鏈條不會從內導輪上脫落。安裝一對壓鏈裝置8(也是最重要的部位),因為渣塊上浮就是發生在這一階段,由于第一階段安裝的壓鏈裝置6對鏈條承受了一部分作用力,是第二階段8能夠穩定運行的前提條件,第二對壓鏈裝置8對鏈條向下的作用力遠遠大于渣塊對鏈條向上的作用力,其原因是渣塊的密度和硬度遠遠不及鋼板的密度和硬度,故使撈渣機運行時順利向上推進灰渣塊前進。最后一對壓鏈裝置9是安裝在臨近機頭10的位置,其作用和第一6、第二8階段的作用相同。第一6、第二8、第三9壓鏈裝置具體為圖A所示,通過螺栓固定在撈渣機過渡段5、傾斜段7、機頭10位置。

圖2 撈渣機鏈條壓鏈裝置

2.2 氣化磨煤干燥系統制約裝置負荷

在日常的氣化爐系統運行中,有A和B兩套磨煤干燥系統為后續提供粉煤,粉煤與氧氣在氣化爐發生反應生成合成氣送往后續工藝,A和B兩套磨煤干燥系統具有靈活多變的優點。但是,A和B中某一燃燒空氣風機出現故障,導致磨煤系統出現燃燒空氣量不足,相應磨煤系統無法正常運行。例如氣化爐某一套磨煤干燥系統因設備儀表故障,聯鎖導致單套磨煤系統停車,此時另一系統根據氣化爐用煤需求需提高磨煤負荷時,卻因燃燒空氣量不足,無法高負荷運行。或在氣化爐的長周期安全穩定運行當中,A和B中某一套磨煤干燥系統出現隱患需要單系統運行檢修,為保證氣化爐總負荷,另一系統需提高磨煤負荷時,卻因燃燒空氣量不足,無法高負荷運行,最終影響氣化爐總負荷及后續合成氣產量,造成經濟損失。解決措施:①對整個氣化磨煤干燥系統分析梳理,使用中速磨煤機密封空氣風機配管線至燃燒空氣管線通過蝶閥控制;改造利用工廠空氣配管線至燃燒空氣管線通過截止閥控制。②充分利舊,在原設計燃燒空氣風機出現故障時提供備機,保證燃燒空氣量;在磨煤單系統運行過程中保證不降低磨煤負荷。

2.3 氣化破渣機油壓頻繁報警存在堵渣風險

破渣機作為殼牌氣化爐的關鍵設備,直接決定裝置的長周期運行。氣化爐反應后的熔渣在渣池中被激冷而破碎成粒,破渣機的作用是進一步將未激冷破碎的渣塊破碎,避免系統堵渣。殼牌氣化爐的長周期運行出現破渣機油壓頻繁報警。全程取渣發現偶有5～30 cm渣塊出現,表明系統異常。

解決措施:①優化調整配煤。控制入爐煤灰分在17%～19%,根據前一天原煤工業分析情況調整配煤比例,當灰分超出指標后及時分析原因并調整配煤比例。每天管理人員到煤場對原樣煤煤質、配煤比例、氣化與熱電用煤分界線進行查看。②統一爐溫操作。加強關注氣化入爐煤灰熔點分析,通過入爐煤灰熔點指導優化爐溫操作。粗合成氣產量在92 500～93 500 Nm3/h,入爐煤煤質控制參數:合成氣冷卻器十字支撐溫度628～638 ℃,總蒸汽產量16～18 kg/s,渣水密度<1 020 kg/m3,密切關注氣化爐渣口壓差、十字支撐壓差變化情況。③監控重要參數。嚴密監控煤燒嘴、燒嘴罩冷卻水流量,水汽系統補水與蒸汽產量的趨勢關系、渣池液位、氣化爐與渣鎖斗壓差、鎖斗閥壓差、撈渣時間等重要參數,綜合分析評估系統運行情況。

2.4 甲醇凈化氣總硫高

從氣化裝置過來的合成氣經變換后送入凈化工段,脫除硫化氫和多余的二氧化碳,合格凈化氣作為合成甲醇的原料氣。凈化氣總硫的超標將直接損壞合成催化劑,制約甲醇的合成。自2021年7月25日氣化爐配燒高硫煤以來,凈化氣總硫呈持續上漲趨勢,由正常0.2×10-6～0.4×10-6漲至最高0.53×10-6。8月1—3日,凈化系統循環甲醇每天置換60 t,凈化氣總硫穩定在0.3×10-6～0.4×10-6。凈化氣總硫數據變化情況見表1。

表1 2021年氣化爐配燒高硫煤前后凈化氣總硫數據變化情況

由表1可見,自氣化爐配燒高硫煤以后,原料煤中硫含量呈持續上漲趨勢,其中7月29日最高漲至0.68%,氣化外送粗煤氣中硫含量上漲約1倍,正常氣化外送粗煤氣硫含量維持0.1%～0.2%。本次配燒高硫煤后,7月31日至8月5日維持在0.3%以上,其中8月3日最高漲至0.38%。因入變換粗煤氣硫含量升高,導致出變換的變換氣硫含量也上漲1倍左右,正常變換氣硫含量0.1%左右,目前漲至0.2%左右。凈化系統在高硫煤配燒前后,系統溫度、壓力、貧甲醇循環量均無明顯變化,而總硫呈持續上漲趨勢。綜合以上原因分析,導致凈化氣總硫上漲原因為氣化爐配燒高硫煤,造成入凈化變換氣中硫含量升高,凈化系統脫硫能力固定,隨著原料氣硫含量升高,外送凈化氣硫含量也隨之上漲。

解決措施:①及時調整配煤,降低原料煤中硫含量;②穩定氨冷器操作,保證凈化系統冷量穩定;③穩定水分離塔操作,保證循環甲醇純度穩定;④變換系統工藝冷凝液持續向氣化脫氨塔送水,減少氨氮夾帶進入凈化系統,提高循環甲醇品質;⑤凈化氣總硫持續>0.5×10-6時,系統進行甲醇置換(置換甲醇進入粗醇A罐,供甲醇精餾進料使用);⑥計劃大修時對凈化C15201塔盤進行拆檢,檢查是否存在塔盤脫落或積液槽漏液情況[4]。

2.5 硫回收開停車間酸氣與工藝尾氣無法送至鍋爐摻燒

甲醇裝置凈化分離出酸氣送至克勞斯硫回收裝置產出硫黃產品,硫回收所產工藝尾氣送至循環流化床鍋爐摻燒。但在出現硫回收裝置開車初期升溫及停車掃硫期間,因甲醇酸性氣體壓力200 kPa,硫回收裝置所產工藝尾氣25 kPa,酸性氣體送入鍋爐裝置后,硫回收尾氣與酸氣管道在熱電匯合為一根管道進入鍋爐,凈化酸氣并入鍋爐后,尾氣無法并入鍋爐,需現場排放,造成現場有異味,存在環保隱患。

解決措施:在尾氣管線入爐膛總閥前配DN200 mm管線引至1#、2#爐煤氣總閥后,在酸氣并入1#爐時可實現尾氣并入2#爐,同理在酸氣并入2#爐時尾氣可并入1#爐。同時在正常運行期間若尾氣管線U型彎處出現積水及硫黃堵塞可實現在線清理,避免硫回收裝置停車[5]。改造示意圖見圖3。

圖3 硫回收尾氣管線改造示意圖

3 結語

煤制甲醇項目生產過程中,因工藝流程長、工藝過程復雜、設備種類多、生產連續性要求高,實現裝置的長周期運行才能達到企業經濟、高效發展。公司通過不斷地鉆研、總結、改造,使鍋爐裝置達到歷史最優連運257天,氣化爐達到歷史最優連運235天,實現了裝置安全、穩定、高負荷、長周期、達產達標運行。