陈帅
（安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳455133）
［摘 要］煤制乙二醇装置（采用羰化、加氢两步法）硝酸还原系统的作用是在硝酸还原塔中将副产的硝酸还原转化为氮的氧化物，实现氮元素的循环利用。实际生产中，由于酯化系统副反应等因素会造成氮元素的损失，因此有必要对氮元素损失途径以及硝酸还原系统运行状况的影响因素进行分析，以利采取有针对性的措施。以安阳永金化工有限公司200 kt/a煤制乙二醇装置为例，分析与探讨硝酸还原塔催化剂床层阻力（硝酸还原塔催化剂床层阻力对硝酸还原系统的长周期稳定运行影响很大）的影响因素、硝酸还原转化率的影响因素、硝酸还原转化率对系统运行的影响等，并提出一些优化措施或建议，以有效提升硝酸还原转化率，减少氮元素损失，提升硝酸还原系统运行效能，实现降本增效。
［关键词］煤制乙二醇装置；氮元素损失；硝酸还原塔；催化剂床层阻力；硝酸还原转化率；影响因素；优化措施
［中图分类号］TQ223.16+2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）02-0074-03
0 引 言
煤制乙二醇装置以煤制合成气中的CO和H2为原料，采用羰化、加氢两步法生产乙二醇，而硝酸还原技术目前已广泛应用于煤制乙二醇生产过程中，将煤制乙二醇装置酯化系统再生过程中副产的硝酸还原转化成氮的氧化物，实现氮元素的循环利用[1]——煤制乙二醇装置MN（亚硝酸甲酯）再生系统产生含有硝酸的废水，通过气提后与合成循环气一道进入硝酸还原塔，硝酸、甲醇与羰化合成系统循环气（含NO）在硝酸还原塔中发生HNO3+2NO+3CH3OH====3CH3ONO+2H2O的反应，将硝酸转化为MN，再通过气提将含氮气相（MN、NO等）返回乙二醇合成系统循环利用。实际生产中，由于酯化系统副反应等因素，会造成氮元素损失，故有必要对氮元素损失途径和硝酸还原系统运行状况的影响因素进行分析，在确保安全生产的前提下，采取有针对性的措施充分回收MN和NO等含氮化合物。以下从煤制乙二醇装置氮元素损失途径、硝酸还原塔催化剂床层阻力影响因素、硝酸还原转化率影响因素、硝酸还原转化率对系统运行的影响等方面进行分析，并提出一些优化措施或建议，可为业内提供一点参考与借鉴。
1 氮元素损失途径及应对措施
理论上，NO和MN等含氮化合物在煤制乙二醇酯化与合成系统中循环利用，反应过程不消耗氮元素。但实际生产过程中，由于酯化系统副反应等因素，造成了氮元素损失[2]，主要表现在如下几个方面。
1.1 酯化系统副产硝酸
煤制乙二醇装置MN再生系统使NO与O2、甲醇发生酯化反应转化为MN[3]，主反应方程式为4CH3OH+4NO+O2====4CH3ONO+2H2O[4]。酯化系统MN再生反应实质上是连续的氧化反应和酯化反应，MN再生过程中涉及的反应较多，可能涉及的副反应主要有2NO+O2→2NO2、NO+NO2====N2O3、CH3OH+N2O3→CH3ONO+HNO2、CH3OH+HNO2→CH3ONO+H2O、N2O3+H2O→2HNO2、2NO2====N2O4、N2O4+H2O→HNO3+HNO2、N2O4+CH3OH→HNO3+CH3ONO。可以看到，MN再生反应过程中通常伴随着副产硝酸的副反应发生，如果不对此硝酸予以回收利用，将会造成系统氮元素损失。一般地，通过控制MN再生反应器温度可以有效控制硝酸的生成量。
1.2 羰基化副反应生成N2
煤制乙二醇装置羰化合成反应器中吸附态NO与吸附态CO容易发生氧化还原反应生成N2和CO2（2CO+2NO→2CO2+N2），N2随不凝气外排至大气或火炬，造成系统氮元素损失。
1.3 MN随酯合成系统弛放气放空入大气
尾气吸收系统的作用是去除酯合成系统弛放气中的惰性组分，回收有效气成分MN，稳定酯合成系统气体组分。正常生产中通过加强工艺指标管控控制弛放气中MN＜0.1%，虽然损失的MN＜1 m3/h（标态，下同），但存在氮元素的一定损失。
1.4 取样分析损失
为确保样品的真实性，取样时要求先将取样管道和取样容器内的合成气排出，反复3次以上才能取样，由此会造成MN、NO等含氮化合物损失。故分析取样一般采用密闭取样，取样管线引至乙二醇合成系统压力较低的地方，如合成气循环压缩机进口、MN回收缓冲罐等，可减少取样分析造成的MN、NO等含氮化合物损失。
1.5 MN溶解在甲醇中释放至大气
MN在甲醇中的溶解度较高，溶解有MN的甲醇会在废甲醇槽等处释放至大气，造成氮元素损失。一般可以采取气提的方法将甲醇中溶解的MN等不凝气分离出来，降低废甲醇溶液中MN等不凝气含量，从而减少氮元素损失。
2 硝酸还原塔催化剂床层阻力的影响因素
硝酸还原塔催化剂床层阻力对硝酸还原系统的长周期稳定运行影响很大，主要受催化剂自身阻力、CO气质量、入口液相量、入口气相量、液相温度等因素的影响。以安阳永金化工有限公司（简称安阳永金）200 kt/a煤制乙二醇装置为例，硝酸还原塔（气液顺流接触固定床反应器）共装填催化剂25 m3，均分为3段，每段层高3 m。
2.1 投运初期硝酸还原塔床层阻力
硝酸还原系统投运初期，入口气量3 000 m3/h（标态，下同），入口甲醇液相量35 m3/h，硝酸还原塔床层阻力为60 kPa。
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