河南能源鹤煤化工分公司变换工段采用低水气比流程,由五环公司参与设计,青岛联信化学提供变换催化剂,自2013年3月开车运行至今超7000 h。在开停车过程中,遇到了种种问题,经改造逐渐进入平稳运行阶段,现运行状况良好。下面是开车中遇到的问题以及解决方案。
1.一变炉前升温放空阀,不易操作
在最开始的设计中,炉前升温管线放空阀为手动切断阀,放空升温时需要通过对切断阀的开度调节来控制放空气量和升温速度,操作过程中浪费人力。另外,由于放空阀后背压为火炬管网的压力,阀门前后压差较高,阀门开关较重,不易控制,对一变炉前管线升温速度影响较为明显。
工艺优化:在2个放空切断阀之间增加1道气动调节阀,以便在开车时候可灵活控制,节省了开车时间。另外,此调节阀不设置旁路管线,其自身带手轮调节,可在气动调节故障时用手轮控制阀门的开关。改造后,仅变换开车炉前升温就可节省30 min,经济效益明显。
2.导气时第一变换炉易超温
2013年3月装置进入投料试车阶段,我们采用的导气方式是:变换炉前管线暖管合格后,缓慢打开第一变换炉进口切断阀,通过开大炉前放空阀的开度来提高变换系统内压力,当第一变换炉床层温度上升明显时候,逐渐打开第三变换炉后变换系统压力放空阀,通过放空阀的开度来调节各变换炉空速,以达到控制床层温升的目的。
变换催化剂起活温度为180 ℃以上,初次开车时候,催化剂活性非常好,在炉前放空暖管至143 ℃时,粗煤气开始导入变换炉,此时第一变换炉床层温度上升较为明显,第一变换炉床层和出口严重超温,控制难度较大。经过不断总结,发现在导气时候进气量较快的原因是第一变换炉前压力(3.2 MPa)远高于炉内压力(循环升温完毕后变换炉系统压力为0.3 MPa),当打开第一变换炉进口阀时,新鲜气快速流入变换炉,反应剧烈,造成变换炉床层温升过快,第一变换炉出口温度远超过设计值,若长时间超温就会对催化剂活性和设备使用寿命产生严重影响。
解决方案:改变导气方式,先将变换炉系统充压,使第一变换炉进口阀前后压差达到最小。这样,在导气的时候不会在瞬间有大量新鲜气进入变换炉,利于变换床层温度控制。
3.甲醇合成气外供PSA方案的弊端
甲醇装置外送丁二醇装置合成气用于变压吸附制氢气,原设计方案为解吸气直接返回低水气比变换单元,但是有以下弊端。
(1)在满负荷时候,气化单元来气温度较高,此解吸气以5304 m3/h流量与煤气化装置所送出的粗煤气混合后补回变换系统入口,可将粗煤气温度降低3℃,这对变换操作影响较小;但在负荷比较低的时候,气化来气温度只有155℃,若在此基础上再降低3℃,对变换操作影响就相当大了,造成第一变换炉温度不易控制,出口CO含量波动较大,而且可能在第一变换炉前管线有较多的冷凝液,造成管道和设备的腐蚀,还可能导致冷凝液分离器排液困难,造成气液夹带后损坏管道和设备。
(2)气体被提氢后,为了保证合成单元有效氢碳模数,必须增加CO变换深度,打破变换原有的反应平衡而增加变换单元负荷,在高负荷期时会增加变换负荷,影响催化剂使用寿命。
(3)若气体成分发生变化,为了保证变换反应合适的水气比,必定以加入较多的中压蒸汽和锅炉水为代价,无形中增加了原料消耗,而且排出较多的冷凝液,给污水处理装置带来压力。
针对以上问题,对外送合成气和返回的解吸气管道进行了以下改造。
(1)在甲醇厂界区外送的合成气管线上设置快速关功能的气动阀,在事故状态下,及时切断低温甲醇洗单元外送合成气,保证低温甲醇洗单元运行正常,防止事故扩大化。
(2)为了避免解吸气对变换系统造成的较大影响,将补回变换系统的解吸气管线改道,直接补至甲醇合成压缩机入口管线上,有效避免了对低水气比变换系统的冲击。
需要注意的是,即使进行了以上改动,但变换装置的CO变换深度仍需进行调整,控制在什么范围最佳需要经过长期实践的积累,但以上改动对系统起到了较好的优化作用,值得推广。