郭金海，原兆智，樊成林
（山西晋煤华昱煤化工有限责任公司，山西 泽州048017）
［摘 要］山西晋煤华昱煤化工有限责任公司1 200 kt/a甲醇装置、500 kt/a清洁燃料装置之等温变换系统设计为双系列并联运行，2018年8月18日变换系统二系列（变换系统Ⅱ）接气投运，2018年9月13日变换系统一系列（变换系统Ⅰ）接气投运。在变换系统双系列运行的1 a多时间内，系统开车及运行中出现了净化炉导气时床层超温、变换系统压差高报警、变换炉出口工艺气温度低和中压蒸汽过热度不够、变换炉催化剂床层局部温度高、工艺气中羰基硫含量高等问题，通过原因分析并采取相应的优化技改措施后，基本实现了变换系统的安全、稳定、长周期运行，各项指标满足系统高负荷运行的要求，3台航天炉气化高硫煤时系统也能长期运行（下一步将向4台航天炉气化高硫煤进发）；同时，对变换系统中存在的个别问题提出了彻底解决的优化改造建议。各项优化技改措施逐步落实后，可望为系统的安、稳、长、满、优运行提供更有力的保障。
［关键词］等温变换系统；净化炉床层超温；变换系统压差高；变换炉出口气温度低；催化剂床层局部温度高；羰基硫含量高；原因分析；应对措施
［中图分类号］TQ223.12+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）04-0032-04
0 引 言
山西晋煤华昱煤化工有限责任公司（简称晋煤华昱公司）1 200 kt/a甲醇装置、500 kt/a清洁燃料装置，采用粉煤气化（4台航天炉，四开无备，单台航天炉投煤量1 500 t/d）、双系列等温变换、单系列鲁奇低温甲醇洗、单系列卡萨利甲醇合成、双系列甲醇精馏工艺。其中，等温变换系统由航天长征化学工程股份有限公司设计，变换系统设计为双系列，其主要任务是使气化系统送来的425.58 km3/h（干基）粗煤气中的CO在耐硫变换催化剂的作用下与水蒸气发生变换反应，将CO含量由67.94%（干基，下同）降至19%～23%，调整合适的氢碳比后送往低温甲醇洗系统。
晋煤华昱公司变换系统二系列（简称变换系统Ⅱ）2018年6月30日开始装填变换催化剂，7月21日变换系统Ⅱ催化剂开始升温硫化，8月2日变换系统双系列催化剂升温硫化完成；8月16日变换系统Ⅱ开始升温做接气前的准备工作，8月18日变换系统Ⅱ接气，调整合格后送往后续系统；2018年9月13日，变换系统一系列（简称变换系统Ⅰ）接气并开始运行。变换系统双系列运行后，系统负荷在75%～100%之间，自投料试车以来，截至投稿之时变换系统已生产运行超过15个月，期间为解决低温甲醇洗系统排放尾气对空分装置运行的影响和合成气中CO2含量低的问题进行了短期停车，并针对开车和运行过程中存在的一些问题进行了技改和工艺操作优化，目前整个变换系统运行平稳。
1 等温变换系统工艺流程简述
气化系统来的3.80 MPa、209.72 ℃、CO含量 67.94%的粗煤气，经低压废锅（E20101或E20201）降温至 200 ℃后进入第一水分离器（S20101或S20201），除去粗煤气中的冷凝液后进入进料换热器（E20102或E20202）升温至 240 ℃，之后进入并联的净化炉（R20101A/S或R20201A/S）除去粗煤气中的固体颗粒杂质，随后进入水移热等温变换炉（R20102或R20202）内外筒环隙，穿过径向催化剂床层，边反应边移热（副产3.9 MPa中压蒸汽），催化剂床层温度恒定在295 ℃左右；CO含量降至19.736%后变换气（295 ℃）从变换炉底部出来，进入蒸汽过热器（E20103或E20203）与变换炉副产的3.9 MPa中压蒸汽进行换热，变换气温度降至285 ℃，进入进料换热器（E20102或E20202）预热粗煤气后温度降至 246 ℃，再依次经高压锅炉水预热器（E20104或E20204）、脱盐水预热器（E20105或E20205）、变换气水冷器（E20106或E20206）降温至40 ℃后进入洗氨塔（C20101或C20201），用中压锅炉给水喷淋除去变换气中的氨和固体杂质并分离冷凝液，然后送往低温甲醇洗系统。
除氧站来的14.8 MPa的高压锅炉给水，经高压锅炉水预热器（E20104或E20204）加热至195 ℃，一部分减压至6.4 MPa后作为变换炉汽包（V20101或V20201）的给水，其余部分送往锅炉车间和硫回收系统；从变换炉汽包（V20101或V20201）底部下来的冷水由下降管进入变换炉内水室，变换炉内换热管为剑鞘式内外管，冷水经内管自上而下流到底部后进入外管，热水经内外管环隙自下而上被加热汽化汇集于汽室，由上升管进入汽包，经汽水分离后，饱和蒸汽送至蒸汽过热器（E20103或E20203）过热至280 ℃后送至外管网，分离后的冷水进入下降管进行循环换热。
第一水分离器（S20101或S20201）、脱盐水预热器（E20105或E20205）、高压锅炉水预热器（E20104或E20204）等分离出来的冷凝液，统一进入冷凝液缓冲罐（V20302），再通过冷凝液泵（P20302）加压后送往气化车间；冷凝液缓冲罐（V20302）加压是通过洗氨塔（C20101或C20201）出口的变换气实现的，并通过加压阀（PV3011A）和放空阀（PV3011B）调节冷凝液缓冲罐（V20302）的压力。
2 开车及运行中出现的问题及应对措施
2.1 净化炉导气时床层超温
2018年8月18日变换系统Ⅱ第一次引气的过程中，按操作规程缓慢关闭净化炉前暖管放空阀（HV2010）、缓慢打开变换出口放空阀（PV2018），将粗煤气引入净化炉和变换炉系统内，引气过程中净化炉内床层温度急剧上升，最高达到450 ℃（指标要求不超过280 ℃）。
2.1.1 原因分析
（1）由于担心变换炉负荷过大而无法达到变换深度，净化炉底部装填有3 m3的变换催化剂，其目的一是减轻变换炉的负荷，二是提高进变换炉工艺气的温度，利于变换反应的进行，但正是由于净化炉内的这3 m3变换催化剂，导致引气过程中净化炉床层温度在几分钟内升至450 ℃。
（2）变换系统引气过程中缓慢关闭净化炉前暖管放空阀（HV2010）、缓慢打开变换出口放空阀（PV2018），导致气体流速过慢，反应热不能及时移走而在净化炉床层内积聚，引起净化炉床层超温。
2.1.2 应对措施
（1）修改变换系统引气操作规程，变换系统引气时分阶段快速关闭HV2010和打开PV2018，在1～2 min内就将工艺气引入系统内，以及时带走反应热。
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