两段式干煤粉加压气化技术在300 kt／a甲醇装置上的应用

陆瑞平

（鄂尔多斯市乌审旗世林化工有限责任公司，内蒙古乌审 017313）

甲醇及下游产品

两段式干煤粉加压气化技术在300 kt／a甲醇装置上的应用

陆瑞平

（鄂尔多斯市乌审旗世林化工有限责任公司，内蒙古乌审 017313）

介绍以两段式干煤粉加压气化为龙头的300 kt／a甲醇装置的流程配置，工程建设情况，开车过程中出现的问题及解决措施，并总结设计、运行等方面的经验教训。

两段式干煤粉加压气化；甲醇装置；流程配置；开车；问题

0 前 言

鄂尔多斯市乌审旗世林化工有限责任公司，是山东淄博矿业集团公司控股、鄂尔多斯市尤氏投资公司参股的国有控股企业，公司成立于2005年。4×300 kt／a煤制甲醇生产线，与其配套的是面积为65．3平方公里、储量为10．42亿吨的巴彦高勒矿井田，是公司依托当地丰富的煤炭资源在国家级煤化工基地出资建设的新型绿色能源项目。

公司位于鄂尔多斯市乌审旗乌兰陶勒盖镇，地处毛乌素沙漠腹地。乌审旗位于内蒙古鄂尔多斯市西南部，旗府驻地嘎鲁图镇距鄂尔多斯市212公里，距省会呼和浩特市450公里，地理位置十分便利，煤化工产品运输很方便。

4×300 kt／a（一期工程300 kt／a）煤制甲醇项目，其工艺路线采用西安热工研究院自主开发的两段式干煤粉加压气化技术制合成气，经一氧化碳耐硫变换、低温甲醇洗、冷冻、低压甲醇合成及甲醇精镏最终制得合格产品甲醇；运用EDS和DCS系统对全厂工艺生产装置实施集中监视、控制和管理，不仅技术先进、经济合理，而且运行可靠、操作方便。两段式干粉加压气化技术属国家863科技计划项目，气化炉新技术已获得国家专利［专利号ZL01131780．9；ZL200520079041．0］，具有自主知识产权。两段式干煤粉加压气化制甲醇被称为绿煤产业。

该项目于2012年8月31日投产，生产出合格的甲醇产品，标志着两段式干煤粉加压气化技术在煤制甲醇装置上成功应用。

1 甲醇项目流程配置

选定的全流程配置为，以当地煤为原料，采用日投煤量1 000 t的两段式干煤粉加压气化装置生产粗合成气，粗合成气经甲醇装置生产精甲醇，同时设置硫回收装置，从甲醇装置酸性气体脱除工序再生的酸性气体中回收硫磺。设置原料煤贮运，成品罐区及全厂火炬系统及相应的公用工程和辅助生产设施。

气化装置需要的氧气、气化装置及甲醇装置等需要的氮气由空分装置提供；全装置需要的开车蒸汽及正常生产需要的补充蒸汽由3台75 t／h锅炉提供。

1.1 气化装置

气化装置主要由磨粉和干燥、煤粉加压输送、煤气化、除渣、湿洗、灰水处理、公用系统等工序组成。

其工艺流程为，从煤粉给料仓（V03205A／B）来的煤粉与输送煤粉用的高压氮气经计量后，送入煤烧嘴（A03301A／B／C／D／E／F）的中心管（煤粉给料仓为2台，每一台供应气化炉的2个烧嘴）；来自空分装置的4．52 MPa（G）、25℃的氧气经氧气预热器（E03309）加热到180℃后，与少量中压过热蒸汽混合进入烧嘴的外环隙。在气化炉内，由4个煤烧嘴喷入的煤粉与氧气发生部分氧化反应，气化压力4．0 MPa（G）；反应后的高温煤气（1 400～1 600℃）在气化炉出口被高压循环水激冷至900℃左右，进入煤气激冷罐。煤气经过水激冷和洗涤后，温度降至340℃左右，进入湿洗工序。

自煤气激冷罐（V03302）来的3．88 MPa（G）、340℃左右的煤气，与来自洗涤塔（C03501）底部的174℃洗涤水经文丘里洗涤器（J03502）混合洗涤后，送入洗涤塔底部，在此气水混合物初步分离，气体上升与塔顶喷淋下来的洗涤水逆流接触，除去煤气中的NH3、HCN，以及HCl、HF和微量的固体颗粒，洗涤后的被水饱和了的171℃煤气送往甲醇装置的变换工序。

从气化工序来的渣浆排放水和从湿洗工序来的酸性排放水分别送到中压闪蒸罐（V03601）闪蒸，中压闪蒸后的闪蒸气分别经中压闪蒸气冷凝器（E03601）和中压闪蒸气水冷器（E03602）冷却到40℃后送至中压气液分离罐（V03603），分离出来的气体送至硫回收装置，冷凝液送至循环水缓冲罐；中压闪蒸后的灰水送至真空闪蒸罐（V03602）进一步闪蒸，闪蒸出来的气体经真空闪蒸气冷却器（E03604）冷却至40℃后送至真空气液分离罐分离，分离后的气体排空，冷凝液经真空闪蒸冷凝液泵（P03602A／B）增压后送至循环水缓冲罐，真空闪蒸后的灰水经真空闪蒸灰水泵（P03601A／B）加压、真空闪蒸灰水冷却器（E03603）冷却至50℃后送至澄清槽（S03601）。

澄清的灰水溢流入澄清槽溢流罐（T03601），经澄清槽溢流泵（P03605A／B）加压，除部分排放外，其余循环使用，澄清增浓的灰浆经澄清槽底流泵（P03604A／B）送到真空带式过滤机（S03602）过滤［用过滤机真空泵（P03608）抽真空］，滤液经收集后用滤液泵（P03606A／B）送回澄清槽。滤饼含碳量较高，送至煤场与原料煤混合后再次气化。

气化炉内气化产生的高温熔渣，自流入气化炉下部的渣池，高温熔渣经激冷后形成约1 mm大小的玻璃体；来自气化炉下部渣池的湿渣经破渣机破碎后送至渣收集器贮存，通过渣锁斗排入渣脱水槽，经捞渣机将湿渣捞起后再由运渣皮带机送至临时渣场贮渣斗贮存。气化炉渣可作建筑材料或用于铺路基。

1.2 甲醇装置

甲醇装置由一氧化碳变换、酸性气体脱除、合成气压缩、甲醇合成、甲醇精馏、氢回收、冷冻等工序组成。其工艺流程为，气化装置来3．7 MPa（G）、163℃粗合成气首先进一氧化碳变换工序，经变换后变换气中一氧化碳含量约为19．4%（体积分率；干基）；变换气冷却到40℃后，进低温甲醇洗工序制取合格的合成气，并将其压缩到8．0 MPa后进行甲醇合成，粗甲醇经过中间贮罐送甲醇精馏装置，精馏装置制取的精甲醇送甲醇成品罐区。低温甲醇洗装置再生CO2气体经CO2压缩机加压后送气化装置作为煤粉输送用气；气提尾气送锅炉烟囱排放；酸性气体送硫回收装置生产硫磺。甲醇合成弛放气经氢回收工序分离出来的氢气直接回收到合成气压缩机进口，与新鲜气混合后进合成系统；分离出的尾气送气化磨煤系统作燃料气用。低温甲醇洗装置需要的冷量由冷冻工序提供。

1.3 硫回收装置

硫回收装置由克劳斯硫回收工序和硫磺包装贮运工序组成。其工艺流程为，来自甲醇装置低温甲醇洗工序的酸性气体，采用克劳斯分流法工艺，使1／3的酸性气体在燃烧炉中与全量空气燃烧，剩余2／3的酸性气体自燃烧炉混合室后部送入，进行克劳斯催化反应；采用三级克劳斯反应器，在催化剂的作用下继续进行克劳斯反应，反应后的过程气进入三级硫冷凝器冷凝分离出液体硫磺。液硫经切片机切片、包装后送硫磺仓库储存。克劳斯尾气送锅炉焚烧脱硫后与锅炉烟气一起从烟囱排放。

2 工程建设及开车总结

2.1 气化装置

气化装置为西安热工研究院有限公司自主开发的日投煤量1 000 t的两段式干煤粉加压气化装置，该技术基本是由SHELL气化技术演变而来，该装置在国内来说是第一套，在国际上也是第一套，设计上存在一些问题。

（1）气化炉出口煤气被高压循环水激冷至900℃左右，进入煤气激冷罐。该设计是在SHELL出口冷煤气激冷降温和陶瓷过滤器滤灰的基础上改进而来的，存在如下问题。

①气化炉激冷水喷头位置积灰严重，清理炉膛积灰十分危险，从炉膛下部无法清理，只有从顶部割开水冷盘管，从顶部进入清理。渣的强度很高，炉内通径几乎被堵死，气化炉到输气管的压差高达0．6 MPa；同时，顶部有氮气平衡管，控制炉内和环隙间压力平衡，而高温激冷水在气化炉内参与反应，降低了合成气的有效成分，只有78%左右，与原设计的有效气成分90%相比，下降12%。

②将SHELL炉陶瓷过滤器改为激冷罐后，存在的问题是，激冷罐内积灰严重。水煤浆气化炉下部激冷室底部的灰渣直接去破渣机，而该激冷罐底部出渣水管道太小（DN200），无法满足排渣水的要求，因此很容易堵塞，循环水无法加量，造成合成气中带灰严重。

③进洗涤塔前文丘里没有按水煤浆气化的设计要求，还是按SHELL气化炉来设计，壳牌炉合成气经陶瓷过滤器过滤后粉尘达到40 mg／m3以下，而用激冷罐工艺就达不到陶瓷过滤器的过滤效果，洗灰效果极差，造成洗涤塔内塔板堵塞；洗涤塔阻力增大到20 k Pa以上时，洗涤塔带水严重，直接影响变换工序生产，经常因合成气带水严重而被迫停车，经济损失惨重。

（2）气化炉灰水处理系统设计不合理。

①灰水处理系统只设计一套系统，无法满足系统长周期稳定运行，一旦灰水系统出现泄漏或者管道堵塞等情况，必须停车。

②灰水系统只设计中压、真空闪蒸两级闪蒸，闪蒸不彻底，造成灰水中残留的有毒有害物质脱除不达标，循环水再生不完全，洗涤效果差，也是造成激冷罐和洗涤塔洗涤效果差而极易堵塞的重要原因。因此，系统必须改造才能满足生产需要。

③灰水系统澄清槽设计不合理。澄清槽进液位置设计不合理，灰水和絮凝剂不能充分混合；同时，澄清槽体积太小，沉降时间严重不足，灰水分离效果极差，灰水含灰量严重超标，不能满足生产要求，不能保证长周期运行。

④灰浆过滤机设计为一台真空过滤机，一旦真空过滤机出现故障，就不能及时过滤灰浆，造成灰浆在系统循环，灰水更加不达标，对合成气洗涤造成极大影响。

（3）气化采用干煤粉加压气化，煤粉极易着火和发生粉尘爆炸；而公司地处我国西部，冬季天气极其寒冷，气化框架封闭存在重大安全隐患。如不封闭，冬季防冻工作极难控制，许多仪表、水管及伴热管极易冻堵，2012年冬季就因此无法开车，造成严重亏损。

（4）开车初期采用氮气密相输送煤粉，合成气中含氮量相当高，达到20%，对甲醇生产极其不利；同时，受高压氮气压力的限制，气化炉压力只能达到2．8 MPa，对净化生产影响极大，净化气CO2含量超标，氢碳比失调。

（5）气化炉炉顶壁超温，主要原因是气化炉炉顶氮气平衡管不能有效控制炉内合成气倒流到气化炉环隙，合成气倒流到环隙造成气化炉炉顶壁温严重超标，不能满负荷生产，气化炉不能提到设计压力，是该气化炉致命的弱点。目前还没有解决的良策。

（6）该装置已采用CO2密相输送煤粉，可以解决合成气氮含量高的问题，但是粗合成气中CO2含量高达20%，增加了酸脱系统负荷，净化气中CO2含量超标。

2.2 甲醇装置

2.2.1 变换工段

变换工段按高汽气比和高CO含量来设计的，设计有2台变换炉，一变炉装填催化剂7．5 m3、二变炉装填催化剂40 m3；一变炉进口合成气中CO含量高达55%～60%、水气比1．0，而且还需防止一变炉超温，因此一变炉催化剂装填量很小。但在实际生产中，一变炉进口合成气中CO含量只有48%，不能达到设计要求，且粗合成气中含粉尘量较高，对一变炉催化剂影响极大——一变炉催化剂的低温活性特差，再加上合成气温度没有达到设计指标，因此每次开车接气都非常困难，而且靠一变炉进口阀控制进气量，其余气量都分配到二变炉和氢碳比调节副线。

针对变换工段的实际情况，决定进行如下技术改造。

（1）在一变进口增加加热器，原始开车时可以先用低压氮气5 000 m3／h进行变换炉升温；在开车或者生产过程中合成气温度偏低时可以直接升温，保证生产正常。此项技改每年可节约50万元，同时可节省变换倒盲板的工作量。

（2）原设计变换添加饱和蒸汽对一变炉进口温度影响很大，其温度低，不能满足一变炉要求，一变炉极易垮温，改用中压过热蒸汽后，能维持一变炉炉温。

（3）气化合成气中含氨量高，变换气水冷器（E15105）温度在40℃时，易产生NH4HCO3结晶并堵塞水冷器列管，系统阻力从0．1 MPa增加到0．4 MPa，为此，我们在E15105进口增设一条中压蒸汽吹扫管线，以加热E15105列管溶解NH4HCO3结晶，解决阻力增大问题；阻力大时直接用蒸汽提温溶解NH4HCO3结晶，实现连续长周期稳定运行。

（4）为了保证变换中压蒸汽管网的安全，在中压蒸汽管道上增设一台电动调节阀，能随时保证中压蒸汽管网的安全。

（5）变换催化剂升温硫化采用氮气循环升温，后改用CS2作硫化剂、直接补充纯氢来控制循环气中CS2氢解所需氢含量。

2.2.2 酸性气体脱除工段

酸性气体脱除工段开车过程中存在如下问题。

（1）工程安装中冷区使用的阀门、管件、管道、螺栓螺母材质及压力等级用错，在三查四定中发现很多类似问题。

（2）设备制造质量差，CO2解吸塔（C15102）、H2S浓缩塔（C15103）、辅助解吸塔（C15106）三塔升气管底部托盘未焊完整，段间漏液严重。

（3）管道焊接没有按氩电联焊要求去做，设备及管道内的焊渣太多，水联动试车时出现泵过滤器堵塞严重，同时也造成许多阀门密封面被夹坏，损失比较大。

（4）酸脱系统在进甲醇前进行氮气干燥，露点达－40℃，系统死角排水，保证系统中甲醇含水量在0．5%以下。

（5）H2S浓缩塔（C15103）气提氮气管线未设立U形管。增设U形管，以防止甲醇倒流入氮气管，保证试生产正常进行。

（6）本装置设计中增加一套CO2的制取系统，为气化输送煤粉作准备，要求CO2纯度达到95%以上；与水煤浆气化装置相比，酸脱工艺流程复杂些，设备投资也高些，操作要求较高。

2.2.3 压缩机组存在的问题

（1）CO2压缩机存在的问题。五环科技股份有限公司设计时将CO2压缩机进口压力设计为0．02 MPa，而酸脱CO2气体压力为0．2 MPa、低压氮气压力0．45 MPa，误差分别为10倍、20倍，CO2压缩机无法工作。进行技术改造，将进口气动阀改为可调节的减压阀，达到减压的作用，顺利弥补了设计失误。

（2）氨压机存在的问题。干气密封一级密封气设计为低压氮气，不能满足压缩机高压缸运行要求，改造为中压氮气（2．0 MPa）；干气密封一级密封气工艺气设计时取至末级冷却器之后，温度低（50℃），无法满足生产要求，为此，改造为取工艺气在末级冷却器之前，温度100℃左右，改造后完全能满足生产要求。

（3）合成气压缩机存在的问题。在开车初期合成气压缩机加压段起不到加压作用，使得压缩机加压段及循环段防喘振阀无法操作。经与厂家交流未果后，公司技术人员经研究，发现是加压段的中间冷却器泄漏严重而造成的。堵漏后发现，加压段工作基本正常，加压段防喘振阀也可以调节了，但循环段防喘振阀无法调节。经研究发现，循环段进口气量参数设计错误，经调整后，循环段防喘振阀完全可以控制在可调范围内，使合成气压缩机处于良好的运行状态。

2.2.4 甲醇合成

甲醇合成做气密试验过程中发现没有8．0 MPa的高压气体，我们先用CO2压缩机打空气升压到5．0 MPa，然后用空分充氮气泵加压到8．0 MPa才完成气密试验。

合成塔测温热电偶没有设计套管，工程建设时订货又没有与厂家说明此情况，热电偶又非耐压设计，合成系统试压工作十分困难，最后决定用带压堵漏的办法将两根热电偶管口堵住。

2.2.5 甲醇精馏

甲醇精馏设计为预塔、加压塔、常压塔、回收塔四塔工艺，在原始开车过程中精醇产品质量达不到优等品，同时乙醇含量特高。分析发现，杂醇油采出位置不合理，在三塔底部液面采杂醇油效果极差，另外在四塔采杂醇油几乎都是水而不是杂醇油，所以进行了改造，才保证了产品质量。为节能，采用三塔废水管直接配到四塔出口废水管处，相连短路再直接到废水冷却器，如此则可以改为三塔运行，节能效果明显。

3 结 语

从项目建设到投产过程中出现了各类困难，在项目组成员共同努力下，大多数问题都迎刃而解了，由此积累了大量宝贵经验，为集团下一个项目的顺利实施奠定了牢实的基础。然而，在生产稳定性、运行周期、生产负荷等方面还存在问题（目前最高负荷开到80%），我们还需继续努力，进一步对项目中不合理的地方进行改进，让该项目更加节能、环保、合理。

Two-Stage Dry Pulverized Coal Pressured Gasification Technology Being Applied in 300 kt/a Methanol Plant

LU Rui-ping
（Erdos Wushenqi Shilin Chemical Co．，Ltd．，Wushen Inner Mongolia 017313，China）

Describe the process configuration of the two-stage dry pulverized coal pressured gasification unit in 300 kt／a methanol plant．Also introdue the engineering construction，problems and measures while the unit start-up．And sum up the experience and lesson of the design and operation etc．

two-stage dry pulverized coal pressured gasification；methanol plant；process configuration；start-up；problem

TQ223．12＋1

B

1003-6490（2014）01-0067-04

2013-11-07

陆瑞平（1967－），男，江苏大丰人，工程师，现任鄂尔多斯市乌审旗世林化工有限责任公司副总工程师，长期从事合成氨、尿素及甲醇生产技术改造和生产管理工作。