甲醇变换工艺系统改造分析

李廷东

摘 要：在经济发展过程中，甲醇一直是作为一种基本的有机化工原料在起作用。但是在能源总量每况愈下的现实环境里，甲醇逐渐被发展成了一种重要的能源替代品。现在随着甲醇需求量的日益增大，二甲醇等甲醇产品的质量和性能越来越受到人们的关注，甲醇变换工艺系统改造也变得尤为重要。该文以甲醇合成变换改造为例，分别介绍了甲醇变换工艺改造前后的情况，详细阐述了工艺改造过程及要点，以方便读者进一步了解甲醇变换工艺，对相关企业的生产过程有一定的借鉴和指导意义。

关键词：甲醇变换工艺 系统改造 废热锅炉

中图分类号：TQ223 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0091-01

我们通过调查发现，一些公司2008年投产的甲醇变换工艺系统，主要出现过三个方面的问题。一是催化剂低温活性得不到充分的利用，原因是适应初期的变换催化剂，变换炉入口温度无法满足要求的温度，使得反应温度普遍较高，从而使得催促剂低温活性得不到充分的利用；二是催化剂使用后期的问题，在使用后期一般要求变换炉水汽比相应提高，而现在的甲醇变换工艺手段得不到有效控制，这样会导致变换工段出口一氧化碳含量严重超标，影响整个合成装置的运作，产品的质量也不会得到有效的保障。最后一个问题是本工段热量得不到合理的利用，蒸汽系统严重失衡。这上面种种问题的呈现充分印证了制约整个生产系统的瓶颈问题就是甲醇变换问题。这些公司在2011年和2012年检修期间对甲醇变换工艺系统进行了改造，在2012年六月份底投入生产运行，自投运以来，上述问题得到了有效地解决。现在以甲公司为例，进行具体分析。

1 改造原因、方案、投资及主要验证指标

1.1 改造原因

（1）锅炉给水加热器H2002设计压力为2.5MPa，H2000蒸汽因受限制，只能提到2.2MPa左右，入变换炉煤气水汽比偏低；（2）无法控制H2000废锅液位，因为H2002热负荷太大，如果设计炉给水流量是171蒸t，锅炉给水出口温度是一百九十摄氏度，实际的锅炉给水流量就会达到二百蒸吨，锅炉给水出口温度就会达到饱和温度，大概为210 ℃。（3）进入H2003废热锅炉的变换气温度偏高，H2003设计产0.3 MPa低压蒸汽74蒸t，实际产低压蒸汽130蒸t，导致蒸汽系统无法平衡；（4）变换催化剂使用初期，低负荷运行时，变换炉入口温度最低降至280 ℃左右，无法再降低，催化剂的低温活性得不到利用。

1.2 改造方案

（1）调节煤气的水气比，给具体方法是H2000增加一条副线，以此来调节E2001蒸汽压力和副线的煤气量，最终达到调节煤气水气比的效果；（2）在H2001入口管道上增加一只闸阀，在阀前增加一条调温副线；（3）为了降低E2003的热负荷，使得低压蒸汽的产量减少，最终让新增废热锅炉产生的蒸汽进入中压蒸汽管网，可以在H2001后H2002前增加一台废热锅炉，产汽量是30蒸t，蒸汽压力是2.5 MPa。

1.3 项目投资情况

该公司总投资约四百万元，具体费用分布如下：60万t甲醇变换装置新增加了两条副线和一台废锅；另外还有管道费、材料费和设备安装费等其他费用。

1.4 主要验证指标

S2000出口温度在一定范围内可控，水汽比可根据系统负荷及时调整；（2）W2000入口煤气温度可控制在280 ℃以下；（3）变换炉温度可控制在450 ℃以下；（4）变换气一氧化碳能根据合成工况及时调整，稳定在19%和22%之间；（5）H2002出口锅炉给水温度降至设计值190 ℃；（6）H2003蒸汽产量。

3 项目考核验收

2012年7月22日0∶00—7月24日24∶00，共计72 h，该公司组织进行了项目的改造考核验收工作，整个过程中，每间隔两个小时记录一次数据，并将新获得的数据和改造前相同情况下的原始数据进行了参照、分析，现得到如下数据：

这次考核共涉及七个项目：S2000出口煤气温度（摄氏度）、W2000进口煤气温度（摄氏度）、变换炉温度（摄氏度）、变换气一氧化碳含量（百分比）、H2002锅炉给水出口温度（摄氏度）、H2003蒸汽量（蒸吨）和H2009蒸汽量（蒸吨）。S2000出口煤气温度（摄氏度）改造前均值是221.33 ℃，改造后均值是220.86 ℃；W2000进口煤气温度（摄氏度）改造前均值是297.38 ℃，改造后均值是274.56 ℃；变换炉温度（摄氏度）改造前均值是452.46，改造后均值是438.36；变换气一氧化碳含量（百分比）改造前均值是21.73%，改造后均值是20.69%；H2002锅炉给水出口温度（摄氏度）改造前均值是221.5 ℃，改造后均值是191.64 ℃；H2003蒸汽量（蒸吨）改造前均值是140蒸t，改造后均值是104.97蒸t；H2009蒸汽量（蒸吨）改造前均值是—— ，改造后均值31.5蒸t。

3.1 考核验收结论

解决煤制甲醇生产过程中变换系统的瓶颈问题是该公司本次改造的重点，解决了煤制甲醇生产过程中变换系统的瓶颈问题来为装置达产降耗创造条件，为装置安全、稳定的运行提供保障。第一步通过变换第一废锅及变换入口气/气换热器增设附线来提高煤气的水汽比的可调性。再加上新增废锅这一步骤，成功解决低品位蒸汽过剩的问题，使其转变为高品位可利用的蒸汽。

（1）我们通过数据分析可以看出H2000出口煤气温度原来基本上是不可以控制的，而改造后H2000出口煤气温度可以按照要求任意调节，也就说明了这次改造成功地改善了变换炉的反应条件，提高了其整体的转换率。（2）改造前变换炉进口温度根本无法降低，相应的催化剂层温度也是比较高的。变换炉进口温度全都在280 ℃以上，有时候会高达300 ℃，而相应的催化剂层温度也基本在450 ℃左右。改造后变换炉进口温度（在催化剂使用初期）可以控制在250 ℃和260 ℃之间，经过一年多的运行，目前变换炉进口温度也基本控制在274 ℃左右，催化剂层温度也得到了很好地控制，基本上可以稳定在438 ℃左右，很明显地延长了催化剂的寿命。（3）改造前由于催化剂一直是在高温情况下运行，活性衰减较迅速，自热平衡很困难，尤其在使用后期。这样就被迫导致变换炉降负荷运行，结果会使得变换气一氧化碳过高，最高可能会达到25%，对后系统的经济运行产生不良后果。改造后催化剂床层温度得到有效地控制，整体可以平稳地工作，控制气体成分变得容易，变换气中的一氧化碳可以全部掌控在指标范围之内，并可以根据合成系统的工况随时来调整。

综上所述，经过一系列的改造，变换系统稳定的操作和合理的运行指标成功地说明该公司变换系统的问题得到彻底的解决。但是在现实环境中，由于各厂工艺路线、工况及运行情况的区别和差异，各厂需要依据实际情况随时变换解决方案，采取相应措施，以求运行效果达到最好。endprint