低水气比变换系统开车总结

高 亭

（河南能源鹤煤化工分公司 河南鹤壁458000）

低水气比变换系统开车总结

高 亭

（河南能源鹤煤化工分公司 河南鹤壁458000）

0 前言

河南能源鹤煤化工分公司600kt／a甲醇装置的变换系统采用低水汽比流程，由五环公司参与设计，青岛联信催化材料有限公司提供变换催化剂，自2013年3月开车运行至今已超过7000h。针对变换系统在开、停车过程中出现的许多问题进行了改造，系统逐渐进入平稳运行阶段，现运行状况良好。

1 变换工艺方案

1.1 工艺方案

为节省蒸汽消耗，CO变换采用两段宽温耐硫变换串一段低温耐硫变换，进变换系统的粗煤气分3路：42%～45%气量（占总气量的体积分数，下同）进第1变换炉，30%～35%气量进第2变换炉，20%～25%气量进第3变换炉。CO变换深度调节手段多样，在第1和2变换炉出口管线各设1根副线，可绕过其他变换炉直接与第3变换炉出口的气体混合进入下一工段。同时，增设1根可绕过3台变换炉的大副线，直接作为变换系统的旁路管线进入低温甲醇洗系统，出于保证气体清洁度和设备管线保护之目的，在能保证变换系统CO变换深度的前提下该大副线阀门没有开度。变换炉段间采用中压锅炉给水和新鲜粗煤气激冷工艺，提高变换炉入口水气比，同时降低变换炉入口气体温度。

1.2 工艺流程

从煤气化装置来的粗煤气（166℃，3.8MPa，241349m3／h，标态）进入原料气分离器分离水分，再进入原料气过滤器去除固体机械杂质。从原料气过滤器出来的粗煤气分成3股：一股（约41.7%，100642m3／h，标态）进煤气预热器管程，与壳程中第1变换炉变换气换热至200℃，再经蒸汽混合器进入第1变换炉进行变换反应。

出第1变换炉的变换气（温度约392.1℃）进入煤气换热器的壳程，与管程煤气换热后温度降至约359.5℃，与来自原料气过滤器的另一股粗煤气（约32.5%，78438.4m3／h，标态，作为冷激气）混合，经1＃淬冷过滤器被锅炉给水淬冷至约200℃后，进入第2变换炉进行变换反应。

出第2变换炉的气体（温度约379.9℃）与粗煤气中剩余25.8%的气体（来自原料气过滤器的第3股粗煤气，约62268m3／h，标态）混合后，进入2＃淬冷过滤器，在此煤气被锅炉给水淬冷至约200℃，然后进入第3变换炉发生变换反应。

出第3变换炉的变换气（温度约349.2℃）与第2变换炉出口的部分变换气混合后温度升至约361.5℃，进入锅炉给水预热器壳程与锅炉给水换热，温度降至180℃，再进入除盐水预热器的管程，与壳程的除盐水换热后温度降至80℃，然后进入1＃变换气分离器分离冷凝水，再进入变换气水冷器的管程被壳程的循环水冷却后温度降至40℃，变换气最后进入2＃变换气分离器分离冷凝水后送至低温甲醇洗装置。

2 变换炉导气方法

在气化系统运行平稳、负荷＞50%，且粗煤气中硫体积分数达到低水气比变换催化剂的要求，即≥500×10－6时，粗煤气可导入变换系统。粗煤气在第1变换炉前管线放空升温合格后，开启第1变换炉入口阀，对整个变换系统进行充压；当变换系统与气化工段压力均衡（32.4MPa）时，全开粗煤气分离器进口阀，利用变换系统放空阀建立煤气流量，不断开大变换系统压力放空阀，将粗煤气放空由气化系统倒至变换系统末端，前工段气化系统放空阀完全关闭时即代表粗煤气已经全部导入变换系统，此时压力为3.2MPa（设为自动状态），稳定工况，将变换系统出口变换气中CO体积分数调至甲醇合成系统最佳氢碳比所需要的20%。

3 开车中出现问题及措施

3.1 第1变换炉炉前放空升温阀不易操作

在原设计中，第1变换炉炉前粗煤气放空升温阀为手动切断阀。粗煤气在放空升温时，需要通过调节切断阀的开度来控制放空气量和升温速度；由于放空升温阀后背压为火炬管网的压力，放空升温阀前、后压差较大，阀门开、关困难且不易控制，对设备和管道升温速度影响较为明显。为了优化工艺和便于操作，在2只放空切断阀之间增加1只气动调节阀，以便在开车时可灵活控制，节省了开车时间；另外，此气动调节阀不设置旁路管线，其自身带手轮调节，以便在气动调节故障时可用手轮控制其开关。经改造后，可节省第1变换炉炉前管线升温时间30min。

3.2 导气时第1变换炉易超温

2013年3月，装置进入投料试车阶段，采用的导气方式：变换炉炉前管线暖管合格后，缓慢打开第1变换炉进口切断阀，关小第1变换炉炉前放空升温阀开度，逐步提高第1变换炉进气量；通过调节炉前放空升温阀的开度来控制第1变换炉进气量，当第1变换炉床层温度明显上升时，逐渐开启第3变换炉后变换系统压力放空阀，通过调节变换系统压力放空阀开度来调节各变换炉空速，以达到控制催化剂床层升温速率的目的。

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，在变换炉前放空暖管至143℃时，粗煤气开始导入变换炉，此时第1变换炉床层温度上升较为明显，第1变换炉床层和出口气体严重超温，控制难度较大，长时间超温会严重影响催化剂活性和设备使用寿命。分析总结开车过程中出现的问题后，发现在导气时进气量较快的原因是第1变换炉前压力（3.2MPa）远高于炉内压力（循环升温完毕后变换炉系统压力为0.3MPa），当打开第1变换炉进口阀时，新鲜气快速流入第1变换炉，反应剧烈造成第1变换炉催化剂床层升温速率过快，第1变换炉出口气体温度远高于设计值。为此，改变导气方式，将变换系统压力提高至约3.2MPa，使第1变换炉进口阀前、后压差为最小值，使导气时不会在瞬间有大量粗煤气进入变换炉，利于控制变换炉床层温度。

3.3 甲醇合成气外供方案不佳

原设计方案：一定量的变换系统出口气经过低温甲醇洗系统净化后（气体中氢体积分数60%），送至外单位的1，4－丁二醇装置变压吸附系统（气量10000m3／h，标态）制取氢气（氢气收率99%），制氢尾气（解析气）直接返回变换系统，使其中有效气体得到利用，达到节能降耗的目的。

3.3.1 存在弊端

（1）温度影响。按设计，低温甲醇洗系统出口气体经变压吸附系统分离氢气后，其他气体返回变换系统进口继续参与变换反应。在满负荷时，气化系统来的气体温度较高，此解析气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，气化系统来的气体温度只有155℃，若在此基础上降低3℃，将造成第1变换炉温度不易控制，出口气体中CO含量波动较大，且可能在第1变换炉炉前管线积累较多的冷凝液，引发管道和设备的腐蚀、变换系统进口冷凝液分离器排液困难等问题。

（2）气体成分影响。为了保证甲醇合成系统的氢碳比，必须增强提氢后返回变换系统气体中CO的变换深度，在生产高负荷期时会增加变换系统负荷，影响催化剂使用寿命。

（3）消耗问题。气体成分发生变化后，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，增加了原料消耗，且排出较多的冷凝液必定给污水处理装置带来压力。

3.3.2 改造措施

在低温甲醇洗系统外送至1，4－丁二醇装置合成气管线上设置带速关功能的气动阀，事故状态下可及时切断低温甲醇洗系统的外送合成气，保证低温甲醇洗系统运行正常，防止事故扩大化。为了避免变压吸附系统的解析气对变换系统造成较大影响，补回变换系统的解析气改为直接补至甲醇合成压缩机入口管线上。以上改动，对变换系统优化起到了较好的作用，但CO变换深度仍需长期实践和经验积累，以达到最佳控制范围。

2015-01-16）