20万t/a乙二醇配套项目原始开车及试生产存在的问题及对策研究

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(河南能源化工集团洛阳永龙能化有限公司，河南 孟津 471100)

河南能源化工集团洛阳永龙能化有限公司20万t/a乙二醇配套项目是为洛阳永金乙二醇装置提供合格的氢气、一氧化碳以及其他公用物料而建，项目于2009年10月开工建设，2014年12月1日气化炉投料成功，2014年12月27日净化PSA产出合格氢气，2015年1月23日净化冷箱产出合格二氧化碳，项目打通全流程。项目采用WHG干粉煤气化技术，是该技术首套工业化应用。项目配套1台1 100t/d五环炉和2台220t/h流化床锅炉，空分采用开封空分内压缩工艺，气体净化采用法液空低温甲醇洗/液氮洗工艺，PSA采用四川天一提氢技术，硫回收采用荷兰荷丰硫回收技术。

1 工艺流程

原料煤通过煤储运系统送到磨煤单元，经过碾磨和干燥后制成合格的煤粉，通过螺旋输送机送至粉煤加压与输送单元，由锁斗加压后通过4个煤烧嘴中心管进入气化炉。空分装置提供的纯度为99.6%的氧气，通过煤烧嘴环隙送入气化炉。在气化炉反应室内，煤粉与氧气在高温高压下进行反应，生产粗合成气。高温合成气沿气化炉反应室上行至激冷室处，被水/蒸汽混合激冷到大约700～800℃，再通过气体返回室、输气弯管和激冷罐冷却至220℃左右，由合成气出口管线进入文丘里洗涤器。在文丘里洗涤器内，合成气与激冷水充分混合后进入湿洗塔洗涤，出湿洗塔的粗合成气温度为203℃，经气液分离器、过滤器除去夹带的水分和杂质，在催化剂作用下进行CO部分变换反应，制得满足乙二醇合成所需氢碳比(2∶1)的变换气。

来自变换工序的变换气进入低温甲醇洗吸收塔，所含H2S、CO2等酸性气体在吸收塔内依次被低温甲醇吸收。脱除的H2S等酸性气体送至硫回收系统生产硫磺，CO2经过压缩后送至气化，作为煤粉输送气使用，合格净化气经过分子筛，进一步脱除甲醇、CO2后送入冷箱。通过冷箱深冷分离后，富氢气先经过PSA提纯，再送至乙二醇加氢反应器中参与加氢反应，而纯度达98%以上的CO2则直接送至乙二醇合成反应器中参与羰化反应。

2 锅炉、空分装置开车中存在的问题及对策

2.1 锅炉煤仓堵煤频繁

洛阳乙二醇项目锅炉使用的是本地龙门煤，煤种团聚性很强，经洗选后含水分也较高，极易造成输煤系统堵煤，尤其是给煤机前煤仓容易堵煤，无法下煤，造成锅炉负荷波动，严重时还会导致锅炉熄火，从而影响整个生产系统的正常运行。研究分析问题后，在煤仓内壁上加装不锈钢板内衬并增加空气炮，有效缓解了煤仓堵煤的问题。同时，加强燃料煤购、储环节的把控，严格控制外购煤中外水含量(小于12%)，彻底解决了输煤系统堵煤的问题。

2.2 布袋除尘器压差高

随着试生产的进行，布袋除尘器压差由初始的0.8kPa逐步上涨至1.3kPa，不得不减小系统风量，严重制约了锅炉高负荷运行。排查后发现，糊袋是引起除尘器阻力升高的主要原因。其前序系统脱硫装置为新增改造项目，采用半干法脱硫技术，前期运行不稳定，雾化器雾化效果差，导致烟气含水较高，部分液态水直接吸附到布袋表面，导致灰尘在布袋表面板结，正常的喷吹清灰不易将其清除，造成布袋阻力异常升高。后期通过改造脱硫装置雾化喷头，在保证了雾化效果的同时，减少了用水量，降低了烟气湿度。同时，在系统中加装了在线湿度检测仪，实时监控烟气湿度，当湿度大时，及时调整雾化水投入量，以保护滤袋，彻底解决了滤袋压差高的问题。

2.3 空分液氮泵汽蚀严重

气化炉投煤后，空分液氮泵多次出现不打量的现象，停泵重新预冷后才能恢复，严重影响系统的稳定运行。经过分析DCS趋势，发现主要是由于气化用高压氮气量不稳定导致液氮泵汽蚀所致。液氮泵设计打量为5 000Nm3/h，而气化最低时才使用700Nm3/h的气量。导致流量过小，电机输出的大部分功率用于搅拌泵内低温液体，使其温度升高，以致产生汽化。同时由于流量小，入口液氮流速就低，相对吸热就多，温升就高，进一步加剧了液氮泵汽蚀的发生。通过平衡系统高压氮气的用量，并且在液氮泵出口管线加设放空管线，设置最小流量，未再出现过此类问题。

3 气化装置开车中存在的问题及对策

3.1 给料仓煤粉管线断裂

气化在做煤循环期间，1号和3号煤线很不稳定。煤粉管线速度和密度大幅度波动，检查发现,粉煤给料仓内输煤1号和3号管线断裂，而另外两条也出现轻微变形。初步分析认为，管线断裂的原因主要是由于管线固定不牢所致，在输送煤粉的过程中，由于受煤粉的冲击而产生频繁摆动，导致金属疲劳损伤，进而断裂。通过对煤粉给料罐内部煤线实施技改，在每根管线上增加了2个呈90°的支撑筋板，保证了管线的强度，煤线的稳定性能得到很大提高，顺利完成了煤循环工作，在气化炉运行期间，煤线也非常稳定。

3.2 气化炉激冷室上部积灰严重

WHG气化炉高温合成气在燃烧室生成后，上行至激冷室，在激冷室由激冷锅炉给水及部分水蒸气激冷至≤800℃，经输气管输送至激冷罐进行冷却。试车过程中，高温合成气携带的飞灰容易致激冷室上部及输气管堵塞，影响气化炉长周期运行。通过改造激冷组合喷头以及增加保护吹扫气，积灰情况得到一定程度的缓解，但未得到彻底解决。可通过增加激冷水的温度，提高雾化效果。通过在该处水冷壁增加振打器、进行振打除灰以及改为合成气激冷等措施，进一步改善积灰严重的问题。

3.3 粗合成气带水带灰严重

气化炉试车后，湿洗塔在氮气工况下一直较平稳，但切换为CO2工况后压差快速上涨，由6kPa逐渐上升到20kPa以上，湿洗塔洗气效果下降，导致出口合成气带水带灰。打开湿洗塔检查发现，第3块塔盘结垢严重，分析认为切换成CO2工况后，系统合成气中CO2会快速上升，由于部分CO2溶于水形成碳酸根离子，导致系统灰水中pH值下降。为了保证系统pH值，就在系统(即第3块塔盘处)补水，添加大量液碱，导致该处pH值局部太高。在碱性环境下，碳酸根离子与灰水中的钙、镁离子极易形成碳酸钙等沉淀，从而形成垢层。通过对系统加碱位置的调整，取消在第3块塔盘处加液碱，仅通过在文丘里洗涤器处加液碱来调节pH值，并对文丘里洗涤器进行改造，将调接头直径增大了100mm，以提高除灰效率。改造后，湿洗塔出口合成气带灰带水现象已得到解决。

4 气体净化装置开车中存在的问题及对策

4.1 屏蔽泵屏蔽套损坏

试车过程中，多次发生低温甲醇洗屏蔽泵的屏蔽套损坏，原因是试车过程中系统介质太脏，而屏蔽泵是内循环冷却式，定子和转子都是通过输送介质来冷却的。如果介质太脏(含有固体颗粒物)，就会划伤屏蔽套。通过在泵入口增加精密过滤器以及加大新鲜甲醇补充后，此类问题未再出现。

4.2 冷箱换热器冻堵

试车过程中，发生了一起冷箱换热器冻堵事故，项目冷箱采用的是法液空的技术，其中原料气冷却器设计为2个，分别为E01和E02，试车中换热器总压差由正常时的18kPa上涨到45kPa，接近系统联锁停车值。通过对比2个换热器的换热效果，发现主要是E01换热效果不好，存在冻堵可能，基本判断为原料气CO2超标所致。试车过程中低温甲醇洗一直不稳定，CO2超过了分子筛吸附能力，形成了穿透。停车后进行了复温吹扫，消除了冻堵，但是耽误了3天。后期通过严格控制低温甲醇洗出口合成气CO2含量，保证其小于10mg/m3，未再发生过冻堵事故。

4.3 产品气CO中CH4含量超标

试车前期，冷箱出口CO一直不合格，CH4含量超标，最高达1.4%，而设计值≤0.1%。分析冷箱入口原料气后发现CH4含量高达4 000mg/m3，远超设计值，冷箱本身又未设计脱除CH4装置，只能在前序系统找原因。通过对比分析，发现甲烷在气化炉出口含量为100mg/m3左右，而经过变换后却突然大幅上涨，初步判断是由于合成气在经过变换装置时发生了较多的甲烷化副反应，通过与催化剂厂家沟通了解到，该变换催化剂前期活性较好，当水气比较低，而CO含量、反应压力和床层温度较高时，则容易发生甲烷化副反应，出口甲烷含量偏高。通过调整水气比以及变换炉床层温度后，甲烷含量就得到了有效控制。

5 结语

自化工投料试车以来，洛阳乙二醇项目的气化炉有效气组分、比煤耗、比氧耗等主要性能指标均优于设计值，开创了合成气上行水激冷粉煤气化工艺之先河，同时也暴露了不少问题，影响了项目的整体运行周期。随着试生产中暴露的问题逐步得到解决，整个项目的运行周期以及经济指标有望得到大幅提升。