煤制甲醇装置蒸汽运行问题研究

王龙军

摘 要：对某煤制甲醇装置工艺和蒸汽系统进行了概述，通过对影响蒸汽平衡因素进行分析，找出影响蒸汽平衡的原因，提出了调节蒸汽平衡调节方法，达到了优化蒸汽管网系统，稳定生产和节约能源的目的。

关键词：煤制甲醇；蒸汽系统；节能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.085

1 概述

在煤制甲醇装置中，煤炭既是燃料，也是原料。一方面作为锅炉的动力煤，生产出新蒸汽。另一方面作为原料，经过气化产生供应甲醇合成的煤气，同时副产出一部分蒸汽。蒸汽通过热力管网输送到各个用户，而管网由于压力和温度的不同，又分为几个压力等级，蒸汽用户遍布厂区各个角落。蒸汽系统是现代煤化工，企业能源转化和传输的主要方式之一。一个蒸汽系统，既要充分分析影响蒸汽平衡因素，同时考虑产气装置、蒸汽用户以及输送管线的性能。既要实现在冬季与夏季不同季节平衡，也要实现不同工艺操作工况下的平衡，还要考虑化工装置不同步开停车等工况。通过对影响蒸汽平衡因素进行分析，有助于增加蒸汽调节方法，减少能源消耗，也有利于整个系统运行的安全和可靠。

2 工艺路线与蒸汽系统介绍

某煤制甲醇装置采用3×160t/h循环流化床锅炉生产出新蒸汽，驱动空分装置分离空气制的氧气，以煤为原料，采用多元料浆气化工艺制备粗合成气，粗合成气经一段耐硫宽温变换、低温甲醇洗脱硫/脱碳，经压缩后至气冷合成塔、绝热-管壳外冷式合成塔合成粗甲醇，粗甲醇经三塔精馏得到精甲醇产品。

系统主要的产汽装置：3×160t/h循环流化床锅炉产出9.8Mpa新蒸汽，水煤浆气化反应的余热通过水煤气带至变换，加上变换的反应热，每小时产出26t2.5MPa饱和蒸汽和151 t0.5Mpa饱和蒸汽，另外将62t饱和蒸汽加热为390℃过热蒸汽。甲醇合成反应热每小时产生86.5t蒸汽。蒸汽主要消耗装置：空分两套空压机组消耗9.8Mpa蒸汽2×119t/h，氨压缩机与合成压缩机分别消耗18 t/h 和35 t/h蒸汽， 有27 t/h饱和和23 t/h过热2.5Mpa蒸汽给循环流化床锅炉给水加热。锅炉除氧器甲醇精馏消耗126 t/h蒸汽，其他装置总共消耗约30 t/h 0.5Mpa蒸汽。

3 蒸汽运行存在问题原因分析

3.1 蒸汽系统波动较大

波动主要发生在2.5Mpa和0.5Mpa管网上，而9.8Mpa管网较为稳定，这主要是因为9.8Mpa蒸汽用户较为单一，而2.5Mpa和0.5Mpa蒸汽产汽用汽设备较为繁多。（1）煤质变化。多元料浆气化工艺制备的粗合成气含有大量的水蒸汽，这些水蒸汽作为携带气化反应热量的重要载体，一方面参与变化反应，另一方面在变换废热锅炉中冷凝，释放大量的热量，生产出蒸汽。在其他条件不变的情况下，气化炉热负荷的变化，会引起粗合成气带走热量的变化，从而影响变换富产蒸汽的变化。（2）工艺条件引起的波动。因为水蒸汽作为携带气化反应热量的重要载体，所以维持气化带出水蒸汽的流量对保持副产蒸汽产量稳定十分重要，在工艺参数上表现在维持碳洗塔出口工艺气温度稳定。（3）蒸汽使用不稳定原因有：①空分纯化系统周期性用气，由于两套空分纯化系统每隔4小时，要对纯化系统分子筛进行90分钟加热，每次大约消耗10t蒸汽，这样一天要出现24次波动。②环境温度的变化，在北方地区，尤其是冬天，气温变换较大，蒸汽管网热损失变化较大，另外，在冬季，采暖和伴热随着气温进行调节导致管网波动较大。③工艺条件出现波动，需要进行一些蒸汽用量方面的调节，从而导致管网的波动。解决蒸汽使用不稳定的问题，主要要摸清规律，提前调节产汽量，避免蒸汽管网出现大幅度的波动，其次对蒸汽使用进行有序管理，严禁随意大量调节蒸汽。

3.2 夏季工况下出现蒸汽放空情况

在夏季工况下，在实际运行中，原煤中的灰分较设计值偏高，是导致产汽量的大幅度增加的主要原因。随着原料煤中灰分含量增加，灰渣融化吸收的热量增加，为了满足灰渣融化所需的热量，保证气化炉顺利排渣和维持气化炉的热量平衡，需要完全燃烧更多的碳原子，所以导致气化反应放出更多的热量。

3.3 2.5Mpa压力控制较低

在装置原始开车时期，合成使用其工艺专利商指定的催化剂，催化剂使用初期，温度控制较高，合成汽包压力相应控制较高，副产蒸汽能够正常输送到中压蒸汽管网。后来更换国产催化剂后，按照催化剂使用要求，催化剂使用初期，为降低甲醇合成塔的反应温度，甲醇合成汽包压力只能控制在2.2Mpa，为保证副产蒸汽正常输送到中压蒸汽管网，中压蒸汽管网压力只能从2.3Mpa降到2.1Mpa来进行控制，汽包压力只能随着催化剂使用时间逐步提高，蒸汽管网压力再随之逐步提高。

3.4 2.5Mpa过热蒸汽温度出现突降状况

正常运行工况下，2.5Mpa过热蒸汽是由2.5Mpa饱和蒸汽经变换过热器升温供给的，主要用户有氨压缩机与合成压缩机机组，以及锅炉装置的除氧器，蒸汽是从变换流向锅炉供给锅炉除氧器的。但如果工艺突然减负荷或者停车，造成的系统副产蒸汽突然不足，需要锅炉加负荷供应，这时蒸汽流向发生转变，在蒸汽流向转变的某个时间内，蒸汽从锅炉向工艺装置流量极小或者停止流动，如果这个时间过长，加之锅炉到工艺装置距离较远，造成 2.5Mpa过热蒸汽温度过低，甚至冷凝。工艺装置开始需要大量锅炉供给的蒸汽时，这部分温度过低的蒸汽流入工艺装置用户，过低的温度严重威胁氨压缩机与合成压缩机机组的稳定运行。所以在具有双向流动的管网平衡中，须要保持蒸汽不停流动，避免出现机组汽轮机入口温度突降的情况。

参考文献：

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