4.0 MPa、50 000 m3/h焦炉气脱汞加氢装置的运行总结

周 峰， 程建申， 潘伟峰， 王建民， 张 亮

(山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司， 山西运城 043200)

1 装置概况

山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司焦炉气脱汞加氢装置于2015年12月建成使用，设计处理焦炉煤气量为50 000 m3/h(标态)，操作压力为4.0 MPa；采用北京三聚环保公司的脱汞吸附剂和加氢催化剂吸附焦炉气中汞及不饱和烃，控制脱汞加氢装置出口汞质量浓度≤0.01 μg/m3(标态)，不饱和烃控制在0.1%，处理后的焦炉气为满足后续合成氨联产液化天然气(LNG)生产工艺要求的合格原料气[1]。

2 工艺气流程概述

来自2D80 70.5/6-40对称平衡往复式压缩的焦炉气含有约50 mg/m3(标态)的H2S及200～300 mg/m3(标态)的有机硫，烯烃体积分数约1.3%(原设计3%)，压力约4.0 MPa，温度≤ 40 ℃，在吸油槽进一步除掉气体机械油后进入脱汞槽，通过脱汞吸附剂吸附焦炉气中的汞，再进入焦炉气段间及换热器管间，与一级加氢转化器转化后的热气体换热，温度加热至160～240 ℃进入预加氢转化器，在铁钼催化剂的作用下，将有机硫加氢转化为无机硫，焦炉气中部分烯烃加氢转化为饱和烃，触媒热点温度为320～400 ℃，再进入一级加氢入口换热器，将温度降到200～280 ℃后进入一级加氢转化器，焦炉气在一级加氢转化器中通过镍钼催化剂进一步将有机硫转化为无机硫，烯烃加氢转化为饱和烃，触媒热点温度为320～380 ℃，进入焦炉气换热器壳程与入口焦炉气换热后，进入一级加氢入口换热器壳程和预加氢转化器出口气体换热，控制换热后的焦炉气温度≥150 ℃，送往合成氨工艺中的变换工段作为原料气生产LNG和合成液氨。

3 运行中出现的问题及解决方法

3.1 净化脱汞加氢工段一级加氢转化器超温

(1) 事故经过。2015年11月25日夜班，焦炉气脱汞加氢工段进入生产试运行调试阶段。生产气量8 000 m3/h，系统压力1.5 MPa ，3:00开始逐渐加压至3.0 MPa，一级加氢转化器下段下部热点(6点)温度从370 ℃上升至420 ℃；3:47时温度上升至480 ℃，4:08时温度上升至505 ℃， 4:37时温度上升至690 ℃(29 min)；4:50时经过现场放空温度开始下降至634 ℃，同时温度出现反弹，瞬间上升至762 ℃，持续至5:11(21 min)，造成一级加氢转化器最下层触媒超温事故(超温触媒层高20 cm)。

(2) 原因分析。系统通过的焦炉气气量偏小(设计50 000 m3，实际8 000 m3)。焦炉气在一级加氢转化器反应器下部触媒层形成局部热量集聚，达到副反应温度区域，引发甲烷化副反应，造成反应器底部温度超温。

(3) 处理措施。加大焦炉气通过系统的流量或降低系统压力，及时移除反应层热量，防止超温事故再次发生。超温时采取塔后放空、加大气体流速、降低床层温度等措施，打开一级加氢转化器出口阀、放空阀，打开N2阀对一级加氢转化器降温。

3.2 净化脱汞加氢氧含量高切气

(1) 事故经过。2016年1月26日11:10，硫铵工段进口氧体积分数由0.6%逐渐上升，到11:30，氧体积分数为0.9%。操作人员通知硫铵工段停电捕焦油器，到12:20，氧体积分数上升至1.6%，硫铵工段进口切气放空；13:10，预加氢进口第一点温度上升至350 ℃、第六点温度上升至480 ℃；13:35，关脱汞加氢进口阀、出口阀，停止给变换送气，卸系统压力降温；14:20，加氢接气升压，准备给变换送气；16:40，升压正常，系统稳定。

(2) 原因分析。外供焦炉气中氧含量高；采取措施缓慢，切气滞后。

(3) 采取措施。脱汞加氢工段进口氧含量高，触媒热点暴涨，关闭系统进出口阀，切断焦炉煤气，用氮气降温。

3.3 脱汞加氢装置自身反应热不平衡工艺改造

(1) 事故现象。开工电加热炉原设计为装置原始开工时供硫化触媒和系统开车使用，正常运行时触媒的反应热能维持系统热量平衡。系统开车时，触媒温度低不在活性范围内，不能起到触媒的作用，短时利用开工电加热炉提高焦炉气温度，在达到触媒活性温度时停用，无需长期在线运行。但由于实际焦炉气量小、不饱和烃含量与原设计相比有偏离，反应产生的热量少，而且要保证后工序变换工段进口温度≥150 ℃，造成系统自身反应热不平衡，以致开工加热电炉需长期在线运行。电加热炉运行期间，电加热管外壁温度在600 ℃以上，焦炉气部分物质形成析碳附着在电加热管外壁，导致电热管换热效果差，因局部温度过高，加热的电炉丝容易烧断电加热管，形成焦炉气泄漏着火或爆炸，存在较大的安全隐患。

(2) 处理措施。增加焦炉气加热器、凝液气化罐两台设备，利用变换工段副产的5.0 MPa饱和蒸汽加热焦炉气，并闪蒸2.0 MPa和0.5 MPa饱和蒸汽，供外界使用。这样可以避免开工电加热炉长期在线运行，电炉丝保护外管不出现析碳现象，解决了电加热丝局部过热、外保护管发生变形等问题，避免了泄漏事故的发生，保证了装置安全低耗、长周期稳定运行。

4 结语

通过3年的生产运行总结，装置正常运行期间，预加氢炉入口温度控制在160～240 ℃，催化剂床层热点温度最高不超过400 ℃，装置出口不饱和烃≤0.05%且运行平稳。证明吸油槽采用TX-1型吸油剂，脱汞槽采用THG-1脱汞剂，预加氢转化器采用TO-1预加氢抗毒剂和T202C有机硫加氢催化剂，一级加氢转化器采用T202A有机硫加氢催化剂，在4.0 MPa压力下，合理控制催化剂床层反应温度，处理焦炉气中的汞、硫与不饱和烃，加氢转化能够达到设计要求。