浅谈影响变换装置长周期运行的因素

浅谈影响变换装置长周期运行的因素

张 平

（呼伦贝尔金新化工有限公司生产运营中心，内蒙古呼伦贝尔  021506）

摘  要：本文主要对耐硫变换装置投运以来，装置在运行过程中出现问题并针对相应问题提出改进措施。

关键词：耐硫变换；压差；控制；危害

1  前言

呼伦贝尔金新化工有限公司耐硫变换装置于2011年5月建成投产运行。本装置是煤制气合成氨装置的重要组成部分，本装置采用全低水气比耐硫变换催化剂，具有能耗低、抗反硫化、适用于低硫煤气化工艺的特点。其主要任务是将制气装置送来的粗煤气中CO经钴钼系催化剂催化变换成所需氢气，为低温甲醇洗装置提供合格原料气。

2  工艺流程及特点

气化装置洗涤塔出口的粗煤气（设计流量19.3万Nm3/h，温度169.6℃，压力3.79MPa）后先进入两个并联的文丘里洗涤器被高压煤气水喷射洗涤去除粗煤气中含有的焦油、煤尘、固体颗粒等杂质后和新壳牌气化炉产的粗煤气（温度175℃、压力3.7MPa、流量88697 Nm3/h）汇合进入到气气换热器管程，将粗煤气温度升至200℃进入三个并联脱尘槽中，利用脱尘槽中装填的的吸附剂将粗煤气中的煤尘、焦油等杂质再次进行脱除。从脱尘槽底部出来的粗煤气从第一变换炉顶部进入，在床层上发生变换反应后进入到第一淬冷器冷却。出第一淬冷器变换气再进入第一混合器中，用中压过热蒸汽进行升温，控制第二变换炉入口温度在200℃。出第二变换炉的变换气进入第二淬冷器。在第二淬冷器中变换气被冷却再进入第二混合器中，用中压过热蒸汽进行升温，控制第三变换炉入口温度在220℃。出第二混合器的变换气温度为220℃、水气比为0.23，接着进入到第三变换炉，自上而下通过变换炉催化剂床层，在床层上发生变换反应。

出第三变换炉的变换气送出界区前先进入变换气冷却单元进行冷却，最终将温度40℃、压力3.5MPa、流量229252 Nm3/h，一氧化碳含量<1.5%的变换气送至后序工况。

3  存在问题

3.1  脱尘槽压差问题

3.1.1  高负荷期间脱尘槽压差偏高且每次再生后压差上涨较快。

表1 负荷与脱尘槽压差数据表

3.1.2  洗涤分离器洗涤水量与水质的波动造成前系统脱尘槽压差持续上涨。根据以往分析数据，高压煤气水内尘含量2021年数据范围在316mg/L至488mg/L水质内尘含量指标波动近45%,洗涤水水质的好坏直接影响了变换气的洗涤效果，间接的导致脱尘槽压差的上涨。

表2 洗涤水量与脱尘槽压差数据表

3.1.3  脱尘槽顶部存在煤粉结块造成压差过高。

图1 脱尘槽结块

3.2  变换炉压差高

3.2.1  气化炉带尘严重，导致煤粉进入变换炉导致压差上涨；

3.2.2  淬冷器超负荷运行易使气相带液，通过对三台变换炉设计气量与实际气量对比：整个变换装置超负荷18%。由于一变炉超负荷运行，导致第一淬冷器超负荷34%运行使淬冷水无法完全气化，造成变换炉间歇带液，压差上涨明显；

3.2.3  催化剂机械强度降低，易破碎或达到使用寿命，且每年大修时对催化剂筛分检查时都会发现催化剂存在破碎粉化现象；

图2 一变卸出催化剂

图3 二变筛下物

3.2.4   BGL气化炉煤气流量波动大，由于BGL气化炉加煤形式为两台煤锁间断交替

加煤3炉运行期间6台煤锁在加煤操作过程中存在两台煤锁同时下煤，导致煤气气量波动大。

图4 BGL气化炉产煤气量波动趋势

3.2.5  淬冷水水质影响催化剂的使用寿命，变换装置目前使用的淬冷水未经过汽提工艺，淬冷水内含油含尘易造成催化剂孔隙的堵塞及造成催化剂板结等恶性影响。

3.3  变换出口CO含量高

3.3.1  各台变换炉变换率分配不均，造成各变换炉负荷不均，影响变换出口CO含量。

3.3.2  各台变换炉水汽比控制不好，造成三台变换炉温度梯度控制不均，影响变换出口CO含量。

3.3.3  部分变换炉催化剂的装填量不足，影响变换出口CO含量。

表3 各台变换炉水汽比及变换率平均值如下

4  解决措施

4.1  针对脱尘槽压差高措施

4.1.1  脱尘槽再生后压差上涨较快，有可能是由于再生效果不佳，为提高再生效果可将空气再生时间由9小时延长至30小时，且在空气量和蒸汽量不变情况下，床层温度逐步下降至接近减压后蒸汽温度后停止通入空气，反复间断通入空气燃烧焦油、积碳，达到深度再生的目的，确保再生效果。

4.1.2  对气化炉产气负荷与洗涤水量相对应进行调整，同时控制气化炉炉压，气化炉负荷＞6000Nm³/h时各台气化炉炉压控制应在3.85-4.0MPa，降低粗煤气带尘。控制变换装置前系统文丘里洗涤器洗涤水量，三台BGL气化炉运行时控制洗涤水量≥45m³/h，确保煤气洗涤效果。

4.1.3  每次检修周期针对不更换吸附剂的脱尘槽，打开人孔对脱尘槽顶部结块煤粉进行检查，同时利用抽真空设备对吸附剂表面的结块煤尘进行清理。

4.2  针对变换炉压差高措施

4.2.1  建议减少对变换炉催化剂的筛分，年限较近的变换炉催化剂可采取顶部吸灰或更换顶部吸附剂的方式进行处理。达到使用寿命的催化剂进行整炉更换，不建议筛分添补的方式对催化剂进行更换。在彻底更换催化剂时需对变换炉底部收集器表层丝网一并进行更换，更换符合设计要求的双层GF3W 2.5/0.56型号的耐高温丝网，防止出现丝网损坏催化剂进入变换炉底部收集器造成变换炉压差上涨。

4.2.2  为控制BGL气化炉煤气量波动，通过BGL气化炉加煤进行错峰加煤，错峰加煤遵循以下原则：

1）加煤温度高的气化炉，加煤时造成进变换粗煤气量波动大，加煤温度高的气化炉加煤时，其余两台炉在出口不超温的情况下，原则上不准和高温加煤气化炉同时加煤；

2）在三台气化炉均未达到设定加煤温度时，禁止三台煤锁同时加煤；

3）加煤温度高的气化炉在加煤完成后，其余两炉根据出口温升情况选择温升最快的进行加煤。

4.2.3  通过对激冷水缓冲罐例行收油、周期性的底部置换工作，严格控制变换装置淬冷水水质，水质指标油含量＜500mg/L，尘含量＜300mg/L，确保淬冷水水质，减少进入变换炉的杂质。

4.3  针对变换出口CO含量高措施

4.3.1  变换炉催化剂由于煤粉等杂质影响或到达使用年限、频繁筛分破碎粉化，造成的活性降低，建议每次大修时进行检查评估，如有破碎、粉化或活性降低，需更换新催化剂。

表4一变整炉更换催化剂前后参数对比表

表5 催化剂更换前后数据表

4.3.2  控制变换淬冷水水质，油含量＜500mg/L，尘含量＜200mg/L，确保淬冷水水质，减少进入变换炉的杂质。

4.3.3  变换炉热点温度按下表控制，以更好的分配各台变换炉变换率，在运行后期适当提高变换炉热点温度，以提高各变换炉转换率。

表6 各种工况下变换三炉控制温度数据表

5  总结

变换装置自2012年6月开始开车至今，在运行过程当中遇到了很多困难，主要因为进入变换系统粗煤气含尘量高，有效去除煤尘难度大，脱尘槽吸附剂使用寿命低，文丘里洗涤分离效果差，变换系统阻力增大，变换炉催化剂使用后期转换率低，出口CO超标，以上只是总结部分问题，关于怎样有效去除控制粗煤气中的含尘量，提高脱尘槽使用寿命，缓解系统阻力及变换催化剂使用后期活性能满足系统高负荷运行下出口CO控制在合格范围内还需要进一步研究探讨

参考文献

[1] BGL变换装置工艺手册[M].呼伦贝尔:呼伦贝金新化工有限公司发布,2020.12