【分析】如何保证煤化工变换装置长周期运行？

微信 · 发表于 2017-2-18 19:15:52

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在煤气化配套装置中，变换单元是通过一氧化碳与水蒸气在催化剂作用下进行变换反应，调节气化炉产出粗煤气的氢碳比，以满足后续合成工段的需要。业内专家认为，变换装置要实现长周期满负荷运行主要解决以下三个主要问题：变换炉超温、催化剂失活和设备腐蚀。

炉温控制是首要因素　　

“影响变换系统长周期运行的主要因素是第一变换炉超温”，安徽昊源化工集团副总经理高明林认为。据他介绍，变换炉是灰、水、毒物影响最集中的地方，85％以上的变换反应是在第一变换炉内进行，催化剂活性的降低将直接影响变换装置的运行周期。粉煤气化激冷流程合成气中的一氧化碳含量和蒸汽含量高，反应剧烈，反应温度高，催化剂装填量大了就会发生过度反应，烧坏催化剂，出现设备超温。

因此，催化剂的装填是一个十分重要的步骤，装填量要与变换负荷匹配，同时分两部分装填，上半部分装填量要少。在装置开停车时要控制好气量，气量升降幅度不能大。在装置运行时，还要严格防止变换炉炉温超温和大幅波动。高明林还提醒，淬冷器所用的激冷喷水水质要控制好，淬冷器里的瓷球质量也要控制好，防止瓷球球沫堵塞系统，增加阻力。

青岛联信催化材料有限公司纵秋云教授认为，变换炉炉温的控制根据气化工艺的不同而不同，对于粉煤气化，由于原料气中的CO含量高，变换反应的推动力大，第一变换炉很容易超温，同时还会引发甲烷化副反应使床层“飞温”。

这种情况可以通过两种办法来控制。第一种方法是通过控制催化剂的装填量达到控制反应深度，这就要求催化剂装填量计算十分精确，不能有太多的富余，否则就会因为催化剂富余而超温。第二种方法通过控制反应的水气比，控制反应的平衡，进而控制反应深度和变换炉炉温。这种控制方法能节省大量蒸汽，控制手段安全、灵活可靠。

河南濮阳龙宇化工有限责任公司总工程师赵新跃进一步介绍，调整变换工艺最重要的是控制入炉合成气的水气比，继而控制住变换反应量（合成气的变换率），为后续工段提供适宜的有效气体组分，保证装置长周期稳定运行。

他认为，水气比高可致变换率高，水气比低可致变换率低，都直接影响后工段低温甲醇洗冷量平衡，合成工段因氢碳比失调单耗也会升高。具体可通过控制变换炉进口废锅压力将水气比控制在合理范围内，从而有效调节入炉合成气的水气比，以减少整个装置的单耗。同时还应注意，水气比高、变换率过高、变换炉床层超温会引发变换炉“滞液”和变换炉高温晶间腐蚀等现象的发生，催化剂活性和设备寿命也会因此受到影响。

降低阻力从源头做起　　　

降低系统压差是提高变换装置运行周期的另一个主要因素，变换系统压差大，系统阻力升高后，设备腐蚀加重，生产运行不稳定，且能耗增加，产量降低。

目前行业内的变换系统压差在0.4—0.5MPa，安徽昊源化工集团等少数企业通过设计优化、技术改造、操作优化，把系统压差降到了0.17MPa，达到了行业内最低，不仅降低了压缩机阻力，降低了能耗，还延长了换热器、调节阀等的寿命，大幅提高了变换系统的运行周期。

安徽昊源化工集团副总经理高明林指出，降低整个变换系统的压差，从源头设计上就应当充分考虑降低阻力。高明林介绍，从管道、阀门设计上降低流速，换热器要适当增加换热面积，这样才能保证催化剂使用后期变换系统的热平衡，催化剂的活性才能得到充分利用，从而延长变换装置的运行周期。此外，减少变换系统阻力还需要操作工在阀门操作上的配合。

江苏灵谷化工有限公司副总经理杭尚元指出，变换装置开停车状况将直接关系到催化剂的使用寿命。变换系统停车时，气体不流动、温度降低，而合成气里有水蒸气，每次停车时系统尽可能降压或用氮气置换，不让系统有泠凝水存在，以避免催化剂遇水使活性降低。

另有业内人士建议，降低变换系统压差，需要对变换工段入口煤气水分离器定期排液，防止水带入合成气预热器出口，避免水分挥发后夹带的部分灰分及盐类产生积存，不仅堵塞设备，催化剂也会发生积灰、积碳、粉化，催化剂活性会降低，此外还要严格炉温控制，防止超温或大幅度波动，避免催化剂颗粒反复收缩膨胀，容易破碎。

减缓腐蚀慎选设备材质

据神华煤制油化工有限公司包头煤化工公司高工熊同国介绍，变换设备大多在高温临氢工况下运行，设备选材的合理性对装置长周期稳定运行有着重要作用。为规避高温临氢、工艺冷凝液中酸性物质带来的腐蚀，很多企业的变换炉、水分离器、换热器都采用复合板、堆焊设备。选择材料时尽可能避免硫化氢、氯离子的腐蚀，以及综合作用产生的晶间腐蚀，设备、管线应当选择316L、304L或者双相钢。

熊同国认为，变换设备应当根据温度区间和介质组分的不同选择最适宜的材质，管线尽量选用无缝钢管及管件，在管道施工过程中，对有应力腐蚀倾向的管道焊缝需进行焊后热处理，以保证焊缝及热影响硬度在要求的范围。

此外，赵新跃指出，提高变换系统长周期运行水平是个多因素综合问题，在控制炉温、水气比等的同时，还应考虑第一变换炉、第二变换炉反应的量，根据企业自身换热器大小来平衡。

中国化工报张兴刚