王丽平，高飞龙
（山西焦化股份有限公司，山西 洪洞041606）
［摘 要］山西焦化股份有限公司甲醇装置Ⅰ（设计产能200 kt/a）自2008年6月建成投产以来，由于焦炉气中夹带焦油、萘、苯等有机类环状碳氢化合物，导致精脱硫系统运行中出现预铁钼转化器、铁钼转化器催化剂活性衰减快以及短期内床层阻力升高致运行周期短等诸多问题。分析认为，其原因主要为焦炉气成分复杂致焦炉气初预热器列管结炭、铁钼催化剂快速失活及催化剂床层阻力增大、精脱硫系统负荷高致油水分离效果不佳、预铁钼催化剂不能在线硫化等。2020—2021年甲醇装置Ⅰ精脱硫系统完成增设三级过滤器、增设1台油分离器、增设1台焦炉气初预热器、增设1台铁钼转化器以及预铁钼转化器增设在线硫化线等优化改造后，问题得以解决，实现了甲醇装置Ⅰ“一大修保两年”的长周期运行目标。
［关键词］焦炉气制甲醇装置；精脱硫系统；铁钼转化器；运行问题；原因分析；优化改造；改造效果；效益分析
［中图分类号］TQ223.12+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）02-0038-04
0 引 言
山西焦化股份有限公司（简称山西焦化）甲醇厂有2套焦炉气制甲醇装置，分别为2008年6月建成投产的200 kt/a甲醇装置（简称甲醇装置Ⅰ）、2013年6月建成投产的140 kt/a甲醇装置（简称甲醇装置Ⅱ），2套甲醇装置均包括湿法脱硫系统、精脱硫系统、甲烷转化系统、压缩系统、甲醇合成系统及空分装置、公辅系统，共用1套中央控制室及甲醇精馏系统。实际生产中，精脱硫系统一级预铁钼转化器（简称预铁钼转化器）、一级铁钼转化器（简称铁钼转化器）催化剂床层温度不达标，系统运行周期短，给系统的稳定运行带来许多不利因素；尤其是析炭堵塞铁钼催化剂微孔，造成催化剂活性快速下降甚至丧失，大量结炭后引起催化剂结块、催化剂床层阻力增大，多次导致精脱硫系统停车（停车后多次对铁钼转化器内催化剂附着物进行取样分析，其成分为碳），严重影响甲醇装置的安全、稳定、长周期运行。为此，2020—2021年山西焦化对甲醇装置Ⅰ精脱硫系统进行了优化改造，取得了良好的效果，目前甲醇装置Ⅱ精脱硫系统参照甲醇装置Ⅰ精脱硫系统的技改已列入2023—2024年度技改项目。以下对甲醇装置Ⅰ精脱硫系统的技改情况作一总结。
1 精脱硫系统运行问题
山西焦化甲醇装置Ⅰ精脱硫系统设置2台预铁钼转化器（一开一备）、1台铁钼转化器，预铁钼转化器的作用首先是将焦炉气中部分有机硫加氢转化为硫化氢、烯烃加氢转化成饱和烃，其次是耗除焦炉气中的氧、脱除焦炉气中携带的少量其他杂质，保护后续铁钼催化剂；铁钼转化器的作用是将焦炉气中大部分有机硫加氢转化为硫化氢、烯烃加氢转化成饱和烃。
山西焦化甲醇装置Ⅰ自2008年投产以来，其预铁钼转化器（单台）满负荷运行周期最长为9个月、最短为6个月，预铁钼催化剂更换原因均为催化剂表面结炭与活性丧失、催化剂床层阻力增高；铁钼转化器满负荷运行周期最长为18个月、最短为6个月，2018年8月、2019年8月、2021年1月各出现过1次因铁钼转化器阻力大导致的系统被迫停车。以2019年为例，2019年6—8月铁钼转化器阻力变化情况为：6月1日—8月9日阻力由0.06 MPa逐步涨至0.14 MPa；8月10日甲醇装置Ⅰ断电停车；8月11日甲醇装置Ⅰ重启（系统单台焦炉气压缩机运行，正常生产时双机运行）后阻力涨至0.17 MPa；8月12—18日阻力由0.23 MPa逐步涨至0.35 MPa，甲醇装置Ⅰ被迫停车处理铁钼转化器阻力大的问题（铁钼转化器没有具体的阻力指标，但铁钼转化器阻力大会导致焦炉气压缩机出口憋压、过流跳车，系统运行存在安全隐患等）。
据悉，预铁钼转化器、铁钼转化器催化剂（包括预铁钼催化剂、铁钼催化剂）活性衰减快问题（尤其是预铁钼催化剂运行周期仅约40～60 d）以及短期内阻力升高致运行周期短问题，是目前国内焦炉气制甲醇装置普遍存在的瓶颈问题。
2 原因分析
2.1 焦炉气成分复杂致初预热器列管结炭
焦炉气初预热器的主要作用是，将焦炉气压缩机送来的温度40 ℃以下的焦炉气加热至280～350 ℃，之后送入预铁钼转化器、铁钼转化器。由于焦炉气中夹带的苯、萘、焦油、洗油等环状碳氢化合物在高温下极易析炭，焦炉气初预热器列管表面结炭造成其换热效率下降——一般情况下甲醇装置Ⅰ运行周期接近1 a时其换热效率会下降至无法满足工艺要求；若遇到异常情况，特别是在山西焦化焦炉气回收厂检修期间，短时间内列管表面结炭加速会致焦炉气初预热器换热效果长时间不能满足工艺指标要求，不得不将焦炉气入预铁钼转化器温度指标降至265～350 ℃，给精脱硫系统运行带来诸多不利，尤其是易造成铁钼转化器阻力增大而被迫停车。
2.2 铁钼催化剂快速失活及催化剂床层阻力大
甲醇装置Ⅰ精脱硫系统设置2台预铁钼转化器（一开一备）、1台铁钼转化器，实际生产中，由于预铁钼催化剂运行近2个月后活性明显下降，加之焦炉气入预铁钼转化器温度偏低，使得有机硫加氢转化反应及焦炉气中夹带的环状有机物碳化反应均移入铁钼转化器（主反应器）内进行，造成铁钼转化器内析炭反应加剧，堵塞铁钼催化剂微孔，催化剂活性下降，大量结炭后造成催化剂结块、催化剂床层阻力增大，而铁钼转化器无旁通管线且无备，多次导致系统停车，严重影响甲醇装置Ⅰ的安全、稳定、长周期运行。
2.3 精脱硫系统负荷高致油水分离效果不佳
据山西焦化焦炉气供应情况，甲醇装置Ⅰ原始设计焦炉气流量为32 650 m3/h（标态，下同），实施产能释放技改后焦炉气流量达35 900 m3/h，为原始设计负荷的110%，意味着通过前系统电捕焦油器、各级分离器及精脱硫系统入口油分离器、过滤器的气体空速增大，油水分离效果不佳，尤其是受油分离器分离能力及分离效果的影响，滤油剂的工作负荷增加，滤油效果下降过快，使得带入精脱硫系统高温设备——焦炉气初预热器、预铁钼转化器、铁钼转化器的杂质增多，继而导致这些高温设备运行周期缩短。
2.4 预铁钼催化剂不能在线硫化
精脱硫系统预铁钼转化器的主要作用，一是将有机硫加氢转化为无机硫，二是保护铁钼转化器的长周期运行。正常情况下甲醇装置Ⅰ预铁钼催化剂使用周期为0.5 a以上、铁钼转化器使用周期为1 a以上，看似匹配，但实际生产中由于前系统洗苯塔检修等异常情况，进入甲醇装置Ⅰ精脱硫系统的各类杂质异常高时短时间内预铁钼催化剂会失活——一般使用近2个月后活性就明显下降、催化剂床层温升明显降低，有效使用周期仅约2～3个月，使用后期只能起到过滤焦炉气的作用，当预铁钼转化器阻力增大时，只能切出系统投用备用预铁钼转化器，但由于工艺上不能在线硫化，更换新催化剂的预铁钼转化器并不能及时投用，影响精脱硫系统的长周期运行。
3 优化改造
经分析与探讨，并借鉴业内做法，围绕精脱硫系统“一大修保两年”的运行目标，山西焦化确定了总体改造思路和方向：首先，采取措施对入精脱硫系统前的焦炉气进行净化；再次，考虑在满足工艺需求的条件下延长铁钼催化剂的运行周期；然后，对影响系统运行周期的短板处进行改造。具体优化改造内容如下。
3.1 增设三级过滤器
更多内容详见《中氮肥》2023年第2期