刘夫瑞
[恒力石化（大连）炼化有限公司，辽宁 大连116318]
［摘 要］恒力石化（大连）炼化有限公司煤制氢联产醋酸装置中温变换炉出口工艺气仅经中压废热锅炉换热副产225 ℃、2.5 MPa中压蒸汽，大量高品位热能未被充分利用。基于热平衡分析，此工艺气可先经9.8 MPa蒸汽发生器副产310 ℃、9.8 MPa高压蒸汽后再进入原中压废热锅炉，由此可满足PTA装置对高压蒸汽的需求（原由电厂13.4 MPa蒸汽减压获取）；电厂高压蒸汽（334.6 ℃、13.4 MPa）由背压汽轮机降压至2.5 MPa同时拖动发电机组发电，可实现经济效益的最大化。2024年6月煤制氢装置变换系统双系列大修期间各新增1台9.8 MPa蒸汽发生器（共2台），技改后变换系统运行状况良好，成为国内首套实现变换反应热副产高压蒸汽的工业化应用装置；目前恒力石化甲醇装置变换系统9.8 MPa蒸汽发生器（1台）也已完成安装，已于2026年4月如期完成工艺气管线碰口，3台蒸汽发生器投用后，可副产9.8 MPa高压蒸汽90 t/h，年经济效益约2 920.31万元，投资回收期仅约0.8 a，此举填补了国内变换反应热副产9.8 MPa高压蒸汽的技术空白，可为煤化工装置能量高效回收利用提供一个可复制的工程范例。
［关键词］煤制氢联产醋酸装置；变换系统；中压废热锅炉；新增9.8 MPa蒸汽发生器；关键技术难点；安全控制体系；运行情况；效益分析
［中图分类号］TQ083+.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）04-0064-04
0 引 言
恒力石化（大连）炼化有限公司（简称恒力石化）20 000 kt/a炼化一体化项目之煤制氢联产醋酸装置，主产品产能为氢气30×108 m3/a、甲醇700 kt/a、醋酸350 kt/a、燃料气（CH4）10×108 m3/a等，2020年2月3日整套煤制氢联产醋酸装置全线贯通，目前整体运行情况较好，已实现达标达产。
现代炼化一体化项目中，能量的高效回收与梯级利用已成为提升系统经济性与环保性的关键环节。基于对工艺系统的热平衡分析，恒力石化技术团队发现煤制氢联产醋酸装置变换系统变换反应释放的热量足以支持副产更高品质的饱和蒸汽，其改造的核心目标为：利用中温变换炉出口高温工艺气的反应热，先通过新增的9.8 MPa蒸汽发生器副产310 ℃、9.8 MPa高压蒸汽，而后工艺气再进入原中压废热锅炉副产中压蒸汽，满足恒力石化PTA（精对苯二甲酸）装置对高压蒸汽的需求（原由电厂13.4 MPa蒸汽减压获取），电厂334.6 ℃、13.4 MPa高压蒸汽由背压汽轮机降压至2.5 MPa同时拖动发电机组发电，以提升系统能量利用效率，实现经济效益的最大化。本项改造工程的意义在于，传统变换工艺中，变换反应热多以中低压（2.5～3.6 MPa）蒸汽形式回收，据悉副产9.8 MPa高压蒸汽的技术应用在国内尚无先例，若改造成功，将填补该领域的技术空白，推动煤化工装置能量回收技术的升级。以下对有关情况作一介绍。
1 变换系统工艺流程与能量回收概况
恒力石化煤制氢联产醋酸装置气化系统采用华东理工大学自主开发的多喷嘴对置式水煤浆气化炉，气化炉设计为五开一备，所产6.5 MPa水煤气分为三条处理路径：① 全变换路径——用于制氢，要求变换气中CO含量＜1.2%（体积分数，干基），经低温甲醇洗、PSA系统后获得H2；② 部分变换路径——用于生产甲醇，控制变换气中CO含量约20%（干基）、H2/CO（体积比）约为2.15，经低温甲醇洗后送甲醇合成系统；③ 未变换路径——直接分离出CO，用于醋酸生产。
原煤制氢装置变换系统工艺流程：水煤气经预热后进入预变炉，清除灰分与杂质，再进入中温变换炉，出口工艺气经中压废热锅炉副产225 ℃、2.5 MPa饱和蒸汽后，依次经过中温换热器、低温变换炉、多级低压废热锅炉（副产1.2 MPa蒸汽与0.6 MPa蒸汽），最终经水洗、冷却后送往低温甲醇洗系统。这种能量回收模式存在明显不足，中温变换炉出口工艺气温度高达370 ℃以上，经中压废热锅炉冷却至300 ℃左右，仅副产中压蒸汽，大量高品位热能未被充分利用，而恒力石化PTA装置对310 ℃、9.8 MPa高压蒸汽存在持续需求，该压力等级蒸汽需由电厂13.4 MPa蒸汽减压获取，造成能量浪费。
2 工艺改造方案设计与关键设备选型
2.1 工艺流程优化与集成
工艺流程优化的核心在于重构变换气的热量回收路径。原流程中，中温变换炉出口工艺气经中压废热锅炉（副产2.5 MPa蒸汽）冷却至300 ℃左右，再进入中温换热器；改造后，工艺流程调整为，中温变换炉出口工艺气（温度372 ℃）先进入新增的9.8 MPa蒸汽发生器，与锅炉给水换热后工艺气温度降至330 ℃，其后工艺气再进入原中压废热锅炉（副产2.5 MPa蒸汽）进一步冷却至260 ℃左右，后续流程（低温变换炉、低压废热锅炉等）保持不变。这种设计可实现热量的梯级利用，高温段（372～330 ℃）副产高压蒸汽，中温段（330～260 ℃）继续副产中压蒸汽，避免原流程中高温热源直接用于生产中压蒸汽的能量降级问题。
2.2 9.8 MPa蒸汽发生器技术参数与结构设计
2.2.1 核心工艺参数
1）管程（变换气侧）：入口温度372 ℃、出口温度330 ℃，操作压力5.81 MPa（设计压力7.15 MPa），介质为变换气（主要成分为H2、CO、CO2、H2O）。
2）壳程（锅炉给水/蒸汽侧）：操作压力9.83 MPa（设计压力11.5 MPa），饱和蒸汽温度310 ℃，给水温度158 ℃，介质为锅炉给水/饱和蒸汽。
3）蒸汽发生器性能参数：换热面积665 m2，换热管（U型管）规格Φ32 mm×2.5 mm×4 410 mm（直管段长度）、数量791根；煤制氢装置变换系统单系列产汽量38 t/h、双系列产汽量合计76 t/h，甲醇装置变换系统类似技改项目投运后9.8 MPa蒸汽总产量可达90 t/h。
2.2.2 设备结构与材料选型
蒸汽发生器采用固定管板式结构，核心部件材质如下：① 换热管15 CrMo（H），满足高温高压及耐蚀要求；② 壳程壳体13 MnNiMoR，高强度低合金耐热钢，适用于高压工况；③ 管箱与管板，管板基材为15 CrMoⅣ，堆焊5 mm 厚镍铬铁合金，以抵抗高温腐蚀与应力腐蚀；④ 内衬与密封件，关键接触面采用堆焊合金处理，密封垫片选用金属缠绕垫，确保高压下的密封性。蒸汽发生器设计严格遵循《热交换器》（GB/T 151—2014）与《锅炉安全技术规程》（TSG 11—2020），管板强度通过有限元分析验证，考虑管程与壳程的温差应力（最大温差约160 ℃），采用应力松弛设计，避免局部应力集中导致的泄漏风险。
3 关键技术难点与安全控制体系
3.1 高压换热设备的工程挑战与应对策略
3.1.1 温差应力控制
更多内容详见《中氮肥》2026年第4期