李乐伦，徐美同，李家栋，张永军
（兖矿新疆煤化工有限公司，新疆 乌鲁木齐830011）
［摘 要］ 2017年9月兖矿新疆煤化工有限公司600 kt/a醇氨联产装置检修结束后，甲醇变换催化剂和甲醇合成催化剂均需硫化及还原，在仅有1台气化炉具备投用条件的情况下，采用单台气化炉带合成氨系统运行，用自产H2还原甲醇变换催化剂和甲醇合成催化剂，随后创造性地提出1台气化炉带甲醇、合成氨双系统运行的思路，以达到既满足新更换甲醇合成催化剂低负荷运行的要求又可将本应放空的合成气用于生产液氨的目的，实现节能降耗、增产创效。对单台气化炉带甲醇、合成氨双系统运行的实施背景进行介绍，对实施的可行性进行论证，并详细介绍此运行模式的实施过程、调控措施、注意事项及经济效益，以便为公司下一步的运营管理提供一定的理论数据和操作经验，也为化工生产领域的生产运行和管理开创出新的思维模式。
［关键词］ 醇氨联产装置；气化炉；甲醇系统；合成氨系统；催化剂还原；双系统运行；可行性分析；调控措施
［中图分类号］ TQ113.28［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2018）06-0022-04
兖矿新疆煤化工有限公司600 kt/a醇氨联产项目是兖矿集团在新疆启动的第一个煤化工项目，产能为300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素、300 kt/a甲醇。其中，气化装置采用兖矿集团与华东理工大学共同研发的具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术，配备3台气化炉（两开一备），单台气化炉投煤量1 500 t/d。装置于2012年9月正式投料生产，现已实现安全、稳定、高效、长周期运行。
1 工艺流程简述
正常运行时，热电车间双台锅炉运行，生产的9.8 MPa过热蒸汽通过减温减压器将部分蒸汽降压至3.8 MPa、2.5 MPa、1.2 MPa，供后系统使用。空分车间通过锅炉提供的9.8 MPa蒸汽驱动汽轮机带动空气压缩机压缩环境空气，空气经预冷和纯化后进入分馏塔，采用低温精馏的方法分离出O2、N2、Ar，为后系统提供纯度99.6%的O2和纯度99.99%的N2。
气化车间以高压O2和水煤浆为原料，输送至气化炉内反应产生主要成分为（CO+H2）的水煤气，水煤气经旋风分离器和水洗塔除尘洗涤后送至变换工段。变换工段分为甲醇变换系统和合成氨变换系统。其中，合成氨变换系统将水煤气中的CO全部变换成H2和CO2，并回收工艺余热副产不同压力等级的蒸汽，之后变换气中的 CO2和 H2S 等酸性气体在低温甲醇洗工段中予以脱除，得到的净化气送入液氮洗工段精制，并配氮使氨合成气的氢氮比达到 3∶1，合成气进入合成气压缩机，升压至 14.5 MPa 后送入氨合成系统合成氨；低温甲醇洗系统解吸出的 CO2则送往尿素装置CO2压缩系统。而甲醇变换系统是将水煤气中的CO部分变换成H2和CO2，以满足甲醇合成系统生产所需的H2/CO，并回收工艺余热副产不同等级的蒸汽，之后变换气送往低温甲醇洗系统吸收(脱除)有毒有害气体，合格净化气（H2 67.81% 、CO 28.86%、CO2 2.69% ）送往甲醇合成系统，在甲醇合成塔内铜基催化剂的作用下合成粗甲醇，再通过甲醇精馏系统脱除粗甲醇中的二甲醚、水、乙醇等杂质组分，生产出符合美国AA级和《工业用甲醇》（GB 338—2004）产品标准的精甲醇。
2 单炉带甲醇、合成氨双系统运行的可行性
2.1 实施背景
2017年9月系统计划检修结束，仅具备单台气化炉投运条件。甲醇变换催化剂与甲醇合成催化剂为新更换催化剂，均为氧化态，尚无活性，不具备使用条件，而甲醇变换催化剂与甲醇合成催化剂的硫化或还原均需H2，当时新疆化工市场上无符合条件的H2，若从疆外采购，成本高且耗时长。为此，公司决定单炉带合成氨系统运行，用自产H2对甲醇变换催化剂和甲醇合成催化剂进行硫化与还原，如此不仅可避免用槽车给系统充装H2带来的风险，且可降本增效。
当甲醇合成催化剂还原完成（具有活性）后，按照催化剂厂家提出的技术要求，该甲醇合成催化剂在投用初期需低负荷运行一段时间，大致为5～7 d，期间需逐渐增大负荷并在不同负荷下运行一定时间，使之深度还原，以稳定甲醇合成催化剂的结构和延长其使用寿命，保证其在今后的生产中能发挥出最大的活性。
甲醇合成系统轻负荷生产期间，常规运行模式为甲醇系统导气、氨合成系统停车，即单炉带甲醇系统低负荷运行，并将大量水煤气放空。我们在借鉴以往操作经验的基础上，集思广益，通过论证、攻关，创新性地提出了“单台气化炉带甲醇、合成氨双系统运行”的思路，通过优化调节和合理分配甲醇系统与合成氨系统的负荷，达到既满足甲醇合成催化剂低负荷运行的要求又可将本应放空的水煤气用于生产液氨的目的，以实现节能减排、降耗增效。
2.2 可行性分析
对于新更换的甲醇合成催化剂，投用初期需经历一段低负荷运行时间，逐渐增加负荷使甲醇合成催化剂达到深度还原；投用初期，甲醇合成塔原料气流量约50 000 m3/h，经核算，其对应的低温甲醇洗系统原料气流量为80 000 m3/h。而合成氨系统最低负荷运行时，合成气压缩机入口原料气流量约68 000 m3/h，对应的液氮洗系统新鲜气流量约46 000 m3/h，低温甲醇洗系统原料气流量约75 000 m3/h。可以看出，只要气化装置外供水煤气流量大于290 000 m3/h，即可保证后系统的低负荷运行，实现单台气化炉带甲醇、合成氨双系统运行的目标。
在甲醇变换催化剂和甲醇合成催化剂硫化或还原阶段，即单炉带合成氨系统运行时，A#气化炉在5.5 MPa压力下运行，外供水煤气量约250 000 m3/h，水煤气主要成分为（H2+CO） 79.5%、CO2 20.2%、CH4 128×10-6，该工况下气化炉的运行负荷为84.6%，尚有一定的提升空间。据以往的运行经验，当气化炉炉膛压力从5.5 MPa（对应负荷为84.6%）提至6.5 MPa（对应负荷为100%），所需O2量增至40 320 m3/h，水煤气流量至少增加50 000 m3/h，即水煤气总量最少可达300 000 m3/h，具备单台气化炉带甲醇、合成氨双系统运行的基本条件。因此，从物料平衡方面来看是完全可行的。
3 单炉带双系统运行的实施及调控措施
3.1 单炉带双系统运行的实施
2017年9月14日，空分装置外供合格产品，随即A#气化炉投料；9月15日08:00液氮洗原料气合格，合成氨系统投运，甲醇合成催化剂开始升温还原，并于9月17日15:00升温还原结束。
为使甲醇合成催化剂按时进入低负荷运行期，9月17日11:00系统开始向单台气化炉带甲醇、合成氨双系统运行过渡。当日11:35—13:35 A#气化炉开始缓慢加负荷至6.3 MPa；11:40甲醇变换系统开放空均压，合成氨系统逐渐退气减量至最低负荷运行；13:15甲醇变换系统接气，13:45甲醇低温甲醇洗系统接气，15:35甲醇合成系统接气。
更多内容详见《中氮肥》2018年第6期