桑良玉
（安阳永金化工有限公司，河南 安阳455133）
［摘 要］煤制乙二醇装置热水系统是羰基化合成反应后合成气降温析出液相草酸酯并保证草酸酯不会结晶的重要系统。长期以来，安阳永金化工有限公司乙二醇装置热水系统受设计不合理、循环水水质差等因素的影响，入热水系统热水温度超标，给草酸酯吸收精馏操作及合成循环气压缩机的安全运行带来很大的负面影响；另外，羰基合成催化剂还原时，还原终点循环气温度大幅超出热水换热器设计参数，致使热水换热器多次发生泄漏，严重影响其安全运行。为此，安阳永金化工在对热水系统前期运行中存在的问题进行分析研究的基础上，对热水系统实施了综合改造，改造后其运行环境明显改善，有效保证了热水系统的稳定运行及设备安全；且对热水系统目前仍存在的问题进行了分析，并提出了下一步的改造计划。
［关键词］煤制乙二醇；热水系统；热水换热器；运行情况；优化改造；热负荷分配；甲醇喷淋
［中图分类号］TQ223.16+2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）06-073-04
0 引 言
乙二醇（EG），又称甘醇，主要用于生产聚酯（国内乙二醇90%以上用于生产聚酯），以及作为溶剂、防冻剂等。目前乙二醇合成原料线路主要有石油制乙二醇、煤制乙二醇两种；其中，煤制乙二醇合成工艺分为两步，第一步为一氧化碳与亚酯气在钯系催化剂的作用下发生羰基化反应偶联生成草酸酯，第二步为草酸酯与氢气在铜系催化剂的作用下生成乙二醇。煤制乙二醇合成工艺第一步反应生成的草酸酯在出反应器之后以气态形式存在，需经热水系统换热后被冷却分离成液相，之后送往草酸酯精馏系统进一步精馏提纯作为加氢系统的草酸酯进料；同时，在钯系催化剂还原时，为保证循环气压缩机安全、稳定运行，需由热水对循环气压缩机入口气进行冷却降温，以满足循环气压缩机对入口气温度的要求，避免入口气温度过高致机组工作点移向喘振线而发生喘振。简言之，热水系统的安全、稳定运行对整个煤制乙二醇装置至关重要。
1 热水系统工艺流程及热水换热器简介
安阳永金化工有限公司（简称安阳永金化工）200 kt/a煤制乙二醇装置羰基化反应器分为前、后两个系列，热水储罐中55 ℃左右的热水（催化剂还原时热水温度为35 ℃）经热水泵加压后分为两路：一路送往前系列的中间热水换热器（催化剂还原时不投热水），与前系列反应后的合成气进行换热，换热后的热水经过热水冷却器B冷却至所需温度后，与经热水冷却器A冷却后的热水一同返回热水储罐循环使用；另一路热水则依次经过后系列后热水换热器、前热水换热器与后系列反应后的循环合成气进行换热，换热后的热水送往热水冷却器A冷却至所需的温度，然后与经热水冷却器B冷却后的热水一同返回热水储罐循环使用。热水系统工艺流程框图见图1。
安阳永金化工乙二醇装置热水系统的前热水换热器管程设计温度150 ℃、壳程设计温度70 ℃，管程进、出口操作温度135 ℃/90 ℃，壳程进、出口操作温度63 ℃/73 ℃；后热水换热器管程设计温度120 ℃、壳程设计温度70 ℃，管程进、出口操作温度90 ℃/58 ℃，壳程进、出口操作温度57 ℃/63 ℃。
2 热水系统运行情况
2.1 正常运行期间的运行情况
羰基化合成系统正常运行期间，设计入热水系统热水温度为54～56 ℃，而实际运行中，受热水系统设计不合理及循环水水质差等因素的影响，入热水系统热水温度高达65～70 ℃，热水换热器换热效率严重下降，循环合成气温度升高，并饱和夹带更多的草酸酯进入后续草酸酯吸收塔和合成循环气压缩机，使得草酸酯吸收塔负荷增加，部分草酸酯吸收不完全穿透至循环气压缩机的过程中降温结晶析出而堵塞管道或机组，导致机组设备损坏，或因入口阻力过大导致循环气压缩机发生喘振，而循环合成气温度偏高也会引起机组运行工况改变，导致循环气压缩机发生喘振；草酸酯如继续进入到甲醇精馏系统，会与甲醇中15%的水反应生成草酸，草酸是最强的二元有机酸，对304不锈钢有较大的腐蚀破坏作用，对甲醇精馏系统设备、管线形成较大安全隐患，另草酸高温下分解生成的CO2若进入羰基化合成系统，也会紊乱合成气组分，对羰基化合成系统造成较大影响。
2.2 催化剂还原时的运行情况
羰基合成催化剂升温还原时，循环气压缩机入口温度需控制在较低水平，以保证其稳定运行，而为避免通过在草酸酯吸收塔（在循环气压缩机前）塔顶喷淋甲醇降低循环还原气温度（甲醇消耗量太大），需将热水温度尽量控制在较低水平(35 ℃)，即需通过热水系统将循环气压缩机入口温度控制在安全范围内，但受限于前热水换热器换热面积偏大，前热水换热器水侧温差约30 ℃，后热水换热器水侧温差仅为5 ℃，热负荷大部分集中在前热水换热器；另外，催化剂还原终点循环还原气温度为180～185 ℃，亦即前热水换热器工艺介质侧入口温度最高达180 ℃，远超前热水换热器管程设计温度，热水出口温度在70 ℃以上，也超出前热水换热器壳程设计温度，致前热水换热器工艺介质入口侧管壳程温差最大达到125 ℃，前热水换热器运行环境极为恶劣，极易因温差过大拉裂管板或列管，致使前热水换热器多次发生泄漏，严重影响热水系统甚至整个羰基化合成系统的安全运行。
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