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甲醇合成系统扩能改造小结

[日期:2022-04-15] 来源:《中氮肥》2022年第2期  作者: [字体: ]

王辉

[联泓(山东)化学有限公司,山东 滕州277527

 

   [摘  要]联泓(山东)化学有限公司有2套工艺流程相同的甲醇装置,设计甲醇产能为2×360 kt/a2套甲醇装置经过多年的稳定运行后,通过分析研究和性能标定后认为,部分设备尚有富余能力。为充分发挥系统潜能、降低能耗、提升企业的经济效益,联泓化学于20177月全厂大修期间对甲醇合成系统入塔气预热器、(第一套甲醇装置)循环气压缩机、甲醇分离器、弛放气膜分离氢回收系统等进行了优化改造。改造后,一些瓶颈问题得到有效解决,通过一段时间的运行优化,2套甲醇装置的实际总产能由720 kt/a提升至了1 000 kt/a,吨甲醇生产成本有效降低,装置能耗水平和经济效益显著提升,达到了节能降耗、增产增效的目的。

[关键词]甲醇合成系统;扩能改造;入塔气预热器;循环气压缩机;甲醇分离器;膜分离氢回收系统;运行情况

[中图分类号]TQ223.12+1   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202202-0047-04

 

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联泓(山东)化学有限公司[原新能凤凰(滕州)能源有限公司,简称联泓化学]有2套工艺流程相同的甲醇装置(第一套甲醇装置于200912月投产,第二套甲醇装置于201111月投产),设计甲醇产能为2×360 kt/a,整套装置包括四喷嘴水煤浆气化、耐硫变换、低温甲醇洗脱硫脱碳、等压甲醇合成、四塔甲醇精馏、甲醇罐区、硫回收、空分、冷冻站、热电站等单元,以及与工艺装置相配套的公用工程及辅助装置。其中,2套甲醇合成系统均采用华东理工大学开发的“管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器”(双塔并联)和西南化工研究院开发的低压甲醇合成工艺。从合成回路来的循环气经循环气压缩机提压(第一套甲醇装置循环气提压采用往复式压缩机,第二套甲醇装置循环气提压采用离心式压缩机)后,与从低温甲醇洗系统来的新鲜气混合预热后一起进入甲醇合成塔(设计压力5.3 MPa、温度220260 ℃)进行甲醇合成反应,出塔气依次经入塔气预热器、水冷器冷却和冷凝,然后在甲醇分离器中实现气液分离,从甲醇分离器上部分离出的循环气经循环气压缩机返回合成回路,甲醇分离器下部的甲醇液体则送膨胀槽,最终送甲醇精馏系统。

2套甲醇装置经过多年的稳定运行后,通过分析研究和性能标定后认为,部分设备尚有富余能力。为充分发挥系统潜能,降低能耗,提升企业的经济效益,增强企业的市场竞争力,联泓化学决定对甲醇装置进行扩能改造——原装置总体流程不变,增加少量设备,或在关键设备上通过塔内件改造提升设备的产能,即通过填平补齐及采用先进技术使整套甲醇装置的能力得到充分发挥,在实现增产(设计2套甲醇装置总产能提升至900 kt/a精甲醇)的同时,使装置的综合能耗得到降低——能耗在以煤为原料的同类型装置中处于领先水平。最终2套甲醇合成系统通过实施一系列技术改造,实际总产能提升至了1 000 kt/a,取得了良好的经济效益。以下对2套甲醇合成系统的扩能改造情况作一总结。

1  甲醇合成系统扩能改造

1.1  入塔气预热器改造

1.1.1  存在的问题

入塔气预热器是将甲醇合成塔出塔气热量传递给入塔气的设备,以提高入塔气的温度,利于甲醇合成反应的进行,同时降低甲醇合成塔出塔气的温度,以利后续分离出甲醇。甲醇合成系统原设计入塔气预热器出口温度190 ℃,但实际上入塔气预热器出口温度在180 ℃左右。有关资料显示,170190 ℃是甲醇合成系统高碳链蜡类物质生成的最佳温度区间,入塔气温度过低会导致甲醇合成系统结蜡倾向增大。经核算,甲醇合成系统入塔气预热器的换热面积为7 260 m2,仅就换热面积而言,设计值是足够的。但实际操作中,入塔气的温度一直未达到设计值,因没有机会进行停车查看(注:入塔气预热器属高压设备,出口全焊接,解体排查难度较大、施工周期较长,长周期运行也不允许停车排查),无法排除入塔气预热器是否存在折流板脱落、换热器内漏等设备方面的问题,不过2台入塔气预热器并联使用,2台入塔气预热器的出口温度均未达到设计值,判断2台设备同时出现问题的可能性较小;再经多个软件进行校核,2台入塔气预热器的换热面积有较大的余量,但2台入塔气预热器管内、管外流体的流速较低——管内气体平均流速为2.77 m/s 、管外气体平均流速为2.93 m/s,甚至第一套甲醇合成系统入塔气预热器管内气体流速仅为1.78 m/s、管外气体流速仅为2.02 m/s,对于气体流动而言,这个流速严重偏低了。第一套甲醇合成系统的循环气来自往复式循环气压缩机,分析得知入塔气预热器壳程排污的矿物油含量较高,推断往复式压缩机润滑油污染导致入塔气预热器列管结垢的可能性非常大。经回归分析实测操作数据,第一套甲醇装置入塔气预热器管内污垢系数为0.003 m2·K/W、管外污垢系数为0.007 m2·K/W

经综合分析,推断入塔气预热器换热效果差的原因有二:一是换热器内气体流速明显偏低,对于同一台换热器来说,介质在设备内的流速越高,其传热系数就越高,其关键不在于时间,而在于热阻,新换热器的热阻主要来自热介质的层流膜,一般来讲,金属换热壁的热阻很小,热阻大小的关键在于冷热介质的层流膜,传热过程也就是层流膜的热传导过程,而层流膜热传导效果的好坏除了与膜的物理性质有关外,主要取决于膜的厚度,气体流速低,层流膜厚,热阻就大,换热效果就差;二是往复式压缩机的润滑油被循环气带出,出往复式压缩机的循环气经油分离器后,仍有部分油被带入了入塔气预热器,加之甲醇合成催化剂粉末的存在,使得入塔气预热器因结垢而换热效率明显降低。

1.1.2  改造方案及实施

众所周知,流体的湍动状态越好,层流膜的厚度就越小,相应地换热器的换热效果就越好。在设备内加装麻花铁(又称扰流子)可以改善流体的湍动状态,不需对既有设备进行改造,麻花铁安装简便、造价低廉,是目前最普及、极具优势的一种提高换热器传热效率的一种方法。于是,20177月利用甲醇装置停车更换甲醇合成催化剂的机会,在入塔气预热器Φ19 mm×2 mm的列管内装入等效直径Φ14 mm的不锈钢麻花铁(有少部分列管因催化剂粉末和瓷球堵塞而未装入麻花铁)。

1.2  循环气压缩机扩能更换

1.2.1存在的问题

更多内容详见《中氮肥》2022年第2

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