焦炉煤气制甲醇装置运行探讨

第１期（总第１５８期）　２０１２年２月　煤化工　Ｃｏａｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｎｏ．１（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１５８）　Ｆｅｂ．２０１２　

焦炉煤气制甲醇装置运行探讨　

吴　波　

（山西天浩化工股份有限公司，山西孝义０３２３００）　

摘要针对焦炉煤气制甲醇装置中存在的原催化剂氮气升温管线流量不足，转化炉夹套结垢及焦炉气　压缩机跳车切氧不及时等问题进行了改进；介绍了装置采用金属中心烧嘴、湿法脱硫及转化气脱硫槽安装位　

置合理的技术优势，分析了精脱硫工艺系统及合成气压缩机冷却器堵塞等需进一步优化及解决的问题。　

关键词焦炉煤气，甲醇，工艺改进　

文章编号：１００５—９５９８（２０１２）一０１—００４０－０３中图分类号：ＴＱ２２３．１２　ｌ文献标识码：Ｂ　

山西天浩化工股份有限公司（以下简称天浩化　

工）ｌ０万ｔ／ａ焦炉煤气制甲醇装置，利用焦炉煤气加　

压纯氧催化转化技术制备合成气生产甲醇，２００８年４　

月投产。运行以来，通过对工艺操作要点和系统存在　

的问题积极探讨、解决，使生产稳定运行。　

１工艺流程介绍　

焦炉煤气制甲醇工艺流程示意图见图１。　

图１　焦炉煤气制甲醇工艺流程示意图　

从湿法脱硫来的含Ｈ２Ｓ质量浓度２０　ｍｇ／ｍ。以下的　

焦炉煤气，经３台往复式压缩机（２开ｌ备）加压到　

２．１　ＭＰａ、温度４０℃，送精脱硫工段。经油水过滤器、　

活性炭预脱硫槽、初预热器，再通过两级铁钼加氢转　

化器，将煤气中的有机硫转化为Ｈ。ｓ，并分别通过铁锰　脱硫剂和氧化锌脱硫槽，将总硫脱除至体积分数小于　

０．２×１０　，送转化系统。焦炉煤气加入蒸汽后，经过预　

热器、预热炉加热，送入转化炉顶部，与空分来的氧气　

发生部分燃烧反应，为甲烷的转化提供热量，高温煤　

气从转化炉上部进入催化剂床层，进行甲烷的催化转　

化反应，生成Ｈ２　ＣＯ、ＣＯ。，控制转化炉出口温度，使出　

工段转化气中ｃＨ　体积分数小于０．６％。转化气依次经　

废热锅炉、预热器、初预热器、脱硫槽（Ｈ　ｓ体积分数小　

于０．Ｏ１×１０　）、冷却器、水分离器，出系统转化气压　

力１．７５　ＭＰａ、温度４０℃，送合成工段生产甲醇。　

２存在问题及工艺改造　

２．１氮气升温管线的改造　

精脱硫和转化催化剂的升温，原设计是由２台螺　

杆式压缩机提供氮气进行升温，总流量约２　４００　ｍＶｈ，　

远不能满足８　０００　ｍ３／ｈ～１０　０００　ｍ３／ｈ的升温气量要求。　

在工艺管线安装期间，天浩化工对空分氧压机放空管　

做了改造：２台氧压机的放空管线连接到氮气管网　

上，利用２台氧压机送氮气进行催化剂的升温，空分　

系统满负荷生产氮气总量约１１　０００　ｍ。／ｈ，单台氧压机　

送气量约３　５００　ｍ３／ｈ，基本能满足升温需要。　

２．２转化炉夹套冷却水的改造　

２．２．１存在问题　

转化炉夹套原设计采用循环水冷却转化炉钢壳　

体，２００９年９月检查后，发现转化炉夹套内结垢较多，　

收稿日期：２０１１－１２—０７　

作者简介：吴波（１９６７一），男，山东邹城，工程师，１９９２年毕业于山东轻工业学院化工系，现从事煤化工生产和管理工　作，Ｅ－ｍａｉ　ｌ：ｗｕｂｏ－６６６６￣１６３．ｃｏｍ。

　２０１２年２月　吴波：焦炉煤气制甲醇装置运行探讨　——４１——　

下锥体钢壳结垢较厚，转化气出口管夹套几乎完全堵　

塞，为避免继续结垢，影响转化炉钢壳体的降温，天浩　

化工决定停止使用循环水，改用转化工艺冷凝液冷却。　

２．２．２转化工艺冷凝液水质情况及工艺流程　

排出系统的转化气冷凝液ｐＨ值为７．３１，呈碱　

性，转化气中的蒸汽在冷凝之前经过氧化锌脱硫槽上　

部的脱氯剂，氯离子基本脱除，对设备不腐蚀；不含　

钙、镁离子，所以不会结垢；杂质成分与使用的催化剂　

种类有关系，含有微量的镍、锌、铁等，但因转化气中　

的蒸汽在冷凝以前经过氧化锌脱硫槽，这些成分含量　

很少。满负荷生产冷凝液量１５　ｔ／ｈ左右，完全能作为　

转化炉夹套冷却水使用。　

冷凝液流程：冷凝液经过气液分离器液位自动调　

节阀，进入转化炉夹套冷却水管线，与原来的循环冷　

却水并联使用，出夹套后送循环水池。系统开车、蒸汽　

加到６　ｔ／ｈ后，改用冷凝液冷却转化炉夹套，操作简单。　

２．２．３使用效果　

改造后，冷凝液排水管线和转化炉夹套内部没有　

发现腐蚀和结垢。夏季夹套进水温度４２℃，回水温度　

小于７５℃；冬季夹套进水温度３２℃，回水温度小于　

５５℃，完全能作为转化炉夹套冷却水使用。　

２．３压缩机跳车断煤气转化炉切氧停车联锁的设置　

２．３．１存在问题　

焦炉煤气中甲烷的催化转化反应是在转化炉中　

进行的，转化反应所需要的温度较高，正常生产中催　

化剂上层第一点温度一般控制在１　０００℃　１　１００℃　

（测点温度），燃烧室温度会更高。转化反应所需的热　

量由焦炉煤气和氧气在转化炉燃烧室中进行部分燃　

烧反应供给，配入的氧气量与焦炉煤气量的比例决定　

转化炉的床层温度，但要严格控制氧气与焦炉煤气量　

的比例，防止比值过高，转化炉超温。天浩化工在　

２００８年ｌ０月系统停车检修时，发现转化炉内刚玉　

砖、耐火球、上部催化剂有烧结的情况，分析认为是焦　

炉气压缩机跳车切氧不及时而使转化炉超温造成的。　

虽然系统设置了氧气流量和煤气流量的比值高　

切氧联锁，但在实际应用中，因工艺条件变化、仪表维　

护不能保证、流量计变送器导管堵塞等原因，煤气流　

量计的测量值与实际值有时偏差较大，容易错误判　

断。实践中，从焦炉气压缩机跳车转化断煤气到操作　

工及时发现催化剂床层第一点温度开始上涨，需要一　

分半钟时间，这时选择切氧操作为时已晚，因此设置　

压缩机跳车断煤气转化炉自动切氧停车联锁。　

２．３．２联锁设置的工艺要求　

当３台压缩机同时处于停机状态时，实现自动切　氧，即关闭进转化炉氧气阀，打开氧气管线放空阀。　

压缩工段有３台焦炉煤气压缩机，２开１备，当　

开１台压缩机供气，发生跳车时，实现自动切氧；开２　

台压缩机供气，２台压缩机同时跳车时，实现自动切　

氧；开２台压缩机供气，１台压缩机跳车，另１台没有　

跳车时，不切氧，依靠操作调节，不会造成超温，以减　

少停车次数。　

２．３．３使用情况　

联锁设置后，焦炉气压缩机发生过几次跳车事　

故，自动切氧联锁均能启动，增强了系统联锁的可靠　

性和安全性。　

２．４压缩机冷却器的改造更换　

２．４．１运行状况　

天浩化工焦炉煤气压缩机为４Ｍ４０－３４０型，二段　

和末级冷却器均为浮头式冷却器，循环水走壳程，煤　

气走管程。由于冷却器壳程列管间结垢和淤泥堵塞，　

压缩机打气量小，出工段煤气温度高，严重影响生产。　

采取以下两种清洗方法效果均不好：拆下封头，将冷　

却器列管从壳体中抽出来，利用高压水枪对列管表面　

进行清洗，表层列管能清洗干净，但内层列管清洗不　

到；使用化学清洗，也只能清洗到表层列管，换热效果　

恢复不到原来的状态，而且化学腐蚀很快，许多列管　

发生了泄露。　

根据设计要求，二段和末级冷却器排气温度应小　

于４５℃，而实际生产中，二段冷却器出口煤气温度冬　

季在７２℃左右，夏季在８７℃左右；末级冷却器出口　

温度冬季在７０℃左右，夏季在８９℃左右。　

２．４．２处理措施　

为方便对冷却器堵塞的列管进行清洗，天浩化工　

决定将二段和末级冷却器重新设计，更换为煤气走壳　

程、冷却水走管程的单程浮头式冷却器。改造后的冷　

却器可以拆下两端的封头，方便清出列管内的污垢。　

更换对象：３台压缩机二段冷却器全部更换，原来１　

台末级冷却器更换为２台，并联安装，独立使用，确保　

压缩工段排气温度在指标以内。　

２．４．３使用效果　

设备更换后，二段冷却器使用２个月左右，对列　

管进行机械清洗１次，出口温度能控制在４０℃＾，４８　

℃；末级冷却器使用２个月后改用另１台，再对其列　

管进行清洗，出口温度能控制在４５℃以下。　

３技术优势　

３．１金属中心烧嘴的使用　

转化炉烧嘴使用金属中心烧嘴，这种烧嘴负荷调　４２　煤化工　２０１２年第１期　

节比大，转化炉压力操作弹性大，低负荷不回火，高负　

荷不脱火。焦炉煤气通过中心烧嘴分布器后，能够均　

匀地进入燃烧区，不会发生偏烧，催化剂床层的气体　

温度和组成分布均匀。操作方便，在高负荷和低气量　

条件下，均能达到安全稳定运行。　

２００８年受金融危机的影响，天浩化工生产负荷　

较小，焦炉煤气量曾长时间在６　０００　ｍＺ／ｈ～８　０００　ｍ３／ｈ．　

有时低于６　０００　ｒｎ３／ｈ，通过调整工艺参数，实现了小气　

量、长周期安全运行，这是刚玉环形烧嘴不能实现的。　

目前的产气量已达到３０　０００　ｍａ／ｈ，系统仍运行正常。　

３．２采用湿法脱硫　

焦炉煤气经过湿法脱硫，不仅大大降低了Ｈ　ｓ含　

量，减轻了精脱硫的负担，而且煤气中的煤焦油、萘和　

粉尘也脱除的比较干净，不存在压缩机活门堵塞和一　

级加氢转化催化剂结焦、活性下降、床层阻力增大的　

问题。天浩化工湿法脱硫采用栲胶脱硫法，富液通过　

再生，硫泡沫、焦油和粉尘一起分离掉，脱硫液本身不　

会造成污染，能长周期运行。　

生产中进口煤气Ｈ２Ｓ质量浓度一般在３００　ｍｇ／ｍ３　

以上，当化产车间脱硫系统单套停车检修时，进口煤　

气Ｈ。Ｓ质量浓度能达到１　４００　ｍｇ／ｍ。以上，通过湿法脱　

硫后，Ｈ２Ｓ质量浓度可控制在２０　ｍｇ／ｍｓ以下，还洗掉了　

煤气中的煤焦油、萘和粉尘等，对煤气的净化起到了　

很大作用。第一，保证了压缩机活门的清洁，没有出现　

过压缩机活门被油泥堵塞的情况，使用一个多月，也　

只有很少油污，用煤油很容易清洗干净，延长了压缩　

机运行周期；第二，保证了一级加氢转化催化剂不结　

焦，虽然精脱硫没有设计安装预加氢转化器，但一级　

加氢转化催化剂没出现过析炭结焦的情况，延长了一　

级加氢催化剂的使用寿命。　

３．３转化气脱硫槽的安装位置比较合理　

同类型厂家的转化气脱硫槽一般安装在水冷器　

之后，使用常温氧化锌脱硫剂，为了防止氧化锌脱硫　

剂的粉尘带入后系统，脱硫槽后还安装２台过滤器，　交替使用，以方便清理。而天浩化工转化气脱硫槽安　

装在废热锅炉给水预热器之前，操作温度在２２０℃～　

２４０℃，操作压力１．８０　ＭＰａ，开、停车时，介质走副线，　

不走脱硫槽，不会有冷凝液产生。氧化锌脱硫剂耐水　

性好，虽然有少量粉尘带出，但随着转化气的冷却，其　

中的蒸汽冷凝液也逐渐将粉尘洗涤干净，不会带到后　

系统，影响合成气压缩机的正常运行。　

４需改进的问题　

４．１精脱硫工艺系统需要进一步优化　

精脱硫使用１台一级加氢转化器，无备用槽，停　

车更换催化剂会给生产造成损失。根据现场情况，可　

对３台中温脱硫槽中的１台上层装填铁钼加氢转化　

催化剂，与原来的并联使用，其余２台中温脱硫槽装　

填氧化锌脱硫剂，交替使用，能有效脱除煤气中的硫　

分。根据生产实践，笔者认为较合理的工艺是：使用２　

台过滤器，１台预脱硫槽，２台有机硫加氢转化器串、　

并联，２台中温氧化锌脱硫槽串、并联，不需要二级加　

氢转化器和后面的２台氧化锌脱硫槽，因为极少量难　

以加氢转化的硫进入转化炉后，能完全转化为Ｈ２Ｓ，而　

Ｈ。ｓ对镍催化剂的毒性是暂时性的，对转化反应的影　

响很小，并且转化气有氧化锌脱硫槽最终把关，完全　

能满足合成催化剂对硫含量的要求。　

４．２　甲醇合成冷却器和合成气压缩机冷却器堵塞的问　

题需要解决　

目前，新上甲醇项目大都使用蒸发式冷却器，与　

传统列管式冷却器相比，不仅在节能、节水方面优势