李天波

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 寧夏銀川 751400)

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱神華寧煤公司)4 000 kt/a煤炭間接液化示范項(xiàng)目于2016年12月21日打通全工藝流程并產(chǎn)出合格產(chǎn)品。該項(xiàng)目的煤氣化裝置采用24臺(tái)西門子GSP爐和4臺(tái)神寧爐，凈化工藝采用魯奇低溫甲醇洗技術(shù)，費(fèi)托合成及產(chǎn)品加工采用中科合成油漿態(tài)床F- T合成技術(shù)、加氫精制及裂化技術(shù)，變換裝置采用青島聯(lián)信催化材料有限公司“雙高”(高水氣比、高CO含量)原料氣耐硫變換工藝技術(shù)。

4 000 kt/a煤炭間接液化示范項(xiàng)目變換工藝技術(shù)和變換催化劑均由青島聯(lián)信催化材料有限公司提供。變換系統(tǒng)共分為6個(gè)系列(1#～6#)，每個(gè)系列分為變換裝置和未變換裝置，變換裝置設(shè)置2臺(tái)串聯(lián)的變換爐，未變換裝置設(shè)置2臺(tái)有機(jī)硫水解槽，單系列變換裝置處理氣量以有效氣(CO+H2)計(jì)為529 868.5 m3/h(標(biāo)態(tài))。變換系統(tǒng)于2016年10月27日一次投運(yùn)成功并實(shí)現(xiàn)了首次低負(fù)荷正常開工，截止至2017年5月，共有3個(gè)系列變換裝置投入正常運(yùn)行。以1#變換裝置為例，“雙高”原料氣耐硫變換工藝及QDB系列催化劑在神華寧煤公司煤制油項(xiàng)目中的應(yīng)用情況介紹如下。

圖1 變換裝置工藝流程

1 工藝流程

神華寧煤公司變換裝置工藝流程如圖1所示。來自氣化裝置的粗煤氣進(jìn)入變換裝置(單系列)后分為2股，其中一股粗煤氣(約占總體積的44%)稱為未變換氣,首先進(jìn)入未變換氣第1廢熱鍋爐，然后進(jìn)入未變換氣第1水分離器分離冷凝液，再進(jìn)入未變換氣蒸汽加熱器，利用系統(tǒng)輸出的350 ℃過熱蒸汽提溫至215～220 ℃進(jìn)入脫毒槽(內(nèi)裝有機(jī)硫水解催化劑),在脫除粗煤氣中雜質(zhì)的同時(shí)，將粗煤氣中的COS等有機(jī)硫轉(zhuǎn)化成便于后工段脫除的H2S；出脫毒槽的未變換氣通過回收熱量逐級(jí)降溫分離冷凝液后送下游未變換氣低溫甲醇洗裝置。另一股粗煤氣(約占總體積的56%)進(jìn)入變換裝置水煤氣廢熱鍋爐，將粗煤氣的水氣比調(diào)整至0.70～0.90以后進(jìn)入煤氣水分離器；出煤氣水分離器的粗煤氣進(jìn)入氣氣換熱器與出第1變換爐的變換氣進(jìn)行換熱，溫度上升至230～260 ℃進(jìn)入第1變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)；出第1變換爐的變換氣進(jìn)入2臺(tái)并聯(lián)的換熱器(一臺(tái)為氣氣換熱器，用于加熱進(jìn)入第1變換爐的粗煤氣；另一臺(tái)為中壓蒸汽過熱器，用于將界區(qū)外以及系統(tǒng)自產(chǎn)的絕壓2.7 MPa、溫度228 ℃的中壓飽和蒸汽過熱至350 ℃左右)；出2臺(tái)換熱器的變換氣混合后(溫度約300 ℃)進(jìn)入變換氣第1廢熱鍋爐，變換氣溫度降至210～240 ℃后進(jìn)入第2變換爐繼續(xù)進(jìn)行變換反應(yīng)；出第2變換爐的變換氣含CO體積分?jǐn)?shù)約為7.3%(干基)，通過回收熱量逐級(jí)降溫分離冷凝液后送下游變換氣低溫甲醇洗裝置。

2 QDB催化劑的工業(yè)應(yīng)用

2.1 催化劑的裝填

為了保證催化劑裝填均勻，采用分層裝填，即每裝填約1 m床層高度平整1次，催化劑全部裝填完成后必須平整均勻。QDB系列催化劑具有較高的強(qiáng)度，因此裝填前未對(duì)催化劑進(jìn)行過篩處理。單系列變換催化劑裝填情況見表1。

表1 單系列變換催化劑裝填情況

反應(yīng)器催化劑型號(hào)裝填量/m3第1變換爐(軸向)QDB?0580第2變換爐(軸徑向)QDB?04?X130

2.2 催化劑的升溫硫化

采用N2加H2配CS2的方式進(jìn)行循環(huán)硫化，由蒸汽加熱器和電加熱器串聯(lián)提供升溫所需的熱量。2016年9月開始對(duì)1#變換裝置升溫，升溫耗時(shí)約3 d。升溫結(jié)束以后進(jìn)行配氫加硫，總硫化耗時(shí)約4 d，整個(gè)硫化過程比較順利。催化劑硫化時(shí)堅(jiān)持提硫不提溫、提溫不提硫的原則，從而避免出現(xiàn)催化劑床層溫度暴漲的現(xiàn)象，保證了催化劑床層平穩(wěn)升溫。2016年10月4日，1#變換裝置2臺(tái)變換爐的催化劑完成升溫硫化，共計(jì)消耗CS2約16.5 t。

2.3 系統(tǒng)接氣與正常運(yùn)行

GSP爐和神寧爐制得的原料氣中CO含量較高，初期CO體積分?jǐn)?shù)在60%左右，正常運(yùn)行時(shí)高達(dá)70%左右。2016年10月底氣化爐運(yùn)行趨于正常，1#變換裝置具備導(dǎo)氣條件，第1變換爐催化劑床層溫度為203～237 ℃，第1次導(dǎo)氣在1臺(tái)氣化爐75%低負(fù)荷下進(jìn)行(變換單系列對(duì)應(yīng)4臺(tái)氣化爐)，粗煤氣濕氣量為300 000～390 000 m3/h(標(biāo)態(tài))。10月27日17：29變換裝置開始進(jìn)行暖管，19：00暖管完畢開始導(dǎo)氣，導(dǎo)氣壓力控制在1.5 MPa左右。整個(gè)導(dǎo)氣過程比較平穩(wěn)，催化劑床層溫度最高至489 ℃。從暖管至導(dǎo)氣溫度平穩(wěn)共耗時(shí)110 min，實(shí)現(xiàn)了低負(fù)荷工況下的成功導(dǎo)氣。19:39由于觸發(fā)E04鍋爐液位低低聯(lián)鎖，變換裝置跳車。10月28日1#變換裝置第2次進(jìn)行導(dǎo)氣，催化劑床層溫度最高至494 ℃，整個(gè)導(dǎo)氣過程仍比較順利平穩(wěn)。

目前，神華寧煤公司煤制油項(xiàng)目的1#～3#變換裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，油品A線于2016年12月21日打通全流程并產(chǎn)出合格產(chǎn)品。4#和6#變換裝置已完成催化劑的升溫硫化工作，5#變換裝置完成催化劑的裝填，油品B線也在加快進(jìn)度打通工藝流程。

3 運(yùn)行結(jié)果與討論

神華寧煤公司GSP爐和神寧爐制得的粗煤氣主要干基組成為：φ(CO)68.72%，φ(CO2)6.13%，φ(H2)24.06%；粗煤氣溫度207 ℃，壓力4.09 MPa(絕壓)。變換系統(tǒng)總設(shè)計(jì)處理氣量以有效氣(CO+H2)計(jì)為3 179 211 m3/h(標(biāo)態(tài))，每個(gè)系列設(shè)置2臺(tái)串聯(lián)的變換爐，單系列變換裝置處理氣量以有效氣(CO+H2)計(jì)為529 868.5 m3/h(標(biāo)態(tài))，變換氣組成需滿足費(fèi)托合成裝置對(duì)H2/CO=1.53～1.60(或甲醇合成裝置H2/CO=2.20～2.30)的要求。QDB系列催化劑在煤制油項(xiàng)目變換系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 QDB系列催化劑在煤制油項(xiàng)目變換系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)

日期變換系列氣量(濕基)/(m3·h-1，標(biāo)態(tài))進(jìn)口粗煤氣中φ(CO)/%第1變換爐進(jìn)口水氣比入口溫度/℃熱點(diǎn)溫度/℃第2變換爐入口溫度/℃出口溫度/℃出口變換氣中φ(CO)/%2016?10?311#53796662．160．3720842121026820．022016?12?173#44333763．540．3820844620927018．882017?02?201#89656561．440．672164512463308．132017?04?051#91881070．890．742204542163348．222#94141368．920．742224571993297．763#98022269．330．692244562243188．392017?04?153#88193870．050．662164442143148．122#88605169．590．742194551983308．011#78938368．970．742144512033177．862017?04?253#85116871．020．782194582013247．452#90250269．930．752214531993287．891#86176868．780．812204522003187．322017?05?053#117322068．130．662284392013257．532#119027368．520．692294432003227．301#114812869．770．742284461993267．11

由表2可以發(fā)現(xiàn)：①初期變換裝置在40%左右的低負(fù)荷下運(yùn)行，將第1變換爐入口溫度降至208 ℃左右、水氣比降至0.37左右時(shí)，第1變換爐的催化劑床層熱點(diǎn)溫度可以控制在450 ℃以下，且出口變換氣中CO含量完全可以滿足生產(chǎn)甲醇的要求；②變換裝置在70%～100%負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)整第1變換爐入口溫度、廢熱鍋爐調(diào)控水氣比，完全不需要添加蒸汽，第1變換爐的催化劑床層熱點(diǎn)溫度可以控制在460 ℃以下,出口變換氣中CO含量完全能夠滿足制取合成油的要求。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

神華寧煤公司煤制油項(xiàng)目變換系統(tǒng)工業(yè)運(yùn)行結(jié)果表明，采用“雙高”原料氣耐硫變換工藝及QDB系列催化劑，可利用原料氣原有的水氣比進(jìn)行變換反應(yīng)，完全不需要添加蒸汽。按高水氣比、56%配氣工藝流程、原料氣干氣量3 426 676 m3/h(標(biāo)態(tài))、第1變換爐的水氣比為1.7、原料氣帶入的水氣比約為1.0、年生產(chǎn)時(shí)間8 000 h、噸蒸汽費(fèi)用120元計(jì)，年節(jié)省蒸汽量為3 426 676×0.56×(1.7-1.0)×18×8 000/(22.4×1 000)≈8 635 200(t)，年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可以達(dá)到10.362億元。

當(dāng)前變換系統(tǒng)選擇的工藝及催化劑，導(dǎo)氣過程不超過1 h，向界區(qū)外送合格工藝氣不超過2 h，開工時(shí)間短，避免了大量原料氣的放空。