李樂倫，徐美同，李家棟，張永軍

（兗礦新疆煤化工有限公司，新疆烏魯木齊 830011）

兗礦新疆煤化工有限公司600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項目是兗礦集團在新疆啟動的第一個煤化工項目，產(chǎn)能為 300kt／a合成氨、520kt／a尿素、300kt／a甲醇。其中，氣化裝置采用兗礦集團與華東理工大學(xué)共同研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術(shù)，配備3臺氣化爐 （兩開一備），單臺氣化爐投煤量1500t／d。裝置于2012年9月正式投料生產(chǎn)，現(xiàn)已實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、高效、長周期運行。

1 工藝流程簡述

正常運行時，熱電車間雙臺鍋爐運行，生產(chǎn)的9.8MPa過熱蒸汽通過減溫減壓器將部分蒸汽降壓至3.8MPa、2.5MPa、1.2MPa，供后系統(tǒng)使用?？辗周囬g通過鍋爐提供的9.8MPa蒸汽驅(qū)動汽輪機帶動空氣壓縮機壓縮環(huán)境空氣，空氣經(jīng)預(yù)冷和純化后進入分餾塔，采用低溫精餾的方法分離出O2、N2、Ar，為后系統(tǒng)提供純度99.6%的O2和純度99.99%的N2。

氣化車間以高壓O2和水煤漿為原料，輸送至氣化爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生主要成分為 （CO+H2）的水煤氣，水煤氣經(jīng)旋風(fēng)分離器和水洗塔除塵洗滌后送至變換工段。變換工段分為甲醇變換系統(tǒng)和合成氨變換系統(tǒng)。其中，合成氨變換系統(tǒng)將水煤氣中的CO全部變換成H2和CO2，并回收工藝余熱副產(chǎn)不同壓力等級的蒸汽，之后變換氣中的CO2和 H2S等酸性氣體在低溫甲醇洗工段中予以脫除，得到的凈化氣送入液氮洗工段精制，并配氮使氨合成氣的氫氮比達到3∶1，合成氣進入合成氣壓縮機，升壓至14.5MPa后送入氨合成系統(tǒng)合成氨；低溫甲醇洗系統(tǒng)解吸出的 CO2則送往尿素裝置CO2壓縮系統(tǒng)。而甲醇變換系統(tǒng)是將水煤氣中的CO部分變換成H2和CO2，以滿足甲醇合成系統(tǒng)生產(chǎn)所需的H2／CO，并回收工藝余熱副產(chǎn)不同等級的蒸汽，之后變換氣送往低溫甲醇洗系統(tǒng)吸收 （脫除）有毒有害氣體，合格凈化氣 （H267.81% 、CO28.86%、CO22.69%）送往甲醇合成系統(tǒng)，在甲醇合成塔內(nèi)銅基催化劑的作用下合成粗甲醇，再通過甲醇精餾系統(tǒng)脫除粗甲醇中的二甲醚、水、乙醇等雜質(zhì)組分，生產(chǎn)出符合美國AA級和 《工業(yè)用甲醇》（GB338—2004）產(chǎn)品標準的精甲醇。 600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)裝置工藝流程見圖1。

圖1 600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)裝置工藝流程框圖

2 單爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運行的可行性

2.1 實施背景

2017年9月系統(tǒng)計劃檢修結(jié)束，僅具備單臺氣化爐投運條件。甲醇變換催化劑與甲醇合成催化劑為新更換催化劑，均為氧化態(tài)，尚無活性，不具備使用條件，而甲醇變換催化劑與甲醇合成催化劑的硫化或還原均需H2，當時新疆化工市場上無符合條件的H2，若從疆外采購，成本高且耗時長。為此，公司決定單爐帶合成氨系統(tǒng)運行，用自產(chǎn)H2對甲醇變換催化劑和甲醇合成催化劑進行硫化與還原，如此不僅可避免用槽車給系統(tǒng)充裝H2帶來的風(fēng)險，且可降本增效。

當甲醇合成催化劑還原完成 （具有活性）后，按照催化劑廠家提出的技術(shù)要求，該甲醇合成催化劑在投用初期需低負荷運行一段時間，大致為5～7d，期間需逐漸增大負荷并在不同負荷下運行一定時間，使之深度還原，以穩(wěn)定甲醇合成催化劑的結(jié)構(gòu)和延長其使用壽命，保證其在今后的生產(chǎn)中能發(fā)揮出最大的活性。

甲醇合成系統(tǒng)輕負荷生產(chǎn)期間，常規(guī)運行模式為甲醇系統(tǒng)導(dǎo)氣、氨合成系統(tǒng)停車，即單爐帶甲醇系統(tǒng)低負荷運行，并將大量水煤氣放空。我們在借鑒以往操作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，集思廣益，通過論證、攻關(guān)，創(chuàng)新性地提出了 “單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運行”的思路，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)和合理分配甲醇系統(tǒng)與合成氨系統(tǒng)的負荷，達到既滿足甲醇合成催化劑低負荷運行的要求又可將本應(yīng)放空的水煤氣用于生產(chǎn)液氨的目的，以實現(xiàn)節(jié)能減排、降耗增效。

2.2 可行性分析

對于新更換的甲醇合成催化劑，投用初期需經(jīng)歷一段低負荷運行時間，逐漸增加負荷使甲醇合成催化劑達到深度還原；投用初期，甲醇合成塔原料氣流量約50000m3／h，經(jīng)核算，其對應(yīng)的低溫甲醇洗系統(tǒng)原料氣流量為80000m3／h。而合成氨系統(tǒng)最低負荷運行時，合成氣壓縮機入口原料氣流量約68000m3／h，對應(yīng)的液氮洗系統(tǒng)新鮮氣流量約46000m3／h，低溫甲醇洗系統(tǒng)原料氣流量約75000m3／h。可以看出，只要氣化裝置外供水煤氣流量大于290000m3／h，即可保證后系統(tǒng)的低負荷運行，實現(xiàn)單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運行的目標。

在甲醇變換催化劑和甲醇合成催化劑硫化或還原階段，即單爐帶合成氨系統(tǒng)運行時，A#氣化爐在5.5MPa壓力下運行，外供水煤氣量約250000m3／h，水煤氣主要成分為 （H2+CO）79.5%、CO220.2%、CH4128×10-6，該工況下氣化爐的運行負荷為84.6%，尚有一定的提升空間。據(jù)以往的運行經(jīng)驗，當氣化爐爐膛壓力從5.5MPa（對應(yīng)負荷為84.6%）提至6.5MPa（對應(yīng)負荷為100%），所需 O2量增至40320 m3／h，水煤氣流量至少增加50000m3／h，即水煤氣總量最少可達300000m3／h，具備單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運行的基本條件。因此，從物料平衡方面來看是完全可行的。

3 單爐帶雙系統(tǒng)運行的實施及調(diào)控措施

3.1 單爐帶雙系統(tǒng)運行的實施

2017年9月14日，空分裝置外供合格產(chǎn)品，隨即A#氣化爐投料；9月15日08：00液氮洗原料氣合格，合成氨系統(tǒng)投運，甲醇合成催化劑開始升溫還原，并于9月17日15：00升溫還原結(jié)束。

為使甲醇合成催化劑按時進入低負荷運行期，9月17日11：00系統(tǒng)開始向單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運行過渡。當日11：35—13：35A#氣化爐開始緩慢加負荷至 6.3MPa；11：40甲醇變換系統(tǒng)開放空均壓，合成氨系統(tǒng)逐漸退氣減量至最低負荷運行；13：15甲醇變換系統(tǒng)接氣，13：45甲醇低溫甲醇洗系統(tǒng)接氣，15：35甲醇合成系統(tǒng)接氣。

3.2 調(diào)控措施及注意事項

（1）導(dǎo)氣過程中系統(tǒng)壓力波動，造成氣化爐壓力與負荷不匹配，必須合理分工、恰當安排，合成氨系統(tǒng)保量以防合成氣氣量大幅波動，甲醇變換系統(tǒng)保壓，雙系統(tǒng)密切配合，緩慢推進導(dǎo)氣進度，確保平穩(wěn)操作。

（2）氣化爐負荷達97% （爐膛壓力6.3MPa）時，煤漿泵轉(zhuǎn)速998r／min，逼近最高設(shè)計轉(zhuǎn)速，是建廠以來的首次高轉(zhuǎn)速紀錄，具有高風(fēng)險性，需嚴格按照預(yù)定方案進行精細操作，調(diào)度對各工段統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮，并做好應(yīng)急安排。

（3）在甲醇變換系統(tǒng)接氣的過程中，由于要兼顧合成氨系統(tǒng)低負荷條件下的穩(wěn)定運行，進入甲醇變換爐的水煤氣流量會不足，甲醇變換爐的空速低，易造成甲醇變換爐催化劑床層超溫，此時操作過程中要充分利用甲醇變換新催化劑的低溫活性和激冷線，將進入甲醇變換爐水煤氣的溫度控制在其露點之上 （250℃左右），以利于有效控制甲醇變換爐催化劑床層的溫度。

（4）甲醇變換系統(tǒng)接氣過程中，當甲醇變換系統(tǒng)水煤氣流量低時，不僅需要控制好甲醇變換爐的爐溫，還需考慮出甲醇變換系統(tǒng)變換氣的氣質(zhì)要求，即在滿足甲醇變換爐床層溫升可控的情況下，操作過程中要盡量滿足變換氣的氫碳比要求，防止因變換氣中CO2含量過高而增加低溫甲醇洗系統(tǒng)的負荷，并防止甲醇合成氣中有效成分 （CO+H2）過低影響甲醇合成催化劑的深度還原而導(dǎo)致能耗增加。

（5）首次嘗試單爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運行，毫無經(jīng)驗可循，雙系統(tǒng)低負荷運行，操作彈性小；氣化系統(tǒng)運行壓力高，對設(shè)備、管道、機泵及安全附件的要求苛刻。因此，現(xiàn)場需加強巡檢力度，中央控制室注意各項工藝數(shù)據(jù)的變化，及時進行優(yōu)化調(diào)整。

4 單爐帶雙系統(tǒng)運行情況及效益

4.1 運行情況

通過優(yōu)化調(diào)整，當氣化爐負荷達97%時，氣化爐爐膛壓力為6.3MPa，所產(chǎn)水煤氣量約為300000m3／h，達到了單爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運行的基本條件，調(diào)整過程中氣化裝置不同負荷下的運行參數(shù)如表1所示。整個過程中，利用合成氨系統(tǒng)自產(chǎn)H2嚴格把控甲醇變換催化劑與甲醇合成催化劑的硫化或還原的升溫速率，順利完成了甲醇系統(tǒng)催化劑的還原；2017年9月17日成功實現(xiàn)單爐帶雙系統(tǒng)運行后，低負荷運行期間，甲醇合成催化劑床層溫度均處于可控范圍內(nèi)，單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)低負荷、穩(wěn)定運行達96h，雙系統(tǒng)各項工藝指標正常，液氨產(chǎn)量約 21.56t／h，粗醇產(chǎn)量約 24t／h，標志著公司首創(chuàng)的 “單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運行”模式取得成功。

表1 氣化裝置不同負荷下的運行參數(shù)

4.2 效益分析

經(jīng)分析，本次單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)低負荷運行的經(jīng)濟效益非常明顯：①解決了甲醇變換催化劑和甲醇合成催化劑更換后硫化或還原所需H2的供應(yīng)問題，并滿足了甲醇合成催化劑需低負荷運行一段時間的要求；②合成氨系統(tǒng)不停車、保持最低負荷運行，節(jié)約了合成氨系統(tǒng)停車再開車的各項費用約150萬元；③將甲醇變換系統(tǒng)本應(yīng)均壓放空的合成氣用于生產(chǎn)液氨，避免了浪費，合成氨系統(tǒng)低負荷運行時產(chǎn)量約 21.56t／h（約 517t／d），以液氨市價 2500元／t計，合成氨系統(tǒng)低負荷運行6d的液氨銷售收入為517×2500×6÷10000＝775.5萬元。

此外，本次單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)低負荷運行保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，避免了系統(tǒng)開停車期間工況不穩(wěn)而易產(chǎn)生噪聲、有毒有害氣體排放等環(huán)保問題，環(huán)保效益也非常突出。

5 結(jié)束語

600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)裝置是一個復(fù)雜龐大的系統(tǒng)，屬典型的高溫高壓、有毒有害化工生產(chǎn)系統(tǒng)。兗礦新疆煤化工有限公司結(jié)合實際，大膽設(shè)想、小心求證，于2017年9月首次創(chuàng)新性地成功實施了 “單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運行”，不僅滿足了甲醇系統(tǒng)低負荷運行的要求，而且合成氨系統(tǒng)的低負荷運行 （無需停車）達到了節(jié)能減排、增產(chǎn)創(chuàng)效的目的。這不僅是大膽嘗試、技術(shù)革新，而且為化工生產(chǎn)領(lǐng)域的生產(chǎn)運行和管理開創(chuàng)了新的思維模式，引領(lǐng)了新的創(chuàng)新方向。