王建英
(國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司,寧夏 銀川 750411)
4.0Mt/a 煤制油費(fèi)托合成裝置2016 年12 月5日產(chǎn)出油品,經(jīng)過兩年多技改優(yōu)化,裝置基本能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行,但裝置負(fù)荷達(dá)到90%以上后,出現(xiàn)了反應(yīng)器系統(tǒng)阻力高、出蠟不暢、脫碳吸收塔壓差大等瓶頸問題,影響裝置產(chǎn)能提升。
費(fèi)托合成單元系統(tǒng)阻力降主要來自反應(yīng)器分布器、循環(huán)換分離器等設(shè)備。原設(shè)計(jì)系統(tǒng)阻力降為570kPa,循環(huán)換熱器壓差為100kPa,分布器壓差為50kPa。目前費(fèi)托各系列系統(tǒng)阻力降、熱側(cè)壓差及分布器壓差如表1。
1.1.1 反應(yīng)器底部分布器壓差高
反應(yīng)器分布器壓差自開車以來一直處于上漲趨勢(shì),主要費(fèi)托反應(yīng)器停車時(shí)反應(yīng)器物料沉積到反應(yīng)器底部,工藝交出時(shí)分布器易被渣蠟堵塞,開車后壓差明顯上漲,目前95%負(fù)荷情況下分布器壓差為60~100kPa(設(shè)計(jì)值<50kPa),長(zhǎng)期運(yùn)行存在設(shè)備損壞及系統(tǒng)能耗高的問題。
表1 費(fèi)托各系列壓降
1.1.2 循環(huán)換熱分離器熱側(cè)壓差高
循環(huán)換熱分離器在運(yùn)行過程中先后出現(xiàn)熱側(cè)壓降大、換熱性能低、重質(zhì)油分離效果差[1]等問題,費(fèi)托I-VI 系列進(jìn)口循環(huán)換熱分離器主要存在壓降較高、分離效果差的問題,VII、VIII 系列國(guó)產(chǎn)循環(huán)換熱分離器主要存在無法分離重質(zhì)油等問題,主要原因是循環(huán)換熱分離器采用板式換熱器形式,板片薄,由于費(fèi)托反應(yīng)器頂部旋風(fēng)分離效果差,容易發(fā)生局部過冷,造成析蠟,導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)垢,從而導(dǎo)致循環(huán)換熱器阻力增加,費(fèi)托I-VI 系列循環(huán)換熱器設(shè)計(jì)熱側(cè)壓差250kPa,最高達(dá)到350kPa,由于各系列阻力降不同,存在不同系列反應(yīng)器搶氣問題,裝置操作難度增加。
1.2.1 汽提塔頂空冷器負(fù)荷不足
許多空冷器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在不足,使用條件苛刻[2]。本裝置由于費(fèi)托合成產(chǎn)品分布偏差大[3],同時(shí)上游循環(huán)換熱分離器分離效果差,造成輕質(zhì)油攜帶重油,汽提塔分離能力受限,塔頂輕質(zhì)油干點(diǎn)達(dá)到200℃(設(shè)計(jì)160℃),流量較設(shè)計(jì)高3~4 倍,每逢夏季或高溫天氣汽提空冷器均出現(xiàn)冷卻效果不足,冷后溫度超標(biāo)的現(xiàn)象。造成釋放氣帶液嚴(yán)重,釋放氣壓縮機(jī)入口分液罐高液位聯(lián)鎖跳車,影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。
1.2.2 凈化氣空冷器負(fù)荷不足
費(fèi)托尾氣量超設(shè)計(jì)值,95%負(fù)荷費(fèi)托尾氣達(dá)到68×104m3/h(設(shè)計(jì)值58×104m3/h),同時(shí)凈化氣空冷器設(shè)計(jì)偏小,每逢夏季或高溫天氣,凈化氣空冷器均出現(xiàn)冷卻效果不足,冷后溫度超標(biāo)的現(xiàn)象,送至費(fèi)托合成及低溫油洗裝置的脫碳凈化氣溫度超出設(shè)計(jì)值,導(dǎo)致費(fèi)托合成循環(huán)氣壓縮機(jī)及低溫油洗壓縮機(jī)入口溫度超標(biāo),影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行。為確保下游壓縮機(jī)正常運(yùn)行,只能投用臨時(shí)噴淋水,用水量約8~10t/h,確保凈化氣空冷器出口溫度小于55℃以下。
1.2.3 再生氣空冷器負(fù)荷不足
二氧化碳排放尾氣量超設(shè)計(jì)值,95%負(fù)荷費(fèi)托尾氣達(dá)到12×104m3/h(設(shè)計(jì)值9.4×104m3/h),再生氣空冷器均出現(xiàn)冷卻效果不足,冷后溫度超標(biāo)的現(xiàn)象,造成脫碳系統(tǒng)水耗增加,再生氣中非甲烷總烴含量上漲,污染環(huán)境。對(duì)裝置穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大影響。
受反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、氫碳比、系統(tǒng)氮含量高等因素影響,當(dāng)費(fèi)托總負(fù)荷達(dá)到95%,脫碳合成尾氣量達(dá)68×104m3/h,脫碳系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到117%,嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)最大110%負(fù)荷。脫碳單元超負(fù)荷運(yùn)行,易造成CO2吸收塔壓差增大,目前油品B 線CO2吸收塔半塔壓差已經(jīng)達(dá)到高報(bào)警值,半塔壓差正常操作值<8kPa,全塔壓差<15kPa,目前脫碳系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到滿負(fù)荷58×104m3/h 時(shí),半塔壓差已經(jīng)達(dá)到16kPa,全塔壓差達(dá)到28kPa,且壓差呈緩慢上漲趨勢(shì),存在液泛的風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
2.1.1 解決分布器壓差高的問題
1)維持合成氣壓力大于3.16 以上,高負(fù)荷工況循環(huán)氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速8000r/min 以上,利用大氣量對(duì)分布器進(jìn)行吹通。2)費(fèi)托反應(yīng)器停車工藝交出時(shí),用重柴對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行沖洗,減少催化劑在底部分布器沉積。3)大檢修對(duì)1~8 系列反應(yīng)器底部氣體分布器逐個(gè)清理疏通。見表2。
2.1.2 解決循環(huán)換熱分離器壓差高問題
1)費(fèi)托反應(yīng)器逐臺(tái)停車進(jìn)行檢修,對(duì)反應(yīng)器頂部旋風(fēng)分離器進(jìn)行改造,降低氣相攜帶液體及催化劑(攜帶固含量<10mg/kg);2)對(duì)費(fèi)托各系列循環(huán)換熱分離器板換及TP 進(jìn)行清理,同時(shí)對(duì)內(nèi)漏板換及破裂包邊進(jìn)行修復(fù);3)對(duì)進(jìn)口循環(huán)換熱分離器進(jìn)行徹底更換,采用管殼式換熱器+分離器方案,解決進(jìn)口循環(huán)換熱分離器堵塞的問題。
表2 費(fèi)托各系列壓降
1)對(duì)循環(huán)換熱分離器進(jìn)行改造,提高分離效果,確保重質(zhì)油和輕質(zhì)油得到有效分離,降低入輕質(zhì)油量及干點(diǎn),降低汽提空冷器負(fù)荷;2)系統(tǒng)工藝優(yōu)化,各操作參數(shù)盡量靠近設(shè)計(jì)參數(shù);3)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行物料情況重新核算空冷器設(shè)計(jì),空冷設(shè)計(jì)環(huán)境溫度由原來32℃提高至36℃。汽提空冷器、凈化氣空冷器增加空冷片數(shù),確保滿足高負(fù)荷運(yùn)行。。
1)通過反應(yīng)器旋風(fēng)分離器、分布器及循環(huán)換熱分離器改造降低費(fèi)托系統(tǒng)阻力,提高壓縮機(jī)循環(huán)量,提高合成氣轉(zhuǎn)化率。2)調(diào)整費(fèi)托反應(yīng)器運(yùn)行工況,提高催化劑保有量,提高催化劑更換頻次,控制氫碳比,提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。3)嚴(yán)格控制五價(jià)釩濃度≥20g/L,防止設(shè)備、管道腐蝕堵塞填料。4)停車檢查塔內(nèi)件,查看填料段堵塞情況。對(duì)于可熱熔的雜質(zhì),采用蒸汽吹掃、熱水清洗;對(duì)于不可溶固體雜質(zhì),將堵塞部分拆卸、清洗(清理)。
通過上述措施逐步實(shí)施,裝置運(yùn)行日趨平穩(wěn)運(yùn)行,油品合成裝置負(fù)荷由年初80%提高到目前95%以上負(fù)荷,每日油品產(chǎn)量達(dá)到11000t 左右,為完成全年油品產(chǎn)量完成提供了有力的保障。