姚國強(qiáng)，王文權(quán)，袁春新 (陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 渭南 714000)

0 引言

某煤化工生產(chǎn)裝置原設(shè)計(jì)產(chǎn)能為400 kt/a甲醇和110 kt/a醋酸醋酐。由于產(chǎn)品市場及項(xiàng)目建設(shè)等原因原有設(shè)計(jì)CO提純裝置及醋酸、醋酐生產(chǎn)裝置未開工建設(shè)，故現(xiàn)有裝置產(chǎn)能為400 kt/a甲醇。生產(chǎn)裝置調(diào)整導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)有一定偏差，空分氧量及氣化爐產(chǎn)出工藝氣均有富余。為更充分、合理地利用能源，效益最大化，特根據(jù)設(shè)備設(shè)施等具體情況分析數(shù)據(jù)如下。

1 裝置設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及部分重要設(shè)備數(shù)據(jù)

1.1 公用工程

氧量：60 kNm3/h，裝置配套空分最大產(chǎn)氧量。

循環(huán)水：原設(shè)計(jì)正常用量為36 583 m3/h(包括取消項(xiàng)目用水量CO提純150 m3/h及醋酸裝置5 492 m3/h 及25 MW發(fā)電機(jī)用水7 831 m3/h)最大設(shè)計(jì)用水量41 325 m3/h，故循環(huán)水量完全滿足現(xiàn)有裝置用量需要。

氮?dú)猓篘2(中壓氮?dú)?.6 MPaG) 來自老廠氮壓機(jī)，供應(yīng)量充足；N3(低壓氮?dú)?.35 MPaG)管線新裝置氮?dú)馀c老裝置氮?dú)膺B通，供給充足。

火炬：火炬系統(tǒng)分為開工、事故和醋酸(未投用)三部分，各部分分別有一個(gè)火炬頭。開工火炬用于開停車時(shí)氣化工段工藝氣排放用，最大負(fù)荷為54×104Nm3/h， 變換導(dǎo)氣完畢，開工火炬即熄滅。事故火炬負(fù)荷為19×104Nm3/h，接受后續(xù)凈化、機(jī)組和合成各工段開停車氣相排放及運(yùn)行狀態(tài)下裝置所有工段的尾氣排放，各工段停車后隨著排放尾氣減少，隨即熄滅。停車時(shí)系統(tǒng)壓力下降快，排放少，火炬會(huì)在系統(tǒng)停車斷氣后熄滅，故不考慮停車排放，僅考慮開車。運(yùn)行狀態(tài)下各工段去事故火炬氣體匯總?cè)绫?所示。

表1 運(yùn)行狀態(tài)下各工段去事故火炬氣體匯總

開車時(shí)各工段去火炬系統(tǒng)氣體匯總?cè)绫?所示。

表2 開車時(shí)各工段去火炬系統(tǒng)氣體匯總

1.2 氣化系統(tǒng)

氣化爐：(兩開一備)單臺(tái)運(yùn)行負(fù)荷煤漿量為 76 m3/h，煤漿濃度按62%核算。

變換：原始設(shè)計(jì)變換工段進(jìn)粗煤氣(濕氣)為398 285.71 Nm3/h。

設(shè)計(jì)操作彈性110%后，最大允許進(jìn)氣量為 438 114.281 Nm3/h。

1.3 凈化系統(tǒng)

設(shè)計(jì)進(jìn)氣量191 043.3 Nm3/h，操作彈性為裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能的50%～110%，最高容許氣量為210 147.63 Nm3/h。此氣量包括設(shè)計(jì)的CO分離的凈化氣32 460.28 Nm3/h； 凈化達(dá)到以上最大容許氣量210 147.63 Nm3/h時(shí)，甲醇循環(huán)量約為191 m3/h，P604設(shè)計(jì)出口流量為 320 m3/h，滿足最大負(fù)荷要求[1]。

1.4 合成系統(tǒng)

合成氣壓縮機(jī)：設(shè)計(jì)140 274 Nm3/h，按最高操作彈性110%氣量為154 301.4 Nm3/h。

進(jìn)甲醇合成工藝氣(包括凈化氣、CO回收氣、氫回收氣)140 285.4 Nm3/h。其中包括凈化氣105 347.2 Nm3/h。 按最高操作彈性110%氣量為154 313.94 Nm3/h。

甲醇合成催化劑裝填量為54 m3，設(shè)計(jì)空速為 6 000～15 000，按此計(jì)算合成催化劑最大進(jìn)允許氣量為810 kNm3/h，結(jié)合合成塔設(shè)計(jì)進(jìn)氣量設(shè)計(jì)為 431 790 Nm3/h，得出循環(huán)氣壓縮機(jī)，循環(huán)段滿足系統(tǒng)循環(huán)量最大操作彈性474.969 kNm3/h，實(shí)際操作過程循環(huán)了最高有500 kNm3/h。

精餾負(fù)荷83 m3/h，按最高操作彈性110%進(jìn)料量為91.3 m3/h, P8208設(shè)計(jì)出口流量為134.6 m3/h，精餾按85 m3/h負(fù)荷運(yùn)行時(shí)回流量按90 m3/h，采出量按45 m3/h計(jì)算，已接近泵設(shè)計(jì)最大流量。各工號(hào)設(shè)計(jì)最高操作彈性數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 各工號(hào)設(shè)計(jì)最高操作彈性數(shù)據(jù)

2 裝置400 kt/a甲醇滿負(fù)荷現(xiàn)有運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.1 氣化

氧消耗量：52 500 Nm3/h；

煤漿量：105 m3/h (煤漿濃度為62%)。

2.2 變換

變換氣量(濕氣)：400 kNm3/h。

2.3 凈化合成

凈化氣：192 kNm3/h；凈化P7604出口179 m3/h；

合成氣：125 kNm3/h；甲醇合成塔進(jìn)氣量：430 kNm3/h；

精餾(粗甲醇)：83 m3/h；

裝置400 kt/a甲醇滿負(fù)荷現(xiàn)有運(yùn)行數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 裝置400 kt/a甲醇滿負(fù)荷現(xiàn)有運(yùn)行數(shù)據(jù)

3 富裕氧量可制氣量及進(jìn)各工號(hào)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

按現(xiàn)有富余氧量：7.5 kNm3/h，可多消耗煤漿量為15 m3/h；

可產(chǎn)工藝氣(濕)：56 kNm3/h；

變換后(干氣)：28 kNm3/h；

合成氣：18.2 kNm3/h。

富裕氧量可制氣量及進(jìn)各工號(hào)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 富裕氧量可制氣量及進(jìn)各工號(hào)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 補(bǔ)齊后運(yùn)行數(shù)據(jù)

氣化爐運(yùn)行煤漿量：120 m3/h；

變換氣量(濕氣)：456 kNm3/h；

凈化氣：220 kNm3/h；

合成氣：143.22 kNm3/h，

根據(jù)計(jì)算補(bǔ)齊后運(yùn)行數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 補(bǔ)齊后運(yùn)行數(shù)據(jù)

5 根據(jù)裝置內(nèi)各系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大操作彈性數(shù)據(jù)分析得出現(xiàn)有裝置的最大運(yùn)行負(fù)荷

5.1 氣化

在120 Nm3/h煤漿運(yùn)行工況下， 變換工段設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不能滿足填平補(bǔ)齊方案的數(shù)據(jù)要求，變換爐在最大進(jìn)氣量的情況下，滿足不了后工段對(duì)組分要求的可能。

5.2 凈化合成

凈化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)按最大設(shè)計(jì)操作彈性110%的數(shù)據(jù)(210 147.63 Nm3/h)，也滿足不了填平補(bǔ)齊方案要求的運(yùn)行工況(220 kNm3/h)。

合成氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可滿足填平補(bǔ)齊方案的數(shù)據(jù)要求。

合成工段設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)能滿足填平補(bǔ)齊方案的數(shù)據(jù)要求，但是如按填平數(shù)據(jù)運(yùn)行，合成廢鍋、汽包產(chǎn)汽量約為84 t/h，超過75 t/h，部分副產(chǎn)蒸汽就地放空，產(chǎn)生噪音可能會(huì)污染周圍環(huán)境，且存在一定安全隱患[2]。

精餾工段的填平補(bǔ)齊方案數(shù)據(jù)超出設(shè)計(jì)最大負(fù)荷數(shù)據(jù)(95.2 m3/h＞ 91.3m3/h)，且精餾三塔回流泵(134.6 m3/h)裕量太小，在現(xiàn)有滿負(fù)荷工況下存在運(yùn)行期間過載跳車的情況，所以如按填平補(bǔ)齊方案運(yùn)行存在設(shè)備損壞、產(chǎn)品質(zhì)量不能保證等隱患，只建議在最高操作彈性負(fù)荷下運(yùn)行。

表7 各工號(hào)設(shè)計(jì)最高操作彈性數(shù)據(jù)

綜上，以數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)最大裕度110%負(fù)荷運(yùn)行且能滿足各工段最大數(shù)據(jù)的工況為凈化氣量210 147.63 Nm3/h與之匹配的合成氣量大約為136.82 Nm3/h，粗甲醇量為90.85 m3/h[3]。

6 結(jié)語

總之，生產(chǎn)裝置氣化、變換、凈化、壓縮、甲醇合成、精餾等幾個(gè)主要工段的主要工藝指標(biāo)、產(chǎn)能、消耗、三廢排放等均在新工況下達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，甲醇裝置總體實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)超產(chǎn)減耗，要持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量，增強(qiáng)全社會(huì)生態(tài)環(huán)保意識(shí)；提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性；全面提高資源利用效率，推進(jìn)資源總量管理、科學(xué)配置、全面節(jié)約、循環(huán)利用。探究限制裝置最大負(fù)荷的瓶頸問題，以理論數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)真實(shí)運(yùn)行裝置作指導(dǎo)，做到裝置在消耗最低，產(chǎn)量、收益最大工況下運(yùn)行。