煤制天然气项目空分装置单系...0%负荷运行调整及优化措施_冉令慧.pdf

专论与综述收稿日期 作者简介 冉令慧（），男，黑龙江海伦人，伊犁新天煤化工有限责任公司总经理，主要从事煤化工技术与管理工作。煤制天然气项目空分装置单系列化工主装置双系列负荷运行调整及优化措施冉令慧（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁）摘 要 伊犁新天煤化工有限责任公司 煤制天然气装置满负荷生产时，台煤粉锅炉、台发电机组、空分装置双系列、化工主装置双系列运行；当空分装置单系列停车（跳车）时，为避免化工主装置单系列运行的一系列不利影响，新天煤化近年来对空分装置单系列停车（跳车）后化工主装置双系列 负荷运行模式进行了不断地摸索与探讨。介绍空分装置单系列停车（跳车）后仪表空气与装置空气气量调整、氮气管网平衡与调整、蒸汽管网平衡与调整，以及化工主装置气化系统、变换系统、低温甲醇洗系统、甲烷化系统、煤气水分离系统与酚回收系统等的操作调整及注意事项。实践表明，配套优化改进措施（增设 液氮储罐、甲烷化系统双系列入口净化气增设联通管线等）后的空分装置单系列化工主装置双系列 负荷生产时运行稳定，增加了化工主装置的抗风险能力与操作的灵活性，保障了煤制天然气装置的安全、稳定、优质运行。关键词 空分装置单系列化工主装置双系列 负荷运行；必要性；空分装置操作调整；化工主装置操作调整；优化改进措施中图分类号 文献标志码 文章编号 （）煤制天然气项目工艺系统概述伊犁新天煤化工有限责任公司（简称新天煤化）煤制天然气项目主生产系统（简称化工主装置，分为、两个系列）工艺流程为，气化系统采用鲁奇碎煤加压气化工艺制取粗煤气，变换系统采用部分变换工艺（采用钴钼系耐硫变换催化剂）将粗煤气中部分 转化为 和，净化系统采用林德低温甲醇洗工艺对变换气中的、轻烃等进行脱除以向甲烷化系统提供合格的净化气，甲烷化系统采用戴维甲烷化工艺制得合成天然气（）送三甘醇干燥系统脱除水分，最后经天然气压缩机加压后送天然气输气管网。配套的热电装置煤粉锅炉作为全厂的动力系统向各生产系统输送不同压力等级的蒸汽，空分装置采用杭氧深冷空气分离工艺生产合格的氧气、氮气、装置空气、仪表空气供各生产系统使用。煤气水分离系统采用减压解吸工艺分离气体，重力沉降工艺分离重芳烃、多元烃；气化系统、变换冷却系统、低温甲醇洗系统产生的煤气水等经煤气水分离系统处理，副产重芳烃、多元烃，并向酚回收系统提供原料酚水；酚回收系统采用加热汽提脱酸、脱氨以及二异丙基醚萃取脱酚法脱除原料酚水中的酸性气，副产氨水、混合酚，并向污水处理系统提供稀酚水；稀酚水和其他废水经污水处理系统和回用系统处理后，产生的回用水作为循环水补水，产生的浓盐水送多效蒸发系统，多效蒸发系统产生的杂盐和干化污泥送危废填埋场填埋。化工主装置满负荷生产时各系统运行情况新天煤化煤制天然气项目化工主装置满负荷生产时设计情况如下：配套热电装置 台煤粉锅炉运行蒸发量为 （台煤粉锅炉四开第 期 年 月中 氮 肥 .DOI:10.16612/ki.issn1004-9932.2023.02.017无备），台发电机组运行发电量为 （台发电机组三开无备），无下网电量；空分装置 个系列同时运行（三开无备），可外供氧气 （标态，下文无特别说明处均指标态）、低压氮气 、装置空气 、仪表空气 ；气化系统 台鲁奇碎煤加压气化炉分为 个框架，、框架各 台气化炉，框架 台气化炉，前 台气化炉对应化工主装置 系列，后 台气化炉对应化工主装置 系列，、系列粗煤气之间设有联通管线，气化炉耗氧气 ，外送粗煤气 ；后续变换系统、低温甲醇洗系统、甲烷化系统双系列运行，可产天然气 。设计上，空分装置与化工主装置的运行模式及空分装置故障停车（跳车）处置预案为：空分装置双系列运行、一个系列停车（跳车），化工主装置双系列减负荷至；空分装置双系列停车（跳车）、一个系列运行，化工主装置单系列 负荷运行。新天煤化化工主装置满负荷生产时的实际情况如下：热电装置 台煤粉锅炉运行蒸发量为 （台煤粉锅炉三开一备），台发电机组运行发电量为 （台发电机组两开一备），下网电量 （自发电量不足时由外电网予以补充）；空分装置双系列运行外供氧气 、低压氮气 、装置空气 、仪表空气 ；由于气化炉粗煤气产率明显高于设计值，气化系统耗氧量仅为 ，气化系统 台气化炉运行、台气化炉备用即可实现满负荷生产 天然气，且气化废水预处理系统 煤气水分离系统（个系列）、酚回收系统（个系列）负荷也明显低于设计值。空分装置单系列化工主装置双系列 负荷运行的必要性 正常生产时空分装置 个系列两开一备，当空分装置一个系列跳车时，若短时间内跳车的空分装置故障排除，其重启一般仅 多个小时即可产出合格的氮气、氧气；若短时间内跳车空分装置不能重启，启动备用空分装置，一般从开车准备到产出合格的氮气、氧气至少需要。这段时间内，空分装置单系列运行，既要保证装置空气管网供应，又要保证仪表空气管网供应，造成在运空分装置外供氧气、氮气量减少，若不作操作调整，化工主装置双系列仅能维持 的负荷，据运行经验，甲烷化系统在低负荷运行时很容易出现甲烷化反应器催化剂床层垮温现象，运行不稳定。若此阶段化工主装置其中一个系列紧急停车、单系列 负荷运行，则会增加化工系统的处置时间与人员的工作强度，系统开停车过程中易出现异常状况，且降温降压 升温升压易致变换催化剂、甲烷化催化剂活性降低，影响催化剂强度及使用寿命，还有就是天然气压缩机组、氨压机组、循环气压缩机等动设备启 停会出现振值增大的现象，影响其使用寿命；另外，开停车过程中还易出现其他不确定性安全环保风险。跳车的空分装置恢复正常生产后，化工主装置停车系列重启，恢复生产至少需要 ，且开车过程中产生的工艺气排入全厂火炬燃烧，造成浪费；而若采用空分装置单系列化工主装置双系列负荷运行的模式，跳车的空分装置恢复正常生产后化工主装置可直接加负荷，内化工主装置双系列即可恢复至满负荷运行，火炬无排放，可多产天然气.。为此，当空分装置其中一个系列跳车时，新天煤化通过操作优化调整，减少空分装置向装置空气、仪表空气管网补充气量，增加氧气、氮气产量，化工主装置双系列维持 负荷运行（避免化工主装置单系列停车），并对系统大幅度减负荷后进行操作调整，可保证化工主装置的安全稳定运行。空分装置单系列停车（跳车）后的操作调整.仪表空气与装置空气气量调整新天煤化设有仪表空压站，配备 台螺杆空气压缩机，单台空压机打气量为.，可 台空压机同时启动向仪表空气管网输送仪表空气 ，基本满足仪表空气供需平衡；空分装置正常运行时，仪表空压站一直处于备用状态。装置空气主要供气化炉煤锁作为引射气，单台气化炉需求量为 ，台在运气化炉装置空气用量为 。仪表空气与装置空气用量随系统负荷变化不大，厂区内所有的仪表空气与装置空气全部由在运空分装置供给，空分装置单系列停车（跳车）后，为保证仪表空气与装置空气管网运行正常，中 氮 肥第 期入冷箱空气量减少约 ，空气量的减少导致氧气产量减少约 、低压氮气产量减少约 ，增大了氧气管网、低压氮气管网供需平衡难度，不利于后续系统的操作及运行。经综合分析与研究，仪表空气与装置空气系统需作如下调整。系统减负荷后可紧急停运 台气化炉，退出装置空气 ；新天煤化热电站采用气力输灰系统，气力输灰系统所用的输送气源为装置空气，热电站设有专供输灰使用的空压机 台（三开一备），单台空压机打气量.，正常生产时，热电站空压机处于备用状态，输灰使用的装置空气由装置空气管网供给，空分装置单系列停车（跳车）后，应紧急启动热电站空压机，实现热电站装置空气自给自足，从而可退出装置空气 ；其余装置空气主要用于脱盐水站超滤反洗、混床再生、污水回用超滤反洗以及火炬消烟、各系统公用工程站间断使用。经上述调整后，共计可退出装置空气 ，在运空分装置只需提供装置空气 ，与正常生产时空分装置单系列外供仪表空气、装置空气相比总量减少 ，从而可使调整后的空分装置单系列氧气产量达 、低压氮气产量达 。.氮气管网平衡与调整氮气管网分为.中压氮气管网和.低压氮气管网。中压氮气管网工艺流程为，液氮从空分精馏塔下塔上部抽取经过冷器后节流送入液氮储槽，再由液氮泵送出经水浴式汽化器复热至 后送至氮气储罐（），出氮气储罐的氮气分为两路，一路进入.中压氮气管网，另一路经减压进入.低压氮气管网；其中，液氮储槽容积为 ，空分装置单系列运行最多可产液氮 ，外供中压氮气最大量为 ，正常生产时中压氮气管网没有连续使用用户，紧急情况下可将中压氮气全部并入低压氮气管网。低压氮气管网气源为空分精馏塔下塔顶部抽取的压力氮气，经高压板式换热器复热后送至低压氮气管网。化工主装置双系列满负荷运行与 负荷运行的低压氮气用量对比见表。可以看出，低压氮气的主要用户为低温甲醇洗系统（用作气提氮气），其他用户主要用作保护气，保护气用量随系统负荷波动较小，故当空分装置单系列停车（跳车）后，应立即减少低温甲醇洗气提氮气用量，保证低压氮气管网的正常运行；化工主装置双系列 负 荷 运 行 时 需 要 低 压 氮 气 ，空分装置单系列运行可产低压氮气 ，需从中压氮气管网补充低压氮气 ，维持低压氮气管网稳定运行 空分装置单系列运行可产液氮 ，液氮可转化为低压氮气 ，此阶段中压氮气管网向低压氮气管网补充氮气后，并不影响中压氮气管网运行，空分装置单系列化工主装置双系列负荷运行可长期维持。表 双系列满负荷与 负荷低压氮气用量 用户名称双系列满负荷双系列负荷备煤筒仓 气化煤仓 煤气水分离储罐（氮封）酚回收醚槽（氮封）低温甲醇洗（气提氮气）火炬（末端吹扫）三甘醇干燥再沸器（气提氮气）罐区其他用户 合计 .蒸汽管网平衡与调整据蒸汽压力不同，新天煤化蒸汽管网分为 个等 级 .、高 压 蒸 汽，.、中压蒸汽，.、中低压蒸汽，.、低压蒸汽；生产所需蒸汽主要源自热电锅炉、甲烷化废锅、蓄热氧化（）废锅、气化废锅、变换废锅以及煤气水余热回收器，正常生产时，蒸汽主要供热电站发电机组（汽轮机）、空压机组（汽轮机）、氨压机组（汽轮机）、天然气压缩机组（汽轮机）、气化入炉蒸汽管网、多效蒸发系统、除氧器、管线伴热、酚回收系统与低温甲醇洗系统及混合制冷系统再沸器等使用。化工主装置双系列满负荷运行与 负荷运行各废锅副产蒸汽量变化见表。可以看出，化工主装置双系列满负荷运行时副产蒸汽约 ，化工主装置双系列 负荷运行时副产蒸汽减少约 。而当空分装置单系列化工主装置双系列 负荷运行时，空压机组第 期冉令慧：煤制天然气项目空分装置单系列化工主装置双系列 负荷运行调整及优化措施 可退出蒸汽 ，气化炉减负荷可退出蒸汽 ，低温甲醇洗及混合制冷系统可退出蒸汽 ，氨压机组、天然气压缩机组、分子筛加热器、除氧器及其他用户可退出蒸汽 ，煤气水分离系统（主要为伴热蒸汽）及酚回收系统、多效蒸发系统负荷变化不大，均不能减少蒸汽用量，即空分装置单系列化工主装置双系列负荷运行与化工主装置双系列满负荷运行相比蒸汽用量可减少 ，而化工主装置双系列 负荷运行时副产蒸汽减少 ，这样一来 锅 炉 蒸 发 量 可 减 少 ，仅 需 提 供 高压蒸汽即可满足生产所需。空分装置单系列运行后，化工主装置双系列迅速减负荷，蒸汽副产量与消耗量变化较大，还应及时调整各等级蒸汽管网压力及温度，保证各蒸汽管网的平稳运行，防止出现超压、超温等现象。表 双系列满负荷与 负荷各废锅副产蒸汽量项 目副产蒸汽压力 副产蒸汽量 负荷负荷甲烷化废锅.废锅.气化废锅.变换废锅.煤气水余热回收器.合计 化工主装置减负荷操作调整及注意事项空分装置单系列停车（跳车）后，空分装置单系列化工主装置双系列 负荷运行模式下，气化系统总氧负荷应迅速减至 ，为防止减负荷过程过慢而造成氧气总管压力偏低触发氧气压力低低联锁，可在减负荷的过程中紧停 台气化炉、其余气化炉快速减负荷，后续的变换系统、低温甲醇洗系统、甲烷化系统随气化系统负荷紧急调整工况。化工主装置不同生产模式下主要运行参数的对比见表。.气化系统操作调整及注意事项空分装置单系列停车（跳车）后，供氧量突然减少 ，前期处理主要考虑空分装置短期内可将故障排除、后续系统可以快速恢复至满负荷，因此可紧停 台气化炉、保持 台气化炉运行；单台气化炉设计氧负荷为 ，调整