1、合成装置利用甲醇弛放气的节能改造第 36 卷第 5 期化肥工业 2009 年 lO 月合成装置利用甲醇弛放气的节能改造孟路(河南煤化集团中原大化集团公司濮阳 457004)摘要总结回收甲醇弛放气生产合成氨的工艺改造,分析有关自动控制和联锁装置的改造情况.改造后,取得了节能,环保双重效益.关键词甲醇弛放气节能改造RevampforEnergySavingbyUtilizingMethanolPurgeGasinConverterMengLu(HenanZhongyuanDahuaGroupCo.,Ltd.Puyang457004)AbstractAsumupisgivenoftheprocess
2、modificationfortherecoveryofmethanolpurgegasfortheproductionofammonia,andananalysisisdoneofthemodificationoftheautomaticcontrolandinterlockingdevices.Aftertherevamp,doublebenefitsareobtainedinenergysavingandenvironmentalprotection.Keywordsmethanolpurgegasenergysavingmodification2008 年,中原大化集团采用荷兰壳牌公司
3、煤粉加压气化技术,德国鲁奇公司低温.甲醇洗技术的建成了年产 500kt 甲醇装置.原合成氨生产装置为 20 世纪 80 年代引进,以天然气为原料,并且采用 UHDEAMV 低能耗工艺流程,年产合成氨300kt.合成氨装置利用甲醇弛放气改造项目是国内第 1 家实现甲醇合成弛放气回收利用的大型煤化工项目,既可减少废气排放,又可使企业年增产合成氨 5Okt,尿素 85kt.1 改造方案新建成的甲醇装置所产生的弛放气压力为7.49MPa,温度 55,主要组成(体积分数)为 H(30%40%),CO(10% 左右)及 CO:,总流量约30080m./h(标态).合成氨装置增加一弛放气预热器(04E004
4、),将引人的弛放气与高变出口气体换热,预热至 370oC 与二段炉出口气混合进人高变炉(04R001);在高变炉内,混合气中的 CO和水蒸气在变换催化剂的作用下发生反应,CO(体积分数) 降至 2.19%,再经低变,脱碳,甲烷化,合成等单元,最后作为合成氨原料气,达到合理利用资源,回收弛放气的目的.同时弛放气管线还用作从合成氨装置引出合成气送人甲醇装置,解决甲醇装置开车催化剂还原问题.为了解决新加人的弛放气配氮问题,引入了6000m./h(标态)N:,经换热器(06E001)预热后补充进入甲烷化炉.为解决合成氨装置 N 管网中 N:不足问题,将 1000m/h(标态)8.15MPa的高压 N
5、减压至 0.70MPa 补入合成氨装置 N:管网.为了解决尿素装置 CO:量的不足,从甲醇装置 CO:压缩机组二段引出 4000m/h(标态)2.2MPaCO:补至尿素装置压缩机组一段出口.整个改造方案包括:弛放气及 N 和 CO 的流量,压力,温度等重要工艺参数的控制和检测.流量控制回路包括弛放气流量控制回路(FICA13001),CO2 流量控制(FICA13002)以及N:流量控制(FICA13003);压力控制检测回路包括弛放气压力检测(PI1300l/PIl3002),CO 压力检测(PI13003/PI13004),N2 压力检测(PIAI3005/13006)和 N2 压力控制(
6、PICA13007).33第 36 卷第 5 期化肥工业 2009 年 l0 月温度测量检测控制回路包括弛放气温度测量(TI13001),弛放气温度控制(TICA13002),变换气温度检测(TI13003),CO 温度测量(TI13004)和 N2 温度测量(TI13005).2 仪表回路和控制方案的实现2.1 仪表硬件流量测量均采用差压法,其中一次测量元件采用孔板,经差压变送器转换成 420mA 标准信号进入合成装置的日本横河 CS3000 系统.压力测量采用日本横河 EJA 变送器.温度测量采用 K 型热电偶,经现场温变转换成标准信号进人DES.在现场仪表和 DCS 之间增加安全栅隔离防
7、爆,利用 DCS 原有 I/O 卡件的备用通道,依据控制要求并结合对原有控制方案的影响,在 DCS 内部组态,实现检测,控制和联锁,并在流程图画面上进行显示,同时建立采样和趋势记录,增加报警和操作提示等功能.共计增加了仪表模拟输入l5 个点,模拟输出 5 个点.同时西门子 PLC 增加输出通道 3 个,通过现场调节阀所带的电磁阀实现联锁状态下的安全切断.2.2 主要控制和联锁该项目为改造项目,必须全面分析相关工艺和控制联锁方案,结合工艺要求,控制要求和原有的控制联锁方案,对影响控制和联锁的各种因素综合考虑,确保系统控制的稳定性和安全性.以弛放气控制为例说明系统的组态.弛放气主要对流量和温度参数
8、进行控制.弛放气引入合成装置后,合成气成分和量的变化对合成系统的控制都将造成很大影响.弛放气含有的 CO 需要与一定比例的水蒸气在催化剂的作用下,经高变和低变 2 个单元转化为 H:;同时弛放气含有的 H 和由 CO 转化得来的 H:又会影响氢氮比,所以必须依据 H:含量的多少,按一定比例调整整个系统的空气或 N:量.甲醇装置开车初期,气化输煤是 N 输送,弛放气中 N:的含量较高,需减空气量;而正常运行后,改为 CO:输送,N 含量较低,又需及时增加合成气中的 N 含量,保证合理的氢氮比.因此,必须准确测量并控制弛放气的量,同时依据测量和控制的弛放气的量,及时调整一段炉的蒸汽量(FIC030
9、01),同时还要及时调整空气量,保证合适的氢氮比.因此弛放34气流量的准确测量和稳定控制是改造的关键.弛放气的流量测量采用了孔板取压,结合差压变送器的测量方法,其测量的不是质量流量.气体流量测量受温度和压力的变化影响较大,设计了温度和压力补偿,引入弛放气压力(PI13002)和弛放气温度测量(TI13001),在 DCS 内部组态.实现温度和压力修正.并对气体流量通过阀门(FV13002)进行控制,确保弛放气流量的相对稳定.同时,还根据弛放气的气体组分,组态了对水碳比,氨氮比影响的仪表,提示工艺操作.因弛放气温度较低,而高变催化剂是以Fe,O 为活性成分,活性温度一般 350430,为了保证高
10、变的效率,高变炉出口变换气走04E004 管程,弛放气经阀门(FV13001)减压后走壳程.04E004 设置 1 个旁路阀(FVI3002),高变炉人口气体温度调节控制在 370oC,加热后的弛放气和转化气汇合进入高变炉进行变换反应.2.3DES 内部组态控制功能的实现通过 DCS 内部组态来完成.合成装置的 DCS 系统是日本横河的 CS3000 系统.内部仪表的组态主要通过功能块互相连接,并对功能块的参数进行设定来实现.以弛放气为例,其控制主要用到了温度压力补偿模块 TPCFL和 PID 控制模块.2.4 联锁系统的修改以上工艺回路在引入合成装置,尿素装置后,如果装置出现异常情况时,必须
11、执行正确的联锁程序,以确保系统安全.根据实际工艺要求,主要增加 3 个联锁动作:合成装置一段炉联锁系统TRIPB 动作时 ,通过 PLC 发出一动作信号给FV13001 带的电磁阀,使其失电,自动关闭调节阀,防止造成高变催化剂被还原失效;甲烷化联锁 TRIPF 动作时,关闭氮气控制阀 (FV13003);当尿素装置 CO 机组跳车时,发出一信号给FV13002 带的电磁阀,联锁关闭该阀.3 效果分析改造完成后,于 2008 年 5 月 26 日将甲醇弛放气引入合成氨装置.经过几次运行,工艺设备都运行良好,仪表和控制也都运转正常.,从实际运行看,每小时可多产氨 36t,经济效益十分可(下转第 3
12、8 页)第 36 卷第 5 期化肥工业 2009 年 10 月化剂中毒.烷塔为镍系催化剂,还原过程中有羰基镍产生,也会引起醇催化剂中毒.4 催化剂的使用C207 和 C301 催化剂的化学组成主要是铜,锌及铝的氧化物,具有良好的低温活性和较高的反应选择性,适合联醇工艺.最佳使用温度为220280,适用空速 600020000h.温度,压力,空速对联醇生产影响较大.操作温度的大幅度波动会造成床层局部过热,长期的高温操作会加速催化剂晶粒长大,表面积减少而加快老化.硫,氯,氨,油类,羰基铁,羰基镍和不饱和烃等杂质易使催化剂中毒.为保证催化剂有较长的使用寿命和减少副反应的发生,可以采取如下措施:稳定工
13、艺条件,严格控制脱碳气中 CO 及CO:含量 ,尽可能保持指标恒定,防止催化剂床层温度的大幅度波动,力求在低温下操作.硫,氨,烯烃,炔烃类及氯化物会对催化剂造成严重的危害,需加强对原料气硫等微量的检测.做好油分的排油水工作,减少开停车次数.停车时,应采用原料气在工艺温度下循环,使醇烃化达到精制气标准后再视情况保压或卸压.升降温速率控制在 3040/h.5 运行情况目前,两套氨联醇生产系统基本处于 80%的生产负荷下运行.180kt/a 氨醇生产装置醇烃化脱碳气中的 CO 和 CO:体积分数分别为 1.O%1.3%和 0.3%一 0.4%,开 A 塔,停 B 塔,A 塔热点温度 245250,A
14、 塔电炉功率降至最低,烃前(CO+cO2,体积分数 )0.1%一 0.3%,烃后(CO+CO,体积分数)2010-6,烃化塔电炉负荷不到三分之一,烃化塔温度一部分用蒸汽补足,醇烃化不开循环机,节省了电炉功耗,实现了较好的经济运行.从运行工况看,A 塔 C207 催化剂使用近3 年.130kt/a 氨醇生产装置高压醇烷化醇前 CO(体积分数)0.9%1.1%,CO(体积分数)0.3%,停用醇烷化循环机,醇化塔停电炉,醇化塔热点温度 230235,烷前(CO+CO:,体积分数)200 10,烷后(CO+CO:,体积分数)2010.两套氨联醇生产系统日产氨醇 820t(副产粗醇 40t),生产运行情
15、况良好 ,电耗,煤耗,蒸汽消耗较老系统改造前大幅下降,综合效益非常好.6 结语联醇催化剂采用精制气高氢还原时,起始还原温度低,出水集中在低温段,还原过程中反应比较单一,还原时间短,易操作,还原后的催化剂活性好,催化剂使用寿命长,是一种很好的还原方法.(收稿日期 2009-03-05)(上接第 32 页)化.由于单喷嘴水煤浆气化炉只有 1 只工艺喷嘴,提高气化负荷受限制,加大烧嘴间隙则会影响雾化效果.当煤浆质量分数为 59.O%,日处理煤1500t 时,单喷嘴水煤浆气化炉有效气体积分数在 80%以下,渣中可燃物质量分数在 25%以上.(5)多喷嘴对置式水煤浆气化炉一对烧嘴跳车(非烧嘴自身因素跳车
16、) 时,另一对烧嘴可维持后系统生产,跳车烧嘴可进行带压连投.而单喷嘴水煤浆气化炉因只有 1 只工艺喷嘴,当出现跳车时,该台气化炉需从系统中退出,若系统无备炉时,就会造成整个系统的停车,开,停车损失较大.(6)多喷嘴对置式水煤浆气化炉由于其流场与单喷嘴水煤浆气化炉有很大区别,决定了高温热电偶使用寿命较长,平均使用寿命12 个月.(7)气体净化处理及含渣水处理工艺先进,耐硫变换催化剂可使用 2 年.4 结语随着我国能源结构的变化,多喷嘴对置水煤浆气化工艺在我国有着广阔的发展前景.(收稿日期 2009-03-27)(上接第 34 页)观.随着煤化工装置的进一步稳定运行,必将产生更大的经济效益.同时,弛放气成分稳定后,仪38表要进一步通过内部组态和工艺结合,对弛放气引入后为合成装置的工艺操作提供及时的控制调整提示信息.(收稿日期 2009-03-04)
