曲宇霞

(中國能源工程集團有限公司，上海 200061)

生產與應用

合成油中試裝置搬遷改造

曲宇霞

(中國能源工程集團有限公司，上海 200061)

以某合成油中試裝置搬遷改造為例，通過搬遷方案選擇、技術改進及搬遷過程中出現(xiàn)問題的應對解決方案，對合成油裝置改造進行了經(jīng)驗總結。并通過跨國裝置搬遷經(jīng)驗總結，為類似工程設計提供參考和思路。

合成油；中試裝置；搬遷；改造

引 言

煤、天然氣或者生物質先轉化為合成氣，再通過Fischer-Tropsch(簡稱FT)合成轉化為烴類產品，經(jīng)過深加工可得到優(yōu)質液體燃料，如，汽油、柴油、航空煤油和其他化工原料(如，潤滑油基礎油、食品級蠟)等。

GTL工藝是利用天然氣生產清潔燃料的重要方向[1]，符合環(huán)保要求趨勢，是目前被廣為看好的天然氣生產合成油技術路線[2]。在能源安全、環(huán)保和資源利用等因素推動下，GTL/CTL技術具有極為重要的戰(zhàn)略意義。

目前，GTL技術得到了廣泛的研發(fā)，技術較為成熟，在卡塔爾等天然氣資源豐富的國家已經(jīng)成功實現(xiàn)了工業(yè)化生產[3]。南非Sasol公司、Shell公司、Exxon-Mobil公司、Syntroleum公司等均已開發(fā)并形成了自己的GTL/CTL技術。國內的中科合成油公司、山東兗礦集團等自20世紀80年代起也開始了FT合成的研究，并逐步形成了自己的技術[4]。近幾年，國內已有數(shù)個百萬噸級的合成油裝置建成或在建。

1 項目背景

該項目由國內某石化公司自國外引進，目的在于開展合成油技術攻關，從關鍵設備、催化劑及工藝、廢水處理等方面進行全方位的深入研究，進而開發(fā)有自主產權的合成油成套技術。

搬遷裝置原建于美國，為國外某公司所建中試裝置，該公司進行漿態(tài)床FT合成技術的研究已經(jīng)有10多年的時間，取得了很多研究成果。但受自身資金、技術等方面的限制，該技術在工業(yè)化道路上還存在許多需要改善的問題。

將漿態(tài)床中試裝置進行拆遷重建，可縮短研發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)費用，降低研發(fā)風險。但原技術還有許多有待改進的地方，需開發(fā)出超越原技術的新FT合成技術，為今后生產大型化提供完整的設計數(shù)據(jù)，形成該石化公司在替代能源領域新的技術儲備，對該公司發(fā)展GTL/CTL技術具有戰(zhàn)略意義。

2 工藝路線的改進和完善

2.1 原工藝路線簡介

原工藝以天然氣為原料，技術包括從合成氣制備、FT合成、催化劑再生到油品精制等的GTL全工藝過程，是一套完整的GTL工藝技術。工藝流程簡圖如第74頁圖1。

圖1 原技術工藝流程簡圖

原工藝合成氣制備采用空氣基ATR工藝技術，氧化劑為空氣，所制備的合成氣中含有大量的氮氣(40%～50%)，有效氣濃度低，因而采用兩級FT合成，以提高反應轉化率。因FT合成尾氣中含有大量的氮氣，尾氣直接送焚燒筒焚燒處理。FT廢水經(jīng)收集調整pH值后送入污水處理系統(tǒng)。FT合成的粗合成油品經(jīng)下游油品加工處理，成功分離出燃料柴油、石腦油和噴氣發(fā)動機柴油等油品。

2.2 工藝改造內容

2.2.1 拆遷范圍的確定

因原裝置比較復雜，如果全部拆遷，工程量較大。根據(jù)重建地的實際情況，確定拆遷范圍，并進行適當?shù)母脑臁?/p>

重建地為國內某大型煉化公司，有良好的公用工程、輔助生產設施、生活服務設施等依托條件。該煉化公司目前有渣油制合成氨裝置，可為FT合成提供合成氣及氫氣來源，滿足FT合成用氣量及合成氣CO/H2比的要求。

油品升級屬于一般的技術，原裝置雖然成功地生產分離了幾種合成油品，但其技術先進性并非世界一流水平，因而油品精制單元僅作為技術參考，不進行拆卸重建。

最終確定的拆遷范圍，緊緊圍繞FT合成(含催化劑再生)來進行，原料來源由重建地合成氨裝置提供。

2.2.2 工藝技術改進

原裝置合成氣制備采用ATR技術，原料合成氣中含體積分數(shù)為40%～50%的氮氣。而重建地的合成氣來源由合成氨裝置提供，合成氣有效氣含量高。參考其他類似工藝，采用增加尾氣循環(huán)系統(tǒng)的技術改進方案，通過循環(huán)氣壓縮機的設置，提高合成氣總轉換率，為未來工業(yè)裝置提供可靠的數(shù)據(jù)來源。

開車初期，為了驗證搬遷裝置與催化劑的性能，采用合成氣中摻入高壓氮氣的方式模擬原操作工況。

FT合成的廢水中含有甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇以及其他高級醇類等，直接排放將給后續(xù)污水處理裝置帶來壓力。原裝置的FT合成廢水因水量小而直接排入污水處理系統(tǒng)。重建裝置采用國內自行開發(fā)的FT廢水預處理技術，增設廢水預處理單元，對FT廢水中的醇類進行初步回收。經(jīng)預處理后的廢水，送入煉化公司污水處理廠進一步處理。

重建工藝流程簡圖如圖2。

圖2 重建工藝流程簡圖

2.2.3 油品儲存

新建油品儲存系統(tǒng)，合成油品間歇送入該煉化公司的煉油裝置。

2.2.4 公用工程及輔助設施

重建地有良好的依托條件，公用工程富余量經(jīng)核算滿足本項目要求。因此，本項目公用工程供給依托該煉化公司，廢水經(jīng)預處理后送該公司廢水處理裝置，廢氣經(jīng)分液后送該公司火炬管網(wǎng)。

3 其他專業(yè)重建方案

3.1 重建布置方案

最終確定的拆遷范圍主要是2個FT合成框架和催化劑再生框架內的設備、管道、儀表和鋼結構等。原裝置框架為撬裝式結構，為拆遷及重建帶來了便利。

重建裝置的布置原則：主裝置FT合成和催化劑再生維持原布置，新增單元、管廊、配電室等按工藝流程設置以及重建地的實際情況進行重新布置。

3.2 設備及管道

該裝置完全停運后充氮保護，經(jīng)多次考察，除個別管線閥門外表面銹蝕較嚴重外，絕大多數(shù)設備、管道及閥門從外觀看保護情況尚好，鋼結構防火層表觀較好。因此，確定的方案為，搬遷原有設備、管道、管件等，并根據(jù)設備檢測及改造情況添加少量的輔助設備。

主要增加的設備是循環(huán)氣壓縮機及新增單元相關設備。

3.3 電氣

該裝置配套電機為美國產電機(460 V，60 Hz)，依據(jù)中國供電標準(380 V，50 Hz)，在正常供電設備基礎上需要加裝整流逆變裝置，以滿足配套電機供電。從供電的安全可靠性及配套電機的臺數(shù)、容量以及設備布置等方面綜合考慮，本裝置配套電機全部更換為國產電機，以滿足中國供電標準。個別特殊用電設備采用加裝變頻器的改造方案。

3.4 儀表及其他

從現(xiàn)場考察情況看，該裝置儀表保護較好。因此，本次搬遷現(xiàn)場儀表盡可能利用舊儀表，新增儀表選型與原裝置維持一致[現(xiàn)場總線(FF)型儀表]。DCS控制系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表接線重新設計。此外，配套新建消防、電信、暖通、給排水系統(tǒng)等。

4 重建過程中遇到的主要問題及解決方案

4.1 圖紙與現(xiàn)場實際不符

原裝置為中試裝置，且經(jīng)歷多次改造，外方提交的圖紙與現(xiàn)場存在諸多不相符的情況。因此，在裝置拆遷前，派出工藝、管道等主要專業(yè)人員對圖紙進行了核對及必要的測繪工作。盡管如此，重建過程中仍然有許多不符合的情況。所以，現(xiàn)場設計人員對該類情況的消化理解及正確判斷成為解決問題的關鍵。

4.2 設備的損壞

重建過程中發(fā)現(xiàn)，個別設備因腐蝕或運輸?shù)葐栴}發(fā)生損壞。如，個別管殼式換熱器的換熱管發(fā)生腐蝕、空冷器管箱腐蝕、利舊過濾器無濾芯等等。對發(fā)生換熱管腐蝕的換熱器進行核算，封堵?lián)Q熱管后仍無法滿足換熱要求的，更換換熱管束。對空冷器管箱和過濾器濾芯，與生產廠家交流后進行更換和補充。其他損壞的容器類靜設備，重新進行設計制造。

4.3 管道及管件的損壞和丟失

因拆遷運輸和重建過程中的管理不到位等多種原因，致使重建過程中的部分管件，如閥門、管道過濾器、取樣器、疏水閥等等，發(fā)生損壞或丟失。對該類管件根據(jù)改造后的具體條件進行了增補。

4.4 儀表及控制系統(tǒng)

重建過程中，對損壞或丟失的現(xiàn)場儀表進行了增補。另外，對差壓液位計等安裝方式不合理的個別儀表，進行了設計修改。

DCS系統(tǒng)為本次新建。因提供的資料中缺少重要的連鎖、順序控制、復雜控制等數(shù)據(jù)，所以在重建過程中，對搬遷回來的原控制系統(tǒng)電腦中的相關數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析判斷，重新進行相關設計和組態(tài)。

此外，發(fā)現(xiàn)原設計有缺少操作平臺、操作通道較少、梯子設計不合理等情況，不利于操作及巡檢。對此情況，根據(jù)實際布置，及時進行了重新設計或修改，以方便操作。

5 重建及改造效果

裝置重建完成后，進行了試運行，并順利打通了使用含氮合成氣進料、尾氣不循環(huán)工藝的流程，取得了氮氣稀釋合成氣條件下的運行數(shù)據(jù)。隨后，開始逐步降低進料中的氮氣含量，啟動尾氣循環(huán)壓縮機，轉換成純合成氣進料、尾氣循環(huán)工藝，取得了純合成氣進料條件下的運行數(shù)據(jù)。主要運行結果見表1。

表1 主要運行結果對比

根據(jù)外方提供的運行數(shù)據(jù)，在反應溫度T1～T2時，CO的轉化率區(qū)間為46.1%～66.3%，平均65%左右。由表1可見，該重建裝置對原運行數(shù)據(jù)進行了較好的驗證。同時，尾氣循環(huán)工況CO的轉化率及產品的收率都大幅提高，說明對工藝的相關改造是成功的，該裝置可為以后的工業(yè)裝置設計提供相關運行數(shù)據(jù)。

6 結論及建議

1) 化工裝置的搬遷重建，尤其是跨國重建，是一項復雜的系統(tǒng)工程，應做好技術調研、運輸條件、當?shù)厥┕げ疬w條件等一系列前期工作。

2) 跨國重建工程運輸路途遙遠，且利舊設備、管道、鋼結構等的檢測費用高，建議只搬遷關鍵的設備和儀表等，以降低運輸和檢測成本。

3) 應做好搬遷設備的編號和保管工作，盡量減少因編號混亂和設備丟失等造成的麻煩。

4) 應根據(jù)重建地的具體公用工程和用地條件進行合理的優(yōu)化配置。

5) 搬遷工程的復雜性，現(xiàn)場設計工作量大于普通工程，對重建的進度影響尤為重要。

6) 對原工藝的消化和理解是重建成功的關鍵，搬遷重建不是死搬照抄，是在充分消化吸收基礎上的新建。

[1] 王國良，李樹本.天然氣生產清潔燃料[J].天然氣與石油，2002,20(2):26-29.

[2] 顏廷趙，徐榮.合成油工藝技術進展評述[J].精細石油化工進展，2000,1(8):46-50.

[3] 高振，侯建國.天然氣制合成油(GTL)技術的工業(yè)化進展及發(fā)展趨勢[J].山東化工，2014,43(4):56-59.

[4] 賀永德.現(xiàn)代煤化工技術手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003：10-14.

Reconstruction of synthetic oil pilot plant

QU Yuxia

(China State Energy Engineering Co., Ltd. (SINOMEC), Shanghai 200061, China)

This paper takes the reconstruction of a small GTL pilot plant as an example, by the selection of reform scheme, technical improvement and problems solving during reconstruction, the experience summary in reconstruction of synthetic oil pilot plant are put forward. This paper aims to provide reference and ideas for engineering design and put forward experience summary for reconstruction plant which moved from abroad to domestic.

synthetic oil; pilot plant; reconstruction; reform

2016-12-15

曲宇霞，女，1976年出生，2005年畢業(yè)于天津大學化工學院化學工程專業(yè)，碩士學位，工程師，現(xiàn)從事化工工藝及系統(tǒng)、化工管道設計及設計管理工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.23

TQ21；TE64

A

1004-7050(2017)01-0073-03