劉長(zhǎng)偉

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

目前，我國(guó)主要以煤為原料生產(chǎn)甲醇，再進(jìn)行深加工。甲醇合成工藝由于受到工藝、氣體組分、催化劑、操作條件、管道雜質(zhì)等因素的影響，在合成過(guò)程中極易產(chǎn)生石蠟，造成換熱器堵塞、換熱效率下降，繼而導(dǎo)致甲醇分離器分離不徹底、系統(tǒng)能耗增加、壓縮機(jī)損壞等，使裝置運(yùn)行效率下降，直接影響全廠的穩(wěn)定運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的除蠟方法可能會(huì)損壞循環(huán)氣壓縮機(jī)且需要降低生產(chǎn)負(fù)荷，因此急需開(kāi)發(fā)出一種新型的不影響生產(chǎn)負(fù)荷的高效除蠟方法。

中煤陜西榆林能源化工有限公司（簡(jiǎn)稱榆林公司）180萬(wàn)t/a甲醇合成裝置引進(jìn)英國(guó)JM DAVY甲醇合成技術(shù)，該技術(shù)具有催化劑裝填量大、反應(yīng)器壓降小等優(yōu)點(diǎn)，但裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)甲醇分離器進(jìn)口溫度上升，空冷器、水冷器換熱效率大幅下降，其中甲醇水冷器出口溫度漲至48℃，進(jìn)出口溫差只有10℃，并且結(jié)蠟嚴(yán)重，榆林公司在傳統(tǒng)除蠟法的基礎(chǔ)上探索了甲醇裝置滿負(fù)荷在線低溫除蠟法，可為同行業(yè)甲醇裝置在線除蠟提供借鑒。

1 甲醇合成工藝流程

榆林公司甲醇合成工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 甲醇合成工藝流程示意圖

甲醇合成回路由兩臺(tái)串、并聯(lián)耦合式蒸汽上升甲醇合成反應(yīng)器（SRC）組成。經(jīng)精脫硫后的合成氣分為兩股，其中大部分合成氣與2#甲醇合成反應(yīng)器反應(yīng)后經(jīng)2#甲醇分離器分離的循環(huán)氣混合，經(jīng)過(guò)合成回路1#中間換熱器加熱后，進(jìn)入1#甲醇合成反應(yīng)器，在銅基催化劑的作用下進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)，該反應(yīng)放熱，在216℃、7.63 MPa（G）條件下進(jìn)行。1#甲醇合成反應(yīng)器出口氣體溫度264℃、壓力7.56 MPa（G），經(jīng)過(guò)合成回路1#中間換熱器與入口氣換熱后，依次進(jìn)入1#甲醇空冷器和1#甲醇水冷器，待冷卻至45℃后，進(jìn)入1#甲醇分離器進(jìn)行氣液分離。1#甲醇分離器氣相出口壓力7.25 MPa（G），與另一股脫硫后的合成氣混合，進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)，加壓至約8.14 MPa（G）。經(jīng)過(guò)循環(huán)氣壓縮機(jī)加壓的氣體，去往合成回路2#中間換熱器加熱，然后進(jìn)入2#甲醇合成反應(yīng)器，在銅基催化劑的作用下進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)。2#甲醇合成反應(yīng)器出口氣體溫度261℃、壓力8.0 MPa（G），經(jīng)過(guò)合成回路2#中間換熱器與入口氣換熱后，依次進(jìn)入2#甲醇空冷器和2#甲醇水冷器，冷卻至45℃后，進(jìn)入2#甲醇分離器進(jìn)行氣液分離。

2 甲醇水冷器結(jié)蠟原因分析

2.1 甲醇合成裝置中有鐵元素殘留

由于合成裝置是原始開(kāi)車，且整個(gè)合成回路的管徑均在DN900以上，雖然對(duì)整個(gè)回路進(jìn)行了化學(xué)清洗，但難免有一些鐵銹、焊渣殘留，開(kāi)工后鐵銹、焊渣被帶入催化劑床層生成羰基鐵等，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)蠟等副反應(yīng)加劇[1]。

2.2 催化劑床層溫度分布不均勻

DAVY的工藝形式?jīng)Q定了催化劑床層溫度分布不均勻，床層頂部及底部溫度較高[2]，中間溫度較低，床層溫差最大可達(dá)到70℃，局部催化劑溫度在220℃左右，局部高溫點(diǎn)達(dá)到了290℃，使得副反應(yīng)加劇，生成了高級(jí)脂肪烴類石蠟[3-4]。

3 除蠟措施

3.1 傳統(tǒng)除蠟方法

甲醇合成裝置負(fù)荷長(zhǎng)期保持在110%。除蠟前（系統(tǒng)負(fù)荷100%）的運(yùn)行參數(shù)：1#甲醇水冷器進(jìn)口溫度62℃、出口溫度48℃，進(jìn)出口溫差為14℃。傳統(tǒng)的除蠟方法是將合成系統(tǒng)負(fù)荷由100%降至70%左右（38萬(wàn)m3/h新鮮氣量），逐漸關(guān)小1#甲醇水冷器的循環(huán)水回水手閥，將其出口溫度由48℃提高至85℃，并維持30 min左右，利用85℃的工藝氣將石蠟熔化，熔化后的石蠟隨甲醇排至后續(xù)系統(tǒng)[5]。利用該方法除蠟后，系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷在70%，1#甲醇水冷器進(jìn)口溫度為70℃、出口溫度為42℃，進(jìn)出口溫差由14℃上漲至28℃，除蠟效果較好。但這種除蠟方法存在明顯弊端：一是除蠟溫度太高，可能會(huì)損壞循環(huán)氣壓縮機(jī)。除蠟過(guò)程中，循環(huán)氣壓縮機(jī)入口積液包處需排放液體，防止由于分離器入口溫度高（85℃）將甲醇帶入壓縮機(jī)，從而損壞葉輪，通過(guò)監(jiān)控循環(huán)氣壓縮機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)循環(huán)氣壓縮機(jī)的軸向位移由正常的0.29 mm增大至0.47 mm，振幅也由正常的5μm～9μm增大至16μm～20μm。二是系統(tǒng)負(fù)荷受影響。若在負(fù)荷過(guò)高時(shí)進(jìn)行除蠟操作，可能會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)嚴(yán)重超負(fù)荷和2#甲醇分離器無(wú)法分離的情況，因此必須將系統(tǒng)負(fù)荷降到70%。

對(duì)石蠟樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)石蠟的熔點(diǎn)在40℃～75℃。但將1#甲醇水冷器出口溫度提高至75℃時(shí)，發(fā)現(xiàn)除蠟效果不佳，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷由100%提至110%時(shí)，1#甲醇水冷器的溫差立刻由28℃降至25℃。通過(guò)仔細(xì)觀察、記錄溫度變化，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)除蠟存在一個(gè)誤區(qū)：當(dāng)除蠟溫度在75℃時(shí)，溫度較高區(qū)域的石蠟已經(jīng)熔化被帶走，溫度較低（40℃～50℃）區(qū)域的石蠟沒(méi)有熔化，仍然附著在換熱管的外壁上，造成除蠟效果不明顯，這是因?yàn)槌灂r(shí)循環(huán)水沒(méi)有完全關(guān)閉，換熱管中仍然有循環(huán)水流動(dòng)，換熱管壁的溫度很低（30℃～40℃），導(dǎo)致附著在管壁上的這部分石蠟沒(méi)有熔化，同時(shí)一直影響換熱器的換熱效果，換熱管內(nèi)壁結(jié)蠟示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 換熱管內(nèi)壁結(jié)蠟示意圖

3.2 低溫除蠟方法

采用低溫除蠟試驗(yàn)對(duì)上述理論進(jìn)行驗(yàn)證。低溫除蠟前的準(zhǔn)備工作：（1）將系統(tǒng)負(fù)荷由110%降至100%左右，控制1#甲醇空冷器出口溫度不超過(guò)60℃；（2）循環(huán)段壓縮機(jī)入口積液包處每20 min進(jìn)行一次排液；（3）記錄除蠟前后的數(shù)據(jù)，便于分析對(duì)比。除蠟前（系統(tǒng)負(fù)荷100%）1#甲醇水冷器進(jìn)口溫度63℃、出口溫度47℃，進(jìn)出口溫差為16℃。

低溫除蠟步驟：（1）完全關(guān)閉1#甲醇水冷器的循環(huán)水回水閥門，采用手持測(cè)溫槍檢測(cè)1#甲醇水冷器殼層循環(huán)水溫度；（2）適當(dāng)改變兩個(gè)甲醇合成反應(yīng)器的分配氣量，稍微加大去1#甲醇合成反應(yīng)器的氣量，保證2#甲醇分離器底部的角閥能夠全部排放甲醇液體；（3）當(dāng)1#甲醇水冷器整個(gè)殼層的溫度均在50℃以上時(shí)，可以認(rèn)為本次除蠟已經(jīng)結(jié)束，逐步打開(kāi)1#甲醇水冷器的回水手閥。除蠟后（系統(tǒng)負(fù)荷100%），1#甲醇水冷器進(jìn)口溫度為76℃，出口溫度為41℃，進(jìn)出口溫差由20℃增加到35℃，除蠟效果良好，兩種方法除蠟后的數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 兩種方法除蠟后的數(shù)據(jù)對(duì)比

整個(gè)低溫除蠟期間壓縮機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)變化不大，對(duì)系統(tǒng)影響較小，具體運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 除蠟前后壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

由表1、表2可以看出，低溫除蠟法的除蠟效果要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)除蠟法，具體表現(xiàn)為：（1）除蠟效果好，使用傳統(tǒng)除蠟法對(duì)1#甲醇水冷器進(jìn)行除蠟，約25 d后就需要再次除蠟，使用低溫除蠟法對(duì)1#甲醇水冷器進(jìn)行除蠟，裝置可運(yùn)行47 d，降低了除蠟頻次，且1#甲醇水冷器進(jìn)出口溫差還有25℃；（2）不需要刻意降低系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷，在正常運(yùn)行的100%負(fù)荷就可以進(jìn)行除蠟操作，比傳統(tǒng)除蠟法的操作性強(qiáng)且不影響裝置產(chǎn)量；（3）對(duì)設(shè)備的影響小，在傳統(tǒng)除蠟操作時(shí)，進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體溫度為85℃（遠(yuǎn)超過(guò)正常運(yùn)行值，已接近其設(shè)計(jì)值上限），1#甲醇分離器中的甲醇也不能得到完全分離，壓縮機(jī)的振幅及位移都有較大幅度的增大；在低溫除蠟操作時(shí)，進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體溫度為55℃，壓縮機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均正常。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用低溫在線除蠟法對(duì)榆林公司甲醇裝置甲醇水冷器進(jìn)行除蠟處理，雖然不能從根本上解決甲醇水冷器的結(jié)蠟問(wèn)題，但是延長(zhǎng)了除蠟周期，降低了除蠟操作時(shí)對(duì)裝置負(fù)荷、設(shè)備等的影響，提高了除蠟的安全性、可操作性及裝置的經(jīng)濟(jì)效益，可為同行業(yè)甲醇裝置在線除蠟提供思路和參考。