CO发生炉与PSA-CO系统优化改造总结.pdf

收稿日期 修稿日期 作者简介朱俊永（），男，河南柘城人，工程师，河南平煤神马聚碳材料有限责任公司光气车间副主任，主要从事化工生产管理工作。发生炉与 系统优化改造总结朱俊永，王玮（河南平煤神马聚碳材料有限责任公司，河南 平顶山 ）摘要河南平煤神马聚碳材料有限责任公司 提纯装置采用“焦炭 ”造气、湿法脱硫、脱碳、工艺制取高纯度 。实际生产中，存在粗煤气气量及气质不稳定、系统干燥单元出口工艺气水含量高、气体成分不佳等问题。经技术交流、认真探讨与充分论证，通过实施加焦系统、发生炉、系统干燥单元技改及增设在线露点仪实时监控水分等，发生炉出口粗煤气 含量约由 提升至 ，产品气纯度约由 提升至 ，成功地解决了高含水煤气（脱碳气）用于 系统存在的问题，技改取得了明显的经济效益和社会效益。关键词 发生炉；系统；运行问题；原因分析；技改方案；运行情况；效益分析 中图分类号 文献标志码 文章编号 （）引言河南平煤神马聚碳材料有限责任公司（简称神马聚碳）提纯装置生产的 输送至光气合成装置合成光气，光气再与双酚 钠盐反应生成聚碳酸酯（）产品；中间各反应步骤均要求严控原料中的水、甲烷含量。神马聚碳的 提纯装置造气系统采用“焦炭 ”造气工艺制取 含量为 的粗煤气，粗煤气经湿法脱硫、脱碳后，利用变压吸附系统（）将 提纯至 以上；系统制取高纯度 的关键在于铜系吸附剂，铜系吸附剂极易吸水，且主要活性成分 若遇到一定量的水分会迅速被氧化而失去活性。实际生产中，由于种种原因，系统干燥单元出口工艺气的水分严重超标，神马聚碳光气车间技术人员通过与设计院、工艺相近的生产厂家进行技术交流，自行拟定技改方案并自主实施了造气系统与 系统的优化改造，取得了显著成效。以下对有关情况作一介绍。运行问题 粗煤气气量及气质不稳定 发生炉（造气炉）采用“焦炭 ”造气工艺制取粗煤气，实际生产中 发生炉存在火层燃烧不均、灰渣层和气化层温度不易控制、炉渣易结块且破渣能力差等缺陷，造气系统难以安全稳定运行，粗煤气气量及气质不稳定。系统干燥单元出口工艺气水含量高 系统吸附剂要在低水含量下运行，脱碳气需先进行干燥净化。脱碳气在干燥前先进入两级换热器降温，换热器管程脱碳气与壳程 的 乙二醇溶液换热后，脱碳气温度由 降至 ，其饱和水含量由 降至 ，之后工艺气进入由 台冷却器、台复热器、台干燥塔、台蒸汽加热器等组成的干燥单元。干燥单元运行时一台干燥塔处于吸附状态、另一台干燥塔处于再生状态，台干燥塔交替操作，干燥塔再生气气源采用 系统一段 尾气，气量约 （标态，下同），每台干燥塔一个再生循环时间约 。实际生产中，含水量约 的工艺气进入再生好的干燥塔后，前 内干燥后其水含量在 以内，后干燥后的工艺气水含量逐渐增加，干燥塔在转入再生状态前其出口脱碳气水含量会升至 ，远超干燥后脱碳气水含量 的指标要求。气体成分不佳）粗煤气（温度 ，干基）典型成分（体积分数，下同）为 、（）、（），粗煤气中的 含第 期 年 月中氮肥 量低于设计值 、含量高于设计值 ，不利于系统的优质运行。）系统入口原料气典型成分为 、（）、（），系统入口原料气 含量偏低、水含量偏高，不利于系统的优质运行。原因分析 粗煤气气量及气质不稳定原因）发生炉点火烘炉时，由炉底东、西两侧灰斗检查孔进空气自然通风时，空气不能均匀分布，造成偏烧现象，火层燃烧不均匀。）发生炉炉底下灰口间隙过大，致使下灰速度过快、下灰量过多，易出现灰渣层减薄和局部塌焦现象，造成燃烧层偏烧，造气炉局部温度升高，易造成设备损坏（烧坏温度计套管及炉箅等），操作人员不易控制灰渣层和气化层温度，工况异常，不能确保系统稳定运行。）发生炉底部炉壁周长 ，原有破渣条 个，由于炉箅呈宝塔形状，较大的渣块不易下到炉箅下层与炉壁之间的空隙，影响破渣效果，大的渣块不易破碎，继而易导致出现如下问题：气化剂分布不均，影响气质；易出现偏流、下红火现象，严重时造成设备损坏；大渣块容易堵塞排渣口，影响出渣量，造成渣层增高、火层上移，浇注料处易挂疤，出口粗煤气温度升高，热损失增大，原料消耗增多。提纯干燥单元出口工艺气水含量高原因干燥塔吸附阶段后期，提纯干燥单元出口工艺气水含量高达 ，远超 的限值要求。分析认为原因有二：一方面，干燥单元再生气量较小，吸附剂再生不彻底，导致干燥塔吸附效果不好；另一方面，高压蒸汽经减压后（由 减至 ），蒸汽加热器出口再生气温度不高，最高只能达到 左右，远低于设计值 ，从而使再生加热、吹冷时间过长，变相延长了吸附时间，造成脱碳气中的水分穿透干燥塔吸附床层而进入后工序，最终导致 产品气水含量超标。技改方案及实施情况神马聚碳对造气系统、提纯装置进行了一个周期性、代表性取样测试，粗煤气 含量稳定在 左右，煤气流量均匀、不波动，通过对测试结果的分析，确保粗煤气气质稳定、提高粗煤气 含量，可以达到提高 产品气质量的目的。主要技改方案）焦炭振动给料机下料口增加篦子，由备焦系统从源头上过滤掉较大块的焦炭；在储焦斗下料管线处增设 台气动锤，出现卡焦现象时由主控远程手动控制气动锤处理异常卡焦，减少操作人员的工作量，保证系统的正常运行。）发生炉底部增设 中心管，手阀控制进气量，保障点炉时空气均匀分布与火层燃烧均匀；发生炉炉底下灰口处增设防流板，控制下灰量，防止渣层减薄；在原有炉圈破渣条上方呈 角再焊接 个破渣条（破渣条总数达 个），自上而下逐层破渣，增强破渣能力，保障系统安全、稳定运行。）为解决再生气量不足并提高 回收率，系统干燥单元再生气气源由 系统一段 尾气改为神马聚碳富裕氮气，同时蒸汽加热器入口增设 条再生氮气管线，用于再生加热、吹冷，干燥塔底新增 条再生气管线去高压火炬总管对再生氮气进行放空；在加热、吹冷阶段用氮气进行再生，只在转入吸附步序前用干燥原料气进行置换，加快干燥塔 （变温吸附）循环频率，防止水分穿透干燥塔吸附床层。）在干燥塔出口、粗 预热器出口、一段真空泵出口、风机冷却器出口、二段真空泵出口各增设在线露点仪 台，一共增设 台，实时监控 后、进一段吸附塔前、一段真空泵出口、风机冷却器出口、二段真空泵出口介质的水含量，以便出现异常能及时发现和及时处理。）载铜 专用吸附剂的最佳吸附温度约，冬季气温低，管线温损比预期大，重新优化工艺，提高 吸附塔进气温度，满足约 的进气温度要求。新增设备及材料简况 防涡板，花纹钢板（基材厚度 ），遵照 花纹钢板（），材质 ，；无缝钢管，遵照 输送流体用无缝钢管（），材质 ，；无缝钢管，中 氮 肥第 期 ，遵照 ，材质，；三通（无缝管件等径三通），遵照 钢制对焊管件 类型与 参 数（），材 质 ，；无缝钢管，遵照 、化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列（），材质，；弯头（），遵照 承压 设 备 用 碳 素 钢 和 合 金 钢 锻 件（）、锻制承插焊和螺纹管件（），材 质 ，个；法 兰，遵照 、钢制管法兰、垫片、紧固件（），材质 ，个；垫片，遵照 ，材质 ，个；闸阀，材质 （阀芯材质 ），个；支 管 台，遵 照 、，材质 ，个；瑏瑡 气动锤，个；瑏瑢 两位三通电磁阀，个。技改实施情况 加焦系统技改由于焦炭供货方面的原因，焦炭粒度不均匀、大块较多，不能达到合格焦炭粒度，向 发生炉加焦时（系统设置 加焦 次）易出现卡焦现象，需要岗位人员频繁敲击下料管线才能正常下料，大大增加了工作量且易发生安全事故。为此，年 月系统停车大修期间对加焦系统进行技改，在焦炭振动给料机下料口增设蓖子，由备焦系统从源头上过滤掉大块的焦炭，生产中出现卡焦现象时主控人员可通过远程手动控制储焦斗下料管线处增设的 台气动锤予以疏通，及时、快速地处理异常工况，减少岗位人员的工作量，并保证系统的正常运行。发生炉技改为提高粗煤气气质，发生炉底部增设 中心管（配套 闸阀 个、钢管 、厚度 钢板、直径 螺纹钢 ），发生炉点火培养火层时由炉底东、西两侧灰斗检查孔进空气改为炉底中心管进空气，以使空气分布均匀，避免偏烧、炉底火层燃烧不均等现象。年 月系统停车大修期间实施了此项技改，技改后出渣顺利，设备运行稳定，自上而下逐层破渣，增强了破渣能力，保障了系统的安全、稳定运行。系统干燥单元技改神马聚碳有大量的富裕氮气，其水含量在 以下，用富裕氮气作为再生气可保证吸附床层干燥效果，提高 产品气气质；为保证干燥塔在转入吸附步序前塔内氮气置换干净，年 月系统停车大修期间实施技改，再加一路洁净的干燥 气，即转入吸附步序前用干燥的原料气置换干燥塔。使用富裕氮气对 系统干燥单元进行再生，可缩短再生时间，加快 循环频率，防止水分穿透吸附床层而进入后工序，利于生产高品质的 ，并可杜绝后工序生成 、，防止管线腐蚀和聚碳酸酯（）产品质量退化。增设在线露点仪实时监控水分 年 月系统停车大修期间，增设在线露点仪 台：干燥塔出口设置 台，用于实时监测干燥效果；粗 预热器出口设置 台、一段真空泵出口设置 台、风机冷却器出口设置 台、二段真空泵出口设置 台，其作用均为可以及时发现换热器漏水，出现异常时能及时发现、及时处理，从而保护吸附剂。技改后系统运行情况）经运行检验，点火培养火层时由 发生炉炉底中心管进空气，空气分布均匀，避免了偏烧、炉底火层燃烧不均等现象，提高了粗煤气气质；炉膛出渣顺利，破渣能力提高，保证了造气系统的安全、稳定运行，其工艺参数达到了设计要求；粗煤气中 含量明显提高，各项指标均满足后工序生产所需，技改达到了预期效果。）系统干燥单元技改后，缩短了 的再生时间，加快了 循环频率，同时可防止水分穿透吸附床层；系统内各在线露点仪监测到的水含量均在 以内，深度净化单元出口 气水含量可控制在 以内。）提纯装置 产品气流量 （正常值）（最大值），温度 、压 力 ，产 品 气 典 型 成 分 为 （均值）、（）、总硫（以 计）未检出、。（下转第 页）第 期朱俊永等：发生炉与 系统优化改造总结（通入 气）尿素粉尘回收装置排液氨含量为 ，尿素粉尘回收装置排液量以 、排液密度以 计，每日可多回收液氨 （）、每日可回收尿素 ，按年运行 、液氨价格 元 、尿素价格 元 计，氨回收年增效益 万元、尿素回收年增效益 万元（全厂 富余，不用也会放空，故通入的 气不计入成本；新增机泵电耗等忽略不计）。结束语在当今尿素生产成本不断增高和环保排放要求日益提高的背景下，尿素装置排放尾气治理势在必行。正元氢能公司尿素装置尾气氨治理之超低排放项目（包括尿素生产尾气氨治理和造粒塔尾气氨治理）通过对现有尿素装置进行改造，将尾气氨治理超低排放技术应用与尿素装置有机结合，投运后对尿素装置的正常生产无任何不良影响，不仅有效解决了环保问题（排放尾气中的氨含量完全达到甚至优于超低排放标准），减少了对周边环境的污染，氨回收还带来了一定的经济效益，且氨治理超低排放项目具有施工周期短、流程简单、操作简便、洗涤高效、运行成本低等优点。综上，尿素装置尾气氨治理之超低排放技术的开发与应用符合国家环保产业政策与构建和谐社会的要求，既增加了企业的经济效益又减轻了环境污染，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益，值得推广应用櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅。（上接第 页）效益分析 发生炉技改效益）社会效益。发生炉开 停车过程中易发生安全环保事故，造成不良的社会影响，本次技改后，发生炉的开 停车次数大大减少，从而大大降低了安全环保事故发生的概率。）经济效益。改造前 发生炉出口粗煤气 含量（干基）均值约 ，改造后 发生炉出口粗煤气 含量（干基）均值约 ，粗煤气中的 含量提高了约 ，等量粗煤气可多产纯 产品气约 （粗煤气的 产率按 计），即改造后造气系统满负荷（改造前后原料焦炭、用量相当）工况下 产品气产量可达 ，较改造前增产约 ，产品气生产成本约 元，按年运行时间 计，全年可增效约 万元（发生炉技改投资较少 气动锤 元、炉体内电焊改造材料及工程费 元，忽略不计）。系统技改效益）社会效益。本次 系统的技改，充分利用了神马聚碳动力车间富余的氮气，延长了公用工程产品链条，实现了公用工程介质与煤气的综合利用与节能减排，深化了循环经济项目的开发应用，提高了产品附加值，具有投资少（技改材料及工程费用 元，在线露点仪 台共计 元）、实施易、效果好的优点，既创造了经济效益，又减轻了大气污染，社会效益与环境效益显著。）经济效益。系统吸附剂更换周期为 ，更换 次吸附剂费用约 万元，确保原料气水分达标后，吸附剂更换周期可延长至 ，仅此一项年直接经济效益就达（）（）万元，而技改助力系统优质运行产生的间接经济效益则更多。结束语神马聚碳造气系统与 系统的优化技改方案，经专家与相关技术人员认真探讨和充分论证，此工艺技改优化组合方案是目前国内“焦炭 ”制粗煤气生产 产品气工艺中最先进的生产工艺，具有投资少、实施易、效果好的特点，技改后有关工艺参数均达到了设计要求，产品气纯度明显提高（发生炉出口粗煤气 含量约由 提升至 ，产品气纯度约由 提升至 ），成功地解决了高含水煤气（脱碳气）用于 系统存在的问题，经济效益和社会效益明显。本技改项目实施后，产品气气质得到提高，系统能耗下降，为下游光气合成装置的优质运行与产品质量提高奠定了基础，助力了神马聚碳高端聚碳酸酯（）生产走在行业前端。中 氮 肥第 期