一 原因探讨
为找出导致该装置结蜡的原因,对装置扩建前后可能导致结蜡副反应增加的因素及相关参数进行了比较。
首先该装置所使用催化剂是2004年5月更换的,到扩建停工仅用了17个月,远低于以前使用的44个月,且从停工前的运行参数看,该装置在用的催化剂还处于使用中前期。
其次由于本装置扩建过程中联合压缩机没做更换,因此不具备提高合成反应压力的可能,而实际运行中,由于生产负荷的提高,工艺气在管道压力降增加,合成系统反应压力不仅没升高,反而有所降低。
在该装置运行过程中,都是根据催化剂活性变化适时适度提高反应温度,因此在扩建前后该装置的催化床层表观温度并没有降低甲醇合成结蜡原因分析与应对措施。过程中因操作方案、保护方案不完善导致催化剂被污染而导致结蜡,调出了这期间开停车的相关记录,发现:在装置停车**时间,将该系统与相关系统用盲板隔离,并用99.98%的氮气置换至φ(CO+H2)<0.2%.在装置停车期间系统氮气保压,保证压力在0.3MPa~0.5MPa(G)。因此,可以排除停车期间催化剂保护不当使催化剂被污染而导致结蜡的可能。
在开车之前,对合成前系统先进行压缩空气吹扫合格后,再用氮气对系统进行置换,置换至φ(O2)<0.2%,然后与该合成系统并网进行氮气循环升温,进入开车程序。因此,在开车过程中将八族元素和碱性元素带入合成污染催化剂导致结蜡的可能性可以排除。
通过以上分析,可认为导致该装置结蜡的原因如下:
(1)锅炉给水温度低。
在该装置扩建过程中,虽然对主工艺系统没做改变,但将锅炉给水系统进行了改变。扩建前,该合成汽包的锅炉给水是先经过将脱盐水在除氧器中除氧加热到100℃,然后经独立的给水泵送到给水预热器预热到234℃后送入合成汽包;扩建后,该合成的锅炉给水没经过给水预热器,而是从除氧器出来后直接经由水泵打入合成汽包。该汽包的表观压力为3.4MPa~3.6MPa(G),对应的饱和温度应是240℃~243℃,但由于100℃的水无法在瞬间被加热到汽包压力对应的饱和温度,且由于其密度远大于饱和水而迅速进入反应器反应区壳程,使该区温度降低。因此,在生产过程中该反应器内一直存在局部低温,即一直有部分催化剂在活性温度以下工作,导致在该局部发生大量生成烃类的副反应,生成大量石蜡。
(2)装置低负荷运行。
在装置正常运行过程中,由于原料气量不足,装置一直处于低负荷运行,该装置的实际运行负荷是90000Nm3/h左右,仅为设计负荷的64.28%,因此床层内空速相对偏低。在开工过程中,由于该装置的纯氧二段炉所需氧气必须在一段炉投运正常产够足够蒸汽后才能开制氧装置,制氧装置要4天时间才能产出合格氧气。因此在一段炉投运正常后,不能立即投氧投二段炉,而是合成装置先引起开车,在52000Nm3/h~53000Nm3/h的超低负荷下运行直到4天后二段炉投运后,才能进一步提负荷。所以从合成引气开车到投运正常要经历约5天的低负荷运行期,该期间的合成进气量仅为设计量的37%.因此长时间的低负荷导致装置结蜡严重。
(3)开工阶段的间断上水。
由于该装置在投运二段炉前进料量低,仅为设计负荷的37.1%,且原料气组分差,反应气中φ(CH4)接近30%,循环比相对较大,反应产热量小,装置难以自热。在开工阶段一段炉投运正常到纯氧二段炉投运的这近110h中,汽包只能采用间断上水,且上水时间间隔长达5h~6h,在此间隔期间约100℃的上水在管线中被自然冷却接近常温,当再次上水时进入汽包的就有大量常温水,从而在反应器壳程局部出现远低于正常反应温度的低温点,使该区域反应床层温度低于活性温度,导致在该低温区域发生结蜡副反应几率大大增加。造成装置结蜡的设计上的原因是:该套合成装置没有锅炉给水预热器。
二 应对措施探讨
1 针对装置没有锅炉给水预热器的措施
鉴于本企业中的另一套甲醇合成装置有锅炉给水预热器,且锅炉给水预热后温度可达237℃,可采取以下措施:在另一套合成给水预热器锅炉给水出口与该套合成锅炉给水线间加一条跨线,在两套合成锅炉上水量不超过泵负荷时该套合成锅炉水经该跨线供给。为避免因该套合成调节上水量导致另一套合成锅炉给水预热器超压可在换热器出口锅炉水线上加一远传压力表,通过控制进预热器锅炉水阀开度控制系统压力不超。
2 针对开工阶段装置间断上水引起结蜡的措施
在停掉开工喷射器装置不能连续上水的情况下,维持开工喷射器有较大开度,使合成塔壳程因有中压蒸汽而不出现局部低温而导致结蜡。
3 针对长时间低负荷运行导致结蜡的措施
由于另一套合成锅炉给水经过了预热,不易出现装置结蜡,可调整配气量,增大本套合成装置进气量,增大空速减少甚至避免结蜡。
三 结论
根据以上分析,得出以下结论:合成汽包锅炉给水不经过预热或预热温度不够而直接送入合成汽包,在反应床层形成局部温度,若该温度远低于催化剂活性温度,会使合成生成石蜡的副反应增加,引起装置结蜡。因此设法控制适当的反应床层的温度、提高空速对减少装置副反应,减少装置结蜡有重要意义。
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