大规模醇类加工设施压缩机情态合理解析

　　高浓度的惰性组分（甲烷）及过剩的氢气，使合成循环气量高达340000Nm3/h，合成压缩机的功耗达3123kW.与相同规模的其它装置的3098kW相比，能耗非但没有降低反而增加，导致事与愿违。

　　由于生成相同数量的甲醇其反应热为定数，循环气量的增加意味着合成塔出口气体温度要降低，亦即合成汽包产汽的温差推动力降低。该设计还采用对温度比较敏感、使用温度范围较窄的催化剂，使合成塔不能提温操作，合成汽包产汽不足5t/h，比原设计每小时少产4t蒸汽，而相同规模的其它装置的产汽量为1488t/h.由于未向施工单位交代转化炉下集气管内衬施工程序细则，开工后，16Mn的下集气管过热，为此增加水夹套，损失了相当于3t/h蒸汽的热量，加之转化工序多消耗2t/h的蒸汽，该装置在设计上毫无盈余的蒸汽平衡缺少9t/h（实际操作差7t/h）。使仅在开工时启用的快装锅炉不得不用来弥补在正常生产时的这一亏损。显然由于综合能耗高，其生产成本难以降低。

　　建议对其改造的途径如下：（1）增设烟道气CO2回收装置。将回收的CO2于转化前（或后）补入系统，可将氢碳比调至（205210）的*佳范围。解决氢气过剩，循环气量过大，合成产汽少的问题，以降低压缩机的功耗，达到蒸汽平衡。

　　（2）在装置长、满运行之后，可考虑增设纯氧二段转化炉，降低残余CH4含量，优化生产工艺。

　　转化气工艺凝液系统分离工艺流程设计的失误该系统的工艺流程如，对其分析可以得出：（1）出锅炉水预热器的转化气设计温度为187，已接近露点。由于增加了下集气管过热保护水夹套，使露点前移，此段将出现凝液。特别在催化剂使用前期，其活性好，转化炉出口温度低，表现更为严重。此后、如经冷却温降必然产生凝液，应及时分离，以避免两相冲蚀及水锤。

　　（2）分离器A、B为沸点下的饱和凝液，经出口调节阀节流后会出现汽化，凝液泵入口将严重汽蚀，使其很难正常操作，甚至很快破坏。

　　（3）在分离器A、B、C中，凝液首先大量在A、B出现；在C中凝液晚出现，且量小，该设备体积又小（约15m3），用其液位控制泵出口调节阀，缓冲时间短，凝液泵将随调节阀频繁开启，系统难以正常运行。

　　鉴此，可在锅炉水预热器及加压塔再沸器、预塔再沸器及脱盐水预热器之间各加一台分离器，及时分离凝液以避免对管道的冲蚀及水锤；增加工艺凝液贮槽，所有分离器中的凝液先进入该槽闪蒸，闪蒸气经水冷后，凝液返回贮槽，不凝气并入汽提塔出口。由具有足够容积的凝液贮槽的液位来控制泵及其出口调节阀的开启，保证系统正常运行。

　　分离系统工艺管道设计的失误该装置分离器系统管道仅运行了200多天，管道壁厚严重减薄，此次所测壁厚仅7mm，为设计壁厚的一半，个别弯头业已出现穿孔（同时设计的另一相同装置已四次爆管）。追究原因，有如下三方面的腐蚀；（1）前已述及，由于出现冷凝液发生两相流冲蚀。

　　（2）该系统管道材料选用了碳钢。冷凝液溶有转化气中的CO2，形成含HCO3-的溶液，实测的pH值为23.碳钢pH值小于4不耐HCO3-的腐蚀，以致碳钢管道内壁的氧化膜很快破坏，使管道迅速发生HCO3-酸性腐蚀。

　　（3）随着氧化膜的破坏，转化气中的CO将与碳钢中的Fe生成各种羰基铁（主要是Fe（CO）3），会产生严重的羰基化腐蚀。且因两相流冲蚀的存在，羰基化膜很快被带入工艺气中，腐蚀继续发生。该系统的管径为37714mm，约100m的管道，壁厚减少一半，甚至频频爆管也将在所难免完成了21节所述及改进后，将材质改为188奥氏全不锈钢，可确保装置长期稳定运行。

　　石腊产生原因石腊大量产生的原因虽然众说纷纭，尚无定论。但对于该装置可以认为：（1）大量石腊的产生并非催化剂的副反应，可以肯定合成催化剂表面吸附了生成石腊的催化剂。

　　在以天然气为原料的甲醇装置中，可能成为石腊生成催化剂的物质为羰基镍、羰基铁。羰基镍在1200以上的高温下才能大量产生，低于此温度其生成速度极慢。而羰基铁的*佳反应温度为120180（转化气分离系统处于此温度范围）。前已提及此段存在严重的羰基化腐蚀，其腐蚀产物羰基铁被两相流冲刷，转化气将其夹带入合成系统，*终吸附于合成催化剂表面为生成石腊提供了催化。综上所述，羰基即使存在，其生成量要少得多。对石腊夹杂物进行分析，证实含量*多的为羰基铁。

　　（2）低空速或不正常操作，若在合成塔*佳反应温度（265275）范围外操作，好的合成催化剂选择性强，副反应很少，其使用温度范围较宽。

　　该设计选用了使用温度范围较窄的催化剂，为石腊的生成提供了条件。

　　（3）合成气压缩机选型不当。该设计压缩机选用机械密封型，由于设计不完善以及难以避免的事故开停车，机械密封的O型环会因受压频繁地交变而使润滑油漏入气缸，加之氢碳比过高，存在大量的过剩氢，为产生石腊提供了反应物。笔者曾对正常运行的类似装置进行考查，伴随每一次漏油，定会有石腊出现。

　　综上所述，重组份（润滑油漏）与过剩氢由于羰基铁的催化，在空速及温度偏离甲醇*佳反应的工况时生成了相对较多的石腊。

　　实践证明，一旦石腊生成，甲醇的副反应加剧，一些有碳双键的副反应产物，诸如不饱和烃类等将与过剩氢发生烷基化反应，转化为石腊。

　　大量生成石腊，加之甲醇分离器、压缩机进口分离器、循环气分离器设计的分离效果不好，透平压缩机带液严重，给正常生产带来威胁。

　　若完成了上述改进，因无催化剂羰基铁，石腊即使产生，其量甚微。

　　关键设备选型转化气废热锅炉转化气废热锅炉进出口温差（854/309）、管程与壳程的温差（854/250）都很大，操作条件相当苛刻，如何选择设备的结构，降低设备自身的热应力，以保证装置长期安全运行，是衡量设备设计合理性的关键。该设计废热锅炉选用了U型管式，这可有效地解决管程与壳程温差大及其引起的热应力大的问题。然而，却难于解决进出口温差大而引起的管板上、下热应力大的问题，尤其随着装置大型化，问题更为严重。该废锅运行一年，管板上的管接口就多处开裂，只得更换U型管束。若选用挠性管板式废热锅炉，既可解决温差大、热应力大的问题；也可避免壳体与管板的环向焊接。我们在同类装置设计中采用了挠性管板式结构，取得了成功。