煤制甲醇工艺中的变换气氨含量控制

陈少锋

(陕西未来能源化工有限公司, 陕西 榆林 719000)

煤制甲醇工艺中的变换气氨含量控制

陈少锋

(陕西未来能源化工有限公司, 陕西 榆林 719000)

介绍了某水煤浆气化生产甲醇装置运行过程中出现的压缩机入口铵盐结晶造成压缩机入口、叶轮及流道内堵塞，严重影响压缩机打气量的问题。通过分析生产工艺中氨的来源、形成及危害，提出了增加氨洗塔来解决变换气中氨含量高的问题，确保了生产装置的长周期稳定运行。

变换气；氨；铵盐；洗涤

某水煤浆气化装置一期年产20万吨醋酸、24万吨甲醇和配套8万kWh发电项目2005年各系统相继建成投产，2007年经过系统优化和改造，实现了甲醇、醋酸产能均达到30万吨的生产能力。二期项目2007年开工建设年产30万吨醋酸装置，充分利用一期现有生产装置及公用工程的富裕能力，将一期工程气化系统送来的60000Nm3/h煤气，经变压吸附处理，分离出的高纯度CO满足二期项目30万吨醋酸生产，同时还分离出28000Nm3/h的H2并入一期工程中甲醇合成装置综合回收利用。

1 运行中存在的问题

变换第六水分离器V2012有30000m3/h左右的气量去变压吸附，和经燃气脱硫塔出来的脱硫气汇合后去变压吸附工段，气体中没有脱除的氨在压缩机入口、叶轮及流道内析出，影响压缩机打气量。从变压吸附三段返回到甲醇合成工段的H2与甲醇净化来的精制气混合后进入合成压缩机，混合气生成的铵盐在合成压缩机入口、叶轮及流道内析出，严重影响压缩机打气量。在2008年7月、2011年8月先后两次因压缩机入口、叶轮及流道内结晶堵塞造成压缩机停车检修。

2 原因分析

水煤浆气化以其原料范围宽、安全易控制、碳转化率高、粗煤气质量好等特点成为目前应用范围广、工艺成熟的气流床气化技术。工业生产表明，不论何种气化工艺，气化时煤中的一部分氮都会转化为NH3。

系统中的氨来源于以下部分：一是来源于原煤中的N，含量根据煤种而不同；二是部分添加剂中存在的含氮物质，进入系统水中，最后用于制煤浆带入气化炉；三是含氨的冷凝液用于制煤浆，也使得氨重新进入气化炉参与反应。

粗煤气将溶解了较多氨的洗涤液带入后续净化系统，变换气中CO2体积分数又高达30%，系统水中会溶解NH4HCO3和CaCO3，系统水的循环利用和氨的累计，使系统水PH值偏高，系统水中铵盐、钙盐的溶解度也近于饱和。因此在变换后的低温处极易形成铵盐、钙盐结晶。结晶附着在管路、仪表、阀门、倒淋及容器的底部和出口，不但影响传热传质，使原料气温度、组成、净化程度等不能满足合成工艺要求，而且腐蚀、堵塞设备和管路，使系统憋压。虽然变换气经脱硫、脱碳溶液可吸收脱除大部分氨，脱除的这部分氨经酸性气带入硫回收系统在低温处结晶析出，造成再生塔酸性气憋压，硫回收系统阻力高造成系统停车。

3 改造方案

3.1 技术路线

填料塔虽然具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点，但需要的洗涤液量大，量小时不能有效润湿填料表面，使传质效率降低，且气体脏时易造成填料堵塞，综合考虑我们选用泡罩塔，其具有操作弹性大，气液比范围大，不易堵塞的特点，特别是用水量小，洗涤后的含氨水可进入汽提气冷凝分离器上部换热器预热后进入冷凝液气提塔，经蒸汽加热气提后返回气化水洗或磨机，循环使用，避免了资源浪费和环境污染。

3.2 氨洗塔设计参数

表1 氨洗塔设计参数

3.3 改造内容

(1)在变换第三水分离器出口、入变换脱硫塔前增加一氨洗塔；

(2)在第六水分离器出口、去变压吸附和燃气脱硫塔前增加一氨洗塔；

(3)洗涤水用气化高压密封水，需增加冲洗水流量调节阀及流量显示，既可就地显示，又可远传到DCS显示，流量调节阀控制室可调节；

(4)水洗塔配备一套磁翻板液位计，一套远传液位计，既可就地显示，又可远传到DCS显示；

(5)塔内液位测定后，远传到DCS中控室，操作人员看液位显示操作，发出指令远传到现场的执行机构，完成气动薄膜调节阀升降调节塔内液位。设定程序后实现自动控制氨洗塔液位。

(6)氨洗塔出口增加温度、压力显示，并远传至DCS显示；

(7)氨洗塔洗涤水出口增加液位连锁，液位低于10%时自动关闭，防止高压串低压；

3.4 流程示意图

流程示意图见图1。

3.5 现有基础

本次改造主要依托目前在运行的24万吨/年甲醇装置，目前甲醇装置能满足甲醇生产和后续的改造需要，新增公用工程如下：

3.5.1 仪表空气

本项目需新增加调节阀4台，一般每台调节阀最大需要仪表空气量按1.0Nm3/h计算，本项目共需要仪表空气4Nm3/h，公司一期工程空干站可外供仪表空气2400Nm3/h，目前一期工程用仪表空气2200Nm3/h，因此本项目的配套调节阀用仪表空气，气源可就近选择相近的仪表空气总管气源，仪表空气能满足本项目的需要。

3.5.2 洗涤水

新增的两台氨洗塔洗涤水利用气化高压密封水，温度为40～45℃，压力为6.2MPa，水洗塔单台用水量为0.5～1m3/h，气化高压密封水依据设计还有余量，洗涤水能满足本项目的需要。

3.5.3 洗涤后废液

洗涤后的含氨废水可利用变换现有冷凝液气体装置，进入汽提气冷凝分离器上部换热器预热后进入冷凝液气提塔，经蒸汽加热气提出水中的NH3、H2S等介质后返回气化水洗或磨机，循环使用，避免了资源浪费和环境污染，同时节约了蒸汽消耗。

4 经济、社会效益分析

4.1 经济效益

由于变换气中氨、催化剂粉末、煤灰等被脱除掉，避免了合成压缩机和CO压缩机入口、叶轮、流道堵塞造成的系统停车，保护了脱硫、脱碳溶液，避免了溶液污染和酸性气管道堵塞造成的酸性气憋压。

(1)合成压缩机、变压吸附CO压缩机入口、叶轮、流道堵塞停车检修需要48h，每小时可生产甲醇40t，醋酸约80t，甲醇按2000元/t，醋酸按2200元/t，避免一次停车可增加销售收入40×48×2000+80×48×2200=1228.8万元

(2)由于溶液受到污染，脱硫脱碳溶液平均每四年需要回制一次，回制费用6000元/t，溶液回制损失按6%计算，NHD溶液按21000元/t，脱硫脱碳系统一共有溶液500t，平均每年可节约费用(6000×500+500×6%×21000)/4=90.75万元；

(3)避免一次因铵盐结晶引起仪表不能正常工作或管道、填料堵塞造成单系统停车，每小时可增产甲醇40t，增加销售收入40×2000=8万元，同时也避免了因甲醇系统停车造成醋酸减量或停车；

(4)避免硫回收平均两个月清理一次酸性气放空管道，避免环保超标或再生塔、硫回收超压引起安全及设备事故，提高装置的运行时间。

4.2 社会效益

洗涤后的含氨废水可利用变换现有冷凝液气提装置，进入汽提气冷凝分离器上部换热器预热后进入冷凝液气提塔，经蒸汽加热气提出水中的NH3、H2S等介质后返回气化水洗或磨机，循环使用，避免了资源浪费和环境污染。

(本文文献格式：陈少锋.煤制甲醇工艺中的变换气氨含量控制[J].山东化工，2016，45(14)：70-71.)

Ammonia Content Control of Reforming Gas in the Process of Making Methanol From Coal

ChenShaofeng

(Shaanxi Future Energy Chemical Industry Co., Ltd. ,Yulin 719000，China)

The influence factor of discharge gas qty of compressor and the solution of the problem in the process of operation of the methanolplant based on coal-water slurry gasification had been discussed. Ammonium salt crystallization in the suction port of compressor caused the blocking of suction port of compressor, impeller and runner. Because of which, the discharge gas qty of compressor was seriously affected. The source, formation and the harm of ammonia in the production technology were analyzed. On the basis of analysis, the ammonia washing tower was adopted to solve the problem of high ammonia content of shift gas. So the long period stable operation of production equipments was secured.

reforming gas; ammonia; ammonium salt; washing

2016-05-29

陈少锋(1981—)，湖北襄阳人，工程师，硕士，主要从事气体净化相关生产技术及项目建设管理工作。

TQ223.12+1

A

1008-021X(2016)14-0070-02