煤制乙二醇转机选型与优化

郜善军

(安阳永金化工有限公司 ， 河南 安阳 455133)



•生产与实践•

煤制乙二醇转机选型与优化

郜善军

(安阳永金化工有限公司 ， 河南 安阳 455133)

介绍了煤制乙二醇装置中转机的选型及运行中出现问题及解决办法，为新上或技改提供了参考。

煤制 ； 乙二醇 ； 转机 ； 优化

0 前言

安阳年产20万t煤制乙二醇项目是河南省重点项目，是国内建成并达标的单套能力最大项目之一。该项目于2012年底建成投运，一次开车成功并产出优等品。近几年来，经过对试生产中出现的问题不断总结完善，生产工艺不断优化，各类转动机械设备(以下简称转机)的选型及参数进行优化，提高了装置和设备运行的安全性，最终实现了装置满负荷、长周期运行，最长连续运行周期达到160 d，各项运行经济指标保持在同行业前列水平。本文结合该装置生产运行中转机技改经验，总结并探讨煤制乙二醇转机选型应注意关注的问题。

1 主要转机选型

目前国内年产20万t的煤制乙二醇都是采用草酸酯加氢法制取乙二醇工艺技术，在局部细节上存在差异。该工艺技术仅主装置需要配套转机260台套，涵盖种类多，工艺条件要求较苛刻，有汽轮机、大型离心压缩机、往复式活塞压缩机、真空泵、往复柱塞泵、屏蔽泵、磁力泵、离心泵、高速泵等附属配套，同时工艺物料也比较复杂。因此转机的选型好坏牵涉到后期装置的运行周期、检修维护、备件费用等。

1.1 合成与加氢循环压缩机

合成与加氢循环机是乙二醇装置中最核心的两台工艺设备。合成循环机担负草酸酯制备系统工艺气体的循环，提供循环流量和压力源。加氢循环机担负粗乙二醇制备系统工艺气体的循环，提供循环流量和压力源。这两台设备停机就意味着系统停车，他们有循环量大、轴功率大、联锁多的特点；一般选择离心式压缩机，该类型离心压缩机及配套电气仪表国内完全可以制造。

1.1.1 合成循环机

表1 合成循环机

草酸酯合成系统比较复杂，表现在以下几个方面：①组分复杂(有8种以上)且组分比例范围窄，相对分子质量大，平均相对分子质量为33；②酯化和羰基化两个化学反应串联在一个系统中，互起作用，3 min一个循环，操作弹性小；③反应压力低，(0.3～0.4 MPa)。这几方面造成造成设备及管道直径大，轴功率很大(8 000～10 000 kW)，系统联锁复杂。

合成循环压缩机循环量一般在28×104Nm3/h左右，由于升压低、中间不设级间冷却，出口温度≤90 ℃，管道直径大，一般采用双吸单出，机壳水平剖分，干气密封气源原则上采用N2，条件许可采用洁净的CO更好。

驱动方式可选汽驱或电驱，两者各有优缺点。公司设计采用汽轮机，优点是运行稳定。缺点：高压蒸汽管道原始吹扫，汽机和管道热膨胀，每次汽机大修需要单独暖管，单试合格后，再和压缩机联试，最恶劣的情况是单试不合格的开缸，时间长，不保险，汽轮机大修后试车到备机一般需要4 d左右，这些要充分考虑。目前考虑国内大型煤化工的需要，上电、南阳、佳木斯都有10 000 kW以上增安型异步电动机，考虑到维护操作，如果电网许可，也可采用电驱。

1.1.2 加氢循环机

加氢循环机参数如表2所示。

表2 加氢循环机

加氢组分比较单一，主要是氢气，加氢系统对氢酯比有一定要求，循环量一般在68×104Nm3/h左右，系统压力在3.0 MPa，压力降在300 kPa以内。因此，考虑循环量及范围、前后压差，该离心机采用叶轮顺排布置、机壳垂直剖分，单进单出结构，不设中间冷却器，设液力耦合器用于调速，增速机、配备ITCC运行监控系统，级间采用迷宫密封，轴端采用干气密封，密封气采用洁净工艺气，采用膜片联轴器。这种配置，机器操作简单、维修方便，开停、运行、调速、安装、维护。

由于氢分子小，压缩比小，轴功率在3 000 kW左右，一般选用电机驱动。

1.2 草酸酯输送泵的选择

草酸酯分子式为C4H6O4，相对分子质量118，熔点54 ℃，相对密度1.15，可与甲醇互溶，有毒性。草酸酯泵的主要作用是把液体草酸酯由0.2 MPa加压到4 MPa送到加氢系统进行加氢反应。可选泵型有柱塞泵、多级屏蔽泵、多级离心泵、高速泵等，这几种泵型都可以满足工艺要求，不同之处在于使用维护上。柱塞泵的优点是运行稳定、调节方便，缺点是介质容易泄漏难处理，同时进出口管线振动难控制。多级屏蔽泵的优点是无泄漏，缺点是结构复杂，13级叶轮组，装配精度高，特别是滑动轴承易受润滑散热影响而破损，屏蔽套一旦破损需要返厂维修。多级离心泵的优点是耐冲击、运行稳定，缺点是结构复杂，检修安装对中精度要求高，泵体两头机封要求高。

高速泵的优点是单级叶轮、结构简单、维护方便，缺点是巡检水平要求高，问题预判水平高，由于叶轮不带盖板、直线叶片，转速高，一旦出现碰磨，会出现比较大的破坏。

公司原采用三柱塞往复泵，管道振动大，造成设备管口振裂、管架平台振动，多次加固处理仍有隐患，随着负荷的增加振动会相应增大；同时柱塞填料函介质泄漏无法根治，后采取引流收集槽方案予以解决。为保证系统高负荷生产，解决运行隐患，经过多次调研，对能满足工艺需要的多种泵型对比分析，从消除管道振动、解决介质泄漏、检修安装要求、备件等几方面分析，认为高速泵具有优势，后采用高速泵后，单泵连续运行周期突破90 d。高速泵有卧式和立式两种，各有优缺点，从检修维护上建议采用卧式，采用双端面带冲洗机封，冲洗液可以用甲醇、乙二醇、白油等。

不管选用哪种泵型，草酸酯一旦泄漏就会结晶，碰到水会水解成草酸，温度低于54 ℃也会结晶。因此备泵、切泵时都要用甲醇进行洗泵，防止管线及泵腔草酸酯结晶，一旦结晶，及时用蒸汽吹开；时间长了，就需要拆泵检修。

1.3 酯化塔釜循环泵选型

酯化塔是一个回收亚硝酸甲酯的反应塔，它由氧气、甲醇、一氧化氮反应生成亚硝酸甲酯，属于剧烈放热反应。塔釜溶液循环泵担负溶液降温移热的作用，是一台核心设备。该塔釜溶液主要为甲醇，含有部分碳酸二甲酯、水及其他杂质，温度60～70 ℃，流量120～180 m3/h，扬程80 m，该泵流量和氧阀联锁。

磁力泵、屏蔽泵、离心泵都可以达到工艺需要，区别在长周期运行上。最早选用的是磁力泵，运行一周后就报废了；后改为带尾管屏蔽泵，运行周期最长60 d，表现为电流波动大、碳化硅轴承寿命短、易破碎，造成装置运行不稳多次切氧。经过多次分析，认为主要原因：一是溶液温度接近汽化温度，造成滑动轴承润滑不充分，摩擦热不能及时拿走；二是溶液中含有约1.5%的硝酸，对泵腔运转部件有一定腐蚀作用，从而造成掉块进入屏蔽套和转子间造成磨损。

考虑到离心泵操作弹性及抗冲击性能优于磁力泵和屏蔽泵，同时避开了磁力泵和屏蔽泵轴承和介质接触的缺点，最终选用了化工离心泵，过流部件采用耐硝酸不锈钢，采用双端面带冲洗机封， 改造后该泵最长运行周期142 d。

1.4 合成尾气压缩机选型

表3 合成尾气压缩机选型

为保证合成系统循环气气体组分，需要连续抽出部分尾气进行处理，除去循环气中氮气、二氧化碳等无用组分，这股气量一般在1 000～3 000 Nm3/h，加压到1.0 MPa送吸收塔处理。该增压机要求运行稳定可靠，一旦停机，会对合成系统化工组分造成波动，系统憋压。

停机处理气量不大，压缩比不高，一般采用二级压缩机可以满足工艺要求，可选机型有LW、DW往复压缩机，两种机型各有优缺点，从实际运行效果和维护方便上建议采用DW型，无油润滑。

需要注意的是，合成尾气压缩机原料气是合成后循环气入口前组分，气体酸性，对一段气缸有腐蚀现象。在入口增加了高效冷却分离器，效果可以。也可以原始订货时要求一段气缸采用内衬缸套结构设计。

1.5 精馏系统真空泵的选型

粗乙二醇中含有乙二醇、甲醇、乙醇、二乙二醇等十几种组分，需要经过脱醇、脱水、脱脂等工序得到精乙二醇。其中乙二醇产品精馏系统设计为抽真空操作，真空泵运行好坏对产品纯度、透光率影响很大。真空泵的选型也很重要，活塞和液环真空泵都能满足工艺要求。液环真空泵处理气量大，但对真空度要求2 kPa、抽气量1 440 Nm3/h的工艺条件来说，活塞完全可以满足要求。

需要注意的是，真空泵前分离器分离效果一定要经常检查；真空泵后抽出气体变为带微正压气体，抽出气体中含有的湿气会马上凝结为液滴。因此为防止真空泵液击，真空泵进出管线配管注意留出一定坡度，向外坡。

1.6 其他转机的选型

乙二醇合成系统、精馏系统主要甲醇、草酸酯、碳酸酯、乙醇、乙二醇等，这些介质易燃易爆有毒，要根据介质特性和工艺条件对泵型进行筛选，达到运行的长周期。尽量利用它们的的优点、避开缺点，原则上首先选屏蔽泵，其次选离心泵，尽量不选磁力泵。

工艺要求流量大、温度较高、介质组分有变化时，一般选择化工离心泵，选择好机封形式。工艺要求流量不大、温度低于沸点、组分稳定时，一般选用屏蔽泵。工艺要求流量较小、扬程不高、常温、组分稳定时可以选用磁力泵。

2 转机配套注意事项

泵前过滤器，屏蔽泵、磁力泵、离心泵、高速泵对杂质小颗粒反应很敏感，一般采用270 μm(50目)以上，T型、篮式都可以。离心压缩机前过滤器要求厂家配套提供，对阻力提出要求，一般不大于1 kPa。离心泵原则上不选填料密封，选机械密封，国内较好的有四川日机和丹东克隆，有毒介质采用双端面，易结晶介质采用带冲洗。油位原则上不选外置油杯，容易造成假油位。电机要给出厂家要求，尽量统一，便于后期维护。原则上转机电流，出口流量要引入DCS画面，便于监控。

3 结语

本文对煤制乙二醇装置实际运行中经常出现问题的多个关键设备进行了重点介绍，结合工作经验给出了具体处置建议措施。选出适合工艺条件的转机只是第一步，转机的运行周期和日常的运行维护保养管理更是密切相关。通过这几年的装置运行管理，我们认为转机润滑油的管理、屏蔽泵和磁力泵开停泵时轴承的充分过流润滑，工艺条件的变化都要时刻关注，这样转机才能开好，才能达到长周期运行。

2016-08-28

郜善军(1971-)，男，高级工程师，从事煤化工生产与技术管理工作，电话：0372-5402567。

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