合成油中试装置搬迁改造

曲宇霞

(中国能源工程集团有限公司，上海 200061)

生产与应用

合成油中试装置搬迁改造

曲宇霞

(中国能源工程集团有限公司，上海 200061)

以某合成油中试装置搬迁改造为例，通过搬迁方案选择、技术改进及搬迁过程中出现问题的应对解决方案，对合成油装置改造进行了经验总结。并通过跨国装置搬迁经验总结，为类似工程设计提供参考和思路。

合成油；中试装置；搬迁；改造

引 言

煤、天然气或者生物质先转化为合成气，再通过Fischer-Tropsch(简称FT)合成转化为烃类产品，经过深加工可得到优质液体燃料，如，汽油、柴油、航空煤油和其他化工原料(如，润滑油基础油、食品级蜡)等。

GTL工艺是利用天然气生产清洁燃料的重要方向[1]，符合环保要求趋势，是目前被广为看好的天然气生产合成油技术路线[2]。在能源安全、环保和资源利用等因素推动下，GTL/CTL技术具有极为重要的战略意义。

目前，GTL技术得到了广泛的研发，技术较为成熟，在卡塔尔等天然气资源丰富的国家已经成功实现了工业化生产[3]。南非Sasol公司、Shell公司、Exxon-Mobil公司、Syntroleum公司等均已开发并形成了自己的GTL/CTL技术。国内的中科合成油公司、山东兖矿集团等自20世纪80年代起也开始了FT合成的研究，并逐步形成了自己的技术[4]。近几年，国内已有数个百万吨级的合成油装置建成或在建。

1 项目背景

该项目由国内某石化公司自国外引进，目的在于开展合成油技术攻关，从关键设备、催化剂及工艺、废水处理等方面进行全方位的深入研究，进而开发有自主产权的合成油成套技术。

搬迁装置原建于美国，为国外某公司所建中试装置，该公司进行浆态床FT合成技术的研究已经有10多年的时间，取得了很多研究成果。但受自身资金、技术等方面的限制，该技术在工业化道路上还存在许多需要改善的问题。

将浆态床中试装置进行拆迁重建，可缩短研发周期，节省研发费用，降低研发风险。但原技术还有许多有待改进的地方，需开发出超越原技术的新FT合成技术，为今后生产大型化提供完整的设计数据，形成该石化公司在替代能源领域新的技术储备，对该公司发展GTL/CTL技术具有战略意义。

2 工艺路线的改进和完善

2.1 原工艺路线简介

原工艺以天然气为原料，技术包括从合成气制备、FT合成、催化剂再生到油品精制等的GTL全工艺过程，是一套完整的GTL工艺技术。工艺流程简图如第74页图1。

图1 原技术工艺流程简图

原工艺合成气制备采用空气基ATR工艺技术，氧化剂为空气，所制备的合成气中含有大量的氮气(40%～50%)，有效气浓度低，因而采用两级FT合成，以提高反应转化率。因FT合成尾气中含有大量的氮气，尾气直接送焚烧筒焚烧处理。FT废水经收集调整pH值后送入污水处理系统。FT合成的粗合成油品经下游油品加工处理，成功分离出燃料柴油、石脑油和喷气发动机柴油等油品。

2.2 工艺改造内容

2.2.1 拆迁范围的确定

因原装置比较复杂，如果全部拆迁，工程量较大。根据重建地的实际情况，确定拆迁范围，并进行适当的改造。

重建地为国内某大型炼化公司，有良好的公用工程、辅助生产设施、生活服务设施等依托条件。该炼化公司目前有渣油制合成氨装置，可为FT合成提供合成气及氢气来源，满足FT合成用气量及合成气CO/H2比的要求。

油品升级属于一般的技术，原装置虽然成功地生产分离了几种合成油品，但其技术先进性并非世界一流水平，因而油品精制单元仅作为技术参考，不进行拆卸重建。

最终确定的拆迁范围，紧紧围绕FT合成(含催化剂再生)来进行，原料来源由重建地合成氨装置提供。

2.2.2 工艺技术改进

原装置合成气制备采用ATR技术，原料合成气中含体积分数为40%～50%的氮气。而重建地的合成气来源由合成氨装置提供，合成气有效气含量高。参考其他类似工艺，采用增加尾气循环系统的技术改进方案，通过循环气压缩机的设置，提高合成气总转换率，为未来工业装置提供可靠的数据来源。

开车初期，为了验证搬迁装置与催化剂的性能，采用合成气中掺入高压氮气的方式模拟原操作工况。

FT合成的废水中含有甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇以及其他高级醇类等，直接排放将给后续污水处理装置带来压力。原装置的FT合成废水因水量小而直接排入污水处理系统。重建装置采用国内自行开发的FT废水预处理技术，增设废水预处理单元，对FT废水中的醇类进行初步回收。经预处理后的废水，送入炼化公司污水处理厂进一步处理。

重建工艺流程简图如图2。

图2 重建工艺流程简图

2.2.3 油品储存

新建油品储存系统，合成油品间歇送入该炼化公司的炼油装置。

2.2.4 公用工程及辅助设施

重建地有良好的依托条件，公用工程富余量经核算满足本项目要求。因此，本项目公用工程供给依托该炼化公司，废水经预处理后送该公司废水处理装置，废气经分液后送该公司火炬管网。

3 其他专业重建方案

3.1 重建布置方案

最终确定的拆迁范围主要是2个FT合成框架和催化剂再生框架内的设备、管道、仪表和钢结构等。原装置框架为撬装式结构，为拆迁及重建带来了便利。

重建装置的布置原则：主装置FT合成和催化剂再生维持原布置，新增单元、管廊、配电室等按工艺流程设置以及重建地的实际情况进行重新布置。

3.2 设备及管道

该装置完全停运后充氮保护，经多次考察，除个别管线阀门外表面锈蚀较严重外，绝大多数设备、管道及阀门从外观看保护情况尚好，钢结构防火层表观较好。因此，确定的方案为，搬迁原有设备、管道、管件等，并根据设备检测及改造情况添加少量的辅助设备。

主要增加的设备是循环气压缩机及新增单元相关设备。

3.3 电气

该装置配套电机为美国产电机(460 V，60 Hz)，依据中国供电标准(380 V，50 Hz)，在正常供电设备基础上需要加装整流逆变装置，以满足配套电机供电。从供电的安全可靠性及配套电机的台数、容量以及设备布置等方面综合考虑，本装置配套电机全部更换为国产电机，以满足中国供电标准。个别特殊用电设备采用加装变频器的改造方案。

3.4 仪表及其他

从现场考察情况看，该装置仪表保护较好。因此，本次搬迁现场仪表尽可能利用旧仪表，新增仪表选型与原装置维持一致[现场总线(FF)型仪表]。DCS控制系统及现场仪表接线重新设计。此外，配套新建消防、电信、暖通、给排水系统等。

4 重建过程中遇到的主要问题及解决方案

4.1 图纸与现场实际不符

原装置为中试装置，且经历多次改造，外方提交的图纸与现场存在诸多不相符的情况。因此，在装置拆迁前，派出工艺、管道等主要专业人员对图纸进行了核对及必要的测绘工作。尽管如此，重建过程中仍然有许多不符合的情况。所以，现场设计人员对该类情况的消化理解及正确判断成为解决问题的关键。

4.2 设备的损坏

重建过程中发现，个别设备因腐蚀或运输等问题发生损坏。如，个别管壳式换热器的换热管发生腐蚀、空冷器管箱腐蚀、利旧过滤器无滤芯等等。对发生换热管腐蚀的换热器进行核算，封堵换热管后仍无法满足换热要求的，更换换热管束。对空冷器管箱和过滤器滤芯，与生产厂家交流后进行更换和补充。其他损坏的容器类静设备，重新进行设计制造。

4.3 管道及管件的损坏和丢失

因拆迁运输和重建过程中的管理不到位等多种原因，致使重建过程中的部分管件，如阀门、管道过滤器、取样器、疏水阀等等，发生损坏或丢失。对该类管件根据改造后的具体条件进行了增补。

4.4 仪表及控制系统

重建过程中，对损坏或丢失的现场仪表进行了增补。另外，对差压液位计等安装方式不合理的个别仪表，进行了设计修改。

DCS系统为本次新建。因提供的资料中缺少重要的连锁、顺序控制、复杂控制等数据，所以在重建过程中，对搬迁回来的原控制系统电脑中的相关数据进行联合分析判断，重新进行相关设计和组态。

此外，发现原设计有缺少操作平台、操作通道较少、梯子设计不合理等情况，不利于操作及巡检。对此情况，根据实际布置，及时进行了重新设计或修改，以方便操作。

5 重建及改造效果

装置重建完成后，进行了试运行，并顺利打通了使用含氮合成气进料、尾气不循环工艺的流程，取得了氮气稀释合成气条件下的运行数据。随后，开始逐步降低进料中的氮气含量，启动尾气循环压缩机，转换成纯合成气进料、尾气循环工艺，取得了纯合成气进料条件下的运行数据。主要运行结果见表1。

表1 主要运行结果对比

根据外方提供的运行数据，在反应温度T1～T2时，CO的转化率区间为46.1%～66.3%，平均65%左右。由表1可见，该重建装置对原运行数据进行了较好的验证。同时，尾气循环工况CO的转化率及产品的收率都大幅提高，说明对工艺的相关改造是成功的，该装置可为以后的工业装置设计提供相关运行数据。

6 结论及建议

1) 化工装置的搬迁重建，尤其是跨国重建，是一项复杂的系统工程，应做好技术调研、运输条件、当地施工拆迁条件等一系列前期工作。

2) 跨国重建工程运输路途遥远，且利旧设备、管道、钢结构等的检测费用高，建议只搬迁关键的设备和仪表等，以降低运输和检测成本。

3) 应做好搬迁设备的编号和保管工作，尽量减少因编号混乱和设备丢失等造成的麻烦。

4) 应根据重建地的具体公用工程和用地条件进行合理的优化配置。

5) 搬迁工程的复杂性，现场设计工作量大于普通工程，对重建的进度影响尤为重要。

6) 对原工艺的消化和理解是重建成功的关键，搬迁重建不是死搬照抄，是在充分消化吸收基础上的新建。

[1] 王国良，李树本.天然气生产清洁燃料[J].天然气与石油，2002,20(2):26-29.

[2] 颜廷赵，徐荣.合成油工艺技术进展评述[J].精细石油化工进展，2000,1(8):46-50.

[3] 高振，侯建国.天然气制合成油(GTL)技术的工业化进展及发展趋势[J].山东化工，2014,43(4):56-59.

[4] 贺永德.现代煤化工技术手册[M].北京：化学工业出版社，2003：10-14.

Reconstruction of synthetic oil pilot plant

QU Yuxia

(China State Energy Engineering Co., Ltd. (SINOMEC), Shanghai 200061, China)

This paper takes the reconstruction of a small GTL pilot plant as an example, by the selection of reform scheme, technical improvement and problems solving during reconstruction, the experience summary in reconstruction of synthetic oil pilot plant are put forward. This paper aims to provide reference and ideas for engineering design and put forward experience summary for reconstruction plant which moved from abroad to domestic.

synthetic oil; pilot plant; reconstruction; reform

2016-12-15

曲宇霞，女，1976年出生，2005年毕业于天津大学化工学院化学工程专业，硕士学位，工程师，现从事化工工艺及系统、化工管道设计及设计管理工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.23

TQ21；TE64

A

1004-7050(2017)01-0073-03