煤制乙二醇装置长周期运行分析与总结

陈 帅

（河南能源化工集团安阳永金化工有限公司，河南 安阳 455133）

0 引 言

近年来，煤制乙二醇产业发展迅猛，而随着各技术流派煤制乙二醇装置陆续开车投运及逐步实现达标达产，如何实现煤制乙二醇装置的长周期运行成为业内亟需攻关的重要课题。现实地说，煤制乙二醇装置的长周期运行意味着稳定的客户和良好的效益，因此，对企业而言，从技术和管理方面分析、制定有关的操作措施和管理措施并予以落实，是确保煤制乙二醇装置长周期、稳定运行的重要举措。以下对安阳永金化工有限公司（简称安阳永金）200kt／a煤制乙二醇装置的长周期运行经验作一总结，以期为业内提供一些参考，共同促进煤制乙二醇行业的技术进步和发展。

1 安阳永金煤制乙二醇装置运行概况

安阳永金200kt／a煤制乙二醇装置之公用工程依托安化集团现有资源，采用的原料气也由安化集团提供（安化集团造气系统以无烟块煤为原料，采用固定床造气炉生产水煤气及半水煤气），上游系统主要工艺流程为：多台固定床造气炉生产的粗煤气经常压脱硫、变换、变脱及气体分离等工序，制得达到乙二醇生产要求的原料气CO及H2，再送往下游乙二醇装置。

安阳永金乙二醇装置于2012年12月开车投运，经过几年来持续的技术改造和优化运行，装置运转率和负荷率不断提升，生产运行水平不断跃上新的台阶。2018年3月，煤制乙二醇装置产量突破618t／d，产品优等品率持续保持在100%，吨乙二醇产品的蒸汽消耗降至5.4t、电耗降至240kW·h以内，主要技术经济指标处于我国大型煤制乙二醇装置的先进水平。在运草酸酯羰基化合成催化剂高负荷运行870d，折合生产乙二醇460kt；在运加氢催化剂高负荷运行440d，累计生产乙二醇230kt。2017年安阳永金煤制乙二醇装置运行天数为343d，装置年运转率达94%，年产乙二醇181.8kt，基本上实现了长周期、稳定运行。

2 装置长周期运行的技术分析及操作措施

2.1 羰化合成系统

草酸酯羰基化合成（简称羰化合成）是煤制乙二醇装置的核心工序，直接影响装置的长周期、安全、稳定运行，并影响后工序产品的质量。不同专利商对羰化合成催化剂使用寿命有不同的承诺，一般均承诺其使用寿命大于2a，但在实际使用过程中因催化剂本身质量、工艺技术成熟度不一和操作运行稳定程度不同，有的羰化合成催化剂使用短短几个月就需更换。因此，延长羰化合成催化剂的使用寿命不仅关系着乙二醇产品的生产成本，而且关系着装置的长周期、高负荷运行。

首先，合成循环气中的有害组分对羰化合成催化剂使用寿命的影响很大，生产中必须严控羰化反应器入口气体的有害组分含量，特别是硝酸／水的含量，各专利技术的具体指标和控制要点可能会有所不同；其次，在羰化合成催化剂活性良好的状态下，生产中还须尽可能降低羰化合成反应器入口亚硝酸甲酯（MN）的含量，防止MN含量过高或负荷波动状态下羰化反应器的飞温现象；再者，要确保羰化反应器的热量有效、顺畅移出，避免因热点温度过高而造成催化剂失活，影响催化剂的使用寿命。

2.2 酯化再生系统

在气相偶联合成草酸酯的工艺中，MN再生是极其重要的，其与偶联反应的有效匹配是实现整个系统绿色生产的关键，也是影响煤制乙二醇装置长周期、安全、稳定运行的关键一步。酯化再生工序的安全风险较大，且存在“飞温”隐患，因此生产中首先必须严格控制酯化塔的温度。当然，不同专利技术其酯化再生系统有不同的配置，但核心要点至少有两个：一是要强化移热，以免酯化再生时发生“飞温”；二是要防止生成过多的副产物——硝酸，以免加大后工序的处理难度。

对并流塔型来讲，酯化再生塔温度一般控制在60～65℃为宜，塔温过高易造成超温联锁停车或“飞温”事故，过低则副产物硝酸生成量增大。控制酯化再生塔塔温要重点关注以下几个因素：一是酯化塔加氧量要稳，提升负荷要坚持“稳提慢加”的原则；二是确保酯化再生塔甲醇液体和氧气的均匀分布；三是确保酯化再生塔有足够的、稳定的循环甲醇量，以满足系统反应及移热需求；四是要保持甲醇液体温度和组分的稳定，避免出现大幅波动。

酯化再生过程中，伴随着生成硝酸的副反应，会造成氮元素损失，因此，氮元素的及时补充是煤制乙二醇装置长周期运行的必要条件。氮元素补充，可以通过硝酸还原装置将副产物硝酸还原，并与甲醇反应生成MN，实现硝酸的转化利用，一方面可以节约成本，另一方面可以提高装置运行的稳定性。据生产经验，如果没有硝酸还原装置，现有的MN补入装置是无法适应煤制乙二醇装置高负荷、长周期运行的。

至于硝酸还原装置，目前主要有催化型和非催化型2种，各有利弊，不是本文讨论的重点，在此不作详细介绍了。

2.3 草酸酯加氢系统

草酸酯加氢系统长周期运行的主要影响因素是各专利技术的加氢催化剂使用寿命的长短。通常草酸酯加氢催化剂采用SiO2为载体的铜基催化剂，目前其使用寿命一般在0.5～1.5a。

现阶段而言草酸酯加氢催化剂存在的主要问题有两大类：一类是反应床层结焦、催化剂粉化导致的加氢反应器阻力升高、负荷受限的问题；另一类是催化剂使用末期副产物增多、产品质量下降的问题。所以，如何延长加氢催化剂的使用寿命对煤制乙二醇装置的长周期运行至关重要。

安阳永金通过不断总结经验，如今已将加氢催化剂的使用寿命延长至了1.5a以上，预计目前正在使用的加氢催化剂其全寿命周期优等品乙二醇总产量可达300kt左右。安阳永金加氢系统主要操作经验如下。

一是保持加氢系统良好的工艺条件。经验表明，千方百计降低加氢系统阻力、提高氢气循环量，即保持加氢反应较高的氢酯比可以有效缓解加氢催化剂床层结焦现象；开好草酸酯精馏系统，实现加氢系统的洁净化进料，为加氢反应创造良好的条件；加氢系统进料中配入适当比例的甲醇，有利于加氢催化剂内孔的清洁。

二是确保进入加氢反应器的草酸二甲酯能够完全汽化。经验表明，草酸二甲酯汽化效果不好会导致液体草酸酯进入催化剂床层或者局部草酸二甲酯浓度过高，从而使加氢反应不完全，进而造成乙醇酸甲酯在加氢催化剂表面累积而结焦。

三是要尽可能保证装置运行平稳。开停车过程中要尽量避免床层温度和压力的大幅度、频繁调整，避免过度的热应力造成催化剂颗粒破碎和粉化。

四是严格规范加氢催化剂使用后期的操作。加氢催化剂使用1a后应按既定的“特护措施”操作。

3 装置长周期运行的管理措施

3.1 夯实安全基础，确保本质安全

坚持组织召开煤制乙二醇装置的“周评估评价会议”，从工艺、设备、电仪、分析检测、安全／环保、催化剂、大机组、人员状态等方面对系统进行全方位评估，并把安全检查、工艺检查、巡回检查、隐患排查过程中发现的问题合并进来，综合编制成整个煤制乙二醇装置的安全状况评价文件，指导下一步的科学运行，使装置运行保持安、稳、长、满、优的良好状态。

3.2 严控工艺指标，强化工艺管理

生产中坚持不懈地强化工艺管理和考核，严控工艺指标，并对工艺指标坚持做到“日统计和日分析”，以便从细微之中发现问题的苗头并及时进行调节或处理，这不仅是对管理人员管理经验的历练和严谨科学态度的锤炼，也是企业技术人员管理能力跃升的一种方式，是装置长周期运行的制度保证。

3.3 抓备机和无泄漏管理，强化设备管理

动、静设备状态良好是化工装置长周期运行的基础，只有精心维护、包机到人，树立“备机不备就是事故”的管理理念，才能为装置的长周期运行提供可靠保障。因此，我们把24h抓备机作为常态化管理内容之一，坚持不懈地抓备机和无泄漏管理。

3.4 重视催化剂管理，切实做好保护工作

坚持不懈地抓好催化剂的全过程管理，针对催化剂的合同签订、装填方案、升温还原、轻负荷运转、正常运行、停车保护等过程，制定出一整套的管理制度，确保催化剂全寿命周期的正确、科学使用。

3.5 科学谋划系统大修，确保装置长周期运行

煤制乙二醇装置能否实现长周期运行，除了日常的平稳操作外，还要做好装置大修的科学谋划。系统大修不仅要做好机电仪和工艺设备要素的集成分析，而且要谋划好整个系统大修周期的匹配和要素集成，坚持“系统大修修系统”的思路，透过“运行缺陷”科学制定技术改造和系统大修项目；检修技改过程中严格执行检修规程，把好检修质量关，不断提升作业质量，从而为装置的长周期、稳定运行提供保障。

4 上游煤气化系统配置（长周期运行）的思考

煤制乙二醇是我国化工产业的新兴技术，近几年来在装置的长周期运行方面取得了长足的进步，但从全系统长周期运行的观点来看，煤制乙二醇装置上游系统的可靠运行也非常关键，其对煤制乙二醇装置长周期运行产生影响的因素更多。一般来讲，上游系统——煤气化工序是整个煤化工装置安、稳、长、满、优运行的重中之重，这一点对于刚刚涉足煤化工产业的业主来讲就更加值得重视。

由于本文的重点是阐述和总结煤制乙二醇装置本身的长周期运行，因而对会对其长周期运行产生影响的上游系统——煤气化工序，笔者仅就煤气化系统的配置方案和炉型选择提如下2个观点，供大家参考。

4.1 第一个观点：煤气化系统要设置备炉，这是现代煤化工装置长周期运行的根本保证

水煤浆气化技术流派本来就有设置备炉的传统，煤气化系统设置备炉是煤化工装置整体上实现“三年两大修”、“两年一大修”或更长运行周期的必要条件。干粉煤气化各技术流派应该向水煤浆气化技术流派学习，笔者认为这不是“技术倒退”，而是实事求是，干粉煤气化各技术流派应努力优化技术、降低投资，为设置备炉在技术经济方面打下坚实的基础。当然，关于备炉的问题，既可以“热备”也可以“冷备”。所谓“热备”，就是正常运行时多台气化炉全部投运，一旦某台在运气化炉出现故障需停下来检修，就将其他在运气化炉的负荷提上去，以保证整套装置的高负荷、连续运行，当然这就要求单台气化炉在设计阶段就要留有一定的产能余量。所谓“冷备”，就是始终有1台气化炉处于备用状态，一旦某台在运气化炉出现状况需要停运，就提前开启备用炉，以保证整套装置的高负荷、连续运行。

4.2 第二个观点：煤气化没有“万能炉”，务必使原料煤与气化炉炉型相匹配

在大宗化工产品产能过剩、竞争加剧的背景下，原料煤与气化炉炉型匹配的问题事关煤化工企业的生死存亡。

关于原料煤与气化炉炉型匹配的问题，现代气流床气化炉均采用液态排渣方式，因气化炉衬里材质、结构差异，对原料煤的适应性就有了区别。水冷壁气化炉，采用“以渣抗渣”的设计理念以保护水冷壁衬里，可选用灰熔点较高的原料煤（灰熔点可以高于1350℃）；而传统水煤浆气化炉，因气化炉衬里采用高铝耐火砖砌筑，一般要求原料煤的灰熔点在1350℃以下。

关于煤气化技术方案的选择问题，我国不少煤化工企业（包括央企、国企和民企）在这方面是吃了大亏的，应当汲取教训，回归科学态度，避免拍脑袋、瞎决策。业主在煤化工项目上马之前必须真正落实原料煤的来源，委托专业的、独立的第三方对原料煤的性质进行深入地研究，逐一比较各种气流床煤气化技术与原料煤的匹配性，在此基础上形成客观、科学的气化炉选型专题咨询报告，真正做到根据原料煤的属性来选择气化炉的炉型。世界上没有通吃各种原料煤的“神仙炉”和“万能炉”，应该杜绝“坐在煤矿口去买原料煤”、“舍近求远去买原料煤”、“劳神费力购置原料配煤”等不科学、不经济的现象。

5 结束语

煤化工装置的长周期运行是企业效益的基础，煤制乙二醇技术在我国还处于逐步摸索和发展的阶段，其长周期运行课题攻关还需业内各技术流派进一步地探索和融合。希望上述关于安阳永金煤制乙二醇装置长周期运行的分析与总结等，可为业内提供一些参考，也相信通过大家的共同努力，未来几年内煤制乙二醇装置的长周期运行必将成为常态。