大型煤化工二氧化碳气系统存在的问题及解决措施

蔡 建

(河南龙宇煤化工有限公司,河南永城 476600)

1 工艺流程

某公司利用壳牌粉煤加压气化炉产出粗煤气,粗煤气进入甲醇工段,对煤气化装置来的粗煤气进行变换处理,以调整其氢气和一氧化碳的含量。低温甲醇洗装置对变换后的气体进行脱硫脱碳处理,然后再通过甲醇合成和精馏装置对净化后的气体进行甲醇合成和精制生产。最后,对制得的精甲醇产品进行贮存及装车外运;同时,对低温甲醇洗脱除的克劳斯酸性气进行硫黄回收,并对合成放出的弛放气进行氢回收,以达到节能降耗的目的[1]。二氧化碳系统工艺流程见图1。

图1 二氧化碳系统工艺流程

2 存在的问题

壳牌气化炉产生的粗煤气经过低温甲醇洗生产工序,在再吸收塔上端闪蒸出二氧化碳气体。二氧化碳压缩工序对来自低温甲醇洗装置的低压二氧化碳气体进行压缩,升压到一定的压力后输送到气化装置,作为符合要求的气化装置煤粉输送介质[2]。

在实际生产中,低温甲醇洗装置满负荷下闪蒸出的二氧化碳气体积流量约为38 000 m3/h,而气化装置需要输送煤粉的介质气体积流量为31 000 m3/h,约有7 000 m3的二氧化碳气需要放空。但是在甲醇生产中二氧化碳可以作为碳源参与化学合成反应,因此大量的二氧化碳气放空,造成了严重的资源浪费,同时也不符合国家节能减排的要求[3]。

3 改造措施

经过与多家设计院沟通,先后对二氧化碳工艺系统进行了深入优化。原壳牌气化炉合成气中氮气含量高,氮气主要来自激冷气压缩机干气密封气、气化炉振打器密封气和飞灰收集罐(V1501/V1502)底锥流化气,送往合成装置的合成气中氮气体积分数约为2.5%。为了降低合成气中的氮气含量,减少合成气压缩机蒸汽耗量,从甲醇二氧化碳压缩机引出1股5.0 MPa无油二氧化碳气体;在气化装置增加1台二氧化碳气体加热器,将甲醇二氧化碳压缩机来的二氧化碳气体由120 ℃加热到225 ℃。通过换热器出口阀门控制,在二氧化碳管网稳定情况下,将飞灰收集罐(V1501/V1502)底锥流化气由氮气改为二氧化碳气体,底锥流化气体积流量约为2 000 m3/h。通过改变输送流化气介质,有效降低合成气中氮气体积分数(由2.5%降低到1.4%)。

针对其余富裕二氧化碳气体,新建1套液体二氧化碳回收装置,通过对5.0 MPa二氧化碳原料气进行降压、缓冲、汇合、脱硫、干燥、预冷、液化、提纯等技术处理,得到质量符合GB/T 6052—2011《工业液体二氧化碳》的工业级液体二氧化碳产品[4]。

4 改造效果

4.1 底锥流化气气源改造效果

改造后,优化了合成气系统中的有效气含量,降低了合成气中惰性气体含量。合成气中氮气体积分数由2.5%降低到1.4%。同时,提升了变换和合成催化剂的转化率(合成塔转化率由53%提升至55%左右),减少了合成压缩机循环量,降低了合成压缩机蒸汽耗量,每小时节约中压蒸汽(5.1 MPa、385 ℃)约10 t。合成气组分中氮气含量降低,弛放气排放体积流量减少约3 000 m3/h,甲醇产量提高了0.7 t/h。

进一步提升了一二期互连互通耦合价值(一二期气化装置煤气管线互连互通)。有效气组分的优化降低了氮气含量,避免了利用一期合成气送二期出现深冷分离装置的波动,提高了一氧化碳产品纯度,提升一氧化碳产品品质,降低一氧化碳产品中氮气含量。

避免了深冷分离装置为提高一氧化碳产品纯度进行的大量液体排放,减少了冷量的损失,提升了一氧化碳气产率。避免了醋酸装置因一氧化碳纯度波动出现的工况波动,降低催化剂沉淀风险,减少醋酸反应系统一氧化碳分压的高压尾气放空,提高了产品合成效率。一氧化碳产品纯度提高,有利于乙二醇羰基化合成负荷的提升,降低弛放气排放量。

合成气压缩机中压蒸汽平均质量流量由50 t/h下降至39.5 t/h,按照每年运行8 000 h计算,每年可节省蒸汽费用800万元。

合成系统催化剂转化率提升2百分点,弛放气排放体积流量降低约3 000 m3/h,提高甲醇产量约0.7 t/h,按照甲醇市场价格2 500元/t核算,每年可增加经济效益1 400万元。

4.2 富裕二氧化碳气生产液体二氧化碳产品的改造效果

液体二氧化碳装置加工的二氧化碳原料气为甲醇系统脱碳装置的解吸气,其体积流量为4 500 m3/h。每小时生产液体二氧化碳产品约10.5 t,液体二氧化碳市场价格按照80元/t,每年按照运行8 000 h计算,则每年可增加经济效益672万元。

5 结语

结合实际运行工况,通过一段时间使用,在气化装置壳牌炉飞灰收集罐(V1501/V1502)底锥流化气改为二氧化碳气以来,减少合成气压缩机蒸汽耗量,提高了合成塔催化剂转化率,减少了合成系统弛放气的放空,提高了二期变压吸附装置一氧化碳产率,进一步提升了一二期互连互通耦合价值(一二期气化装置煤气管线互连互通)。在节能降耗的同时,为一二期装置耦合稳定、高负荷运行奠定了基础。