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循环水中断对煤制气工艺的影响及措施

发表时间：2021/6/10 来源：《探索科学》2021年4月作者：陈改霞刘小坤

[导读] 随着经济和各行各业的快速发展，我国是一个煤炭资源丰富、石油和天然气相对比较缺乏的国家，煤炭在各地的分布极不均匀，东少西多、南少北多，煤炭的运输费用极高，所以将煤炭转化为天然气，并入西气东输管网，既能解决运输问题，又输送了清洁的天然气。

新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市兖矿新疆煤化工有限公司陈改霞刘小坤 830000

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，我国是一个煤炭资源丰富、石油和天然气相对比较缺乏的国家，煤炭在各地的分布极不均匀，东少西多、南少北多，煤炭的运输费用极高，所以将煤炭转化为天然气，并入西气东输管网，既能解决运输问题，又输送了清洁的天然气。
关键词：循环水中断；工艺；影响；措施
        引言
        煤制天然气工艺大量使用循环水的分析，明确循环水对工艺各装置的作用，提出在循环水部分中断和全部中断后工艺运行中应采取的具体措施，通过对工艺操作的优化和应急响应，在循环水中断后，可以保证装置安全、环保、经济运行，避免生产事故的发生。
        1概述
        煤制天然气工艺大量使用循环冷却水，最大量使用为煤气净化用冷却水，简称浊循环冷却水，特点为使用量大，且用水装置为工艺中的关键装置。浊循环水因有大量用户，故有多台泵同时运行，一般一台或两台运行泵跳停对工艺影响不大，反应迅速可以及时调整水量、压力或流量，亦或者可以及时启动备用泵，这样可以保证工艺用水稳定。如果出现多台运行泵同时因特殊原因跳停，比如晃电或停电导致泵同时跳停，这种情况会对工艺造成非常大影响。对于单个装置可能造成设备短时间迅速超温、超压。对于整个工艺系统，可能因单个设备超温超压，造成装置联锁，致使系统性停车。本文重点讨论在浊循环水同时跳停后各主要用户工艺调整方法及措施，在短时间停水情况下的应对措施，争取将损失和影响降到最低。
        2煤制气工艺的影响及措施
        2.1生化污泥、结晶盐治理措施
        工厂公用工程设施生化处理产生的污泥，属危险废物，送国家级危废处置中心处置。同时，结合浓盐废水处理过程中产生的结晶盐类的处理和国家提倡的处理方法，工厂考虑通过与有危废处理资质的单位合作形式，就近建危废处置设施，处理生产过程中产生的危险废物，通过与园区管委会协商确定危险废物处理规模，可帮助处理园区内或附近其他装置危废品。煤制天然气工厂所选厂址一般有园区规划，渣场由园区统一规划、建设和管理。废渣运至附近大型渣场，全部废渣可做到园区周边厂综合利用。
        2.2空速、循环气对甲烷化催化剂的影响
        空速是指在单位时间内通过催化剂的工艺气流量，即空速=工艺气流量/催化剂装填量，因在正常生产过程中催化剂数量一定，则空速的大小与进入反应器的工艺气流量有直接关系，工艺气流量增加时空速变大，催化剂的处理气量较大，工艺气在催化剂床层的停留时间较短，反应转化率相对较低，而系统产生的反应热则更容易带出。相反，空速小工艺气在催化剂床层停留时间相对较长，反应转化率较高，系统反应热则不易带出。所以为了增加空速，更好的带出反应热，在第一反应器入口配入循环气。循环气由第二化反应器出口工艺气经换热冷却后引出，经循环气压缩机加压后与原料气汇合进入第一化反应器。循环气量可以增加第一、第二甲烷化反应器空速，降低原料气中一氧化碳和氢气浓度，从而降低一氧化碳和氢气在反应器中的反应速率，带出反应热，防止一氧化碳和氢气发生剧烈反应导致催化剂床层温度失控。循环气取于第二反应器出口，所以理想状态下循环气在第一、第二反应器内不会发生甲烷化反应，结合比热容公式：Q=cm（T1-T0）可以看出，循环气量的调整，在一定程度上可以控制甲烷化催化剂床层温度，尤其是在系统开车的过程中原料气量低，反应热不易带走，可以通过循环气量增加，空速减少反应热在催化剂床层的停留时间，来防止催化剂床层超温。

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        2.3技术改造
        随着系统高负荷长周期运行，以上存在的问题日益凸显。经研究决定，对整个管路系统重新核算，并与设计院和设备厂家进行充分沟通，对管道所用的离心泵重新选型并更换。根据前期充分准备，最终决定采购原厂家安徽省天马泵阀集团有限公司的设备，泵型式仍为单级双吸离心泵，型号由14SH－9A改为14SH－19，扬程由55．4m改为25m，电机功率相应减小。
        2.4对低温甲醇洗和硫回收影响和措施
        低温甲醇洗热再生塔Ⅰ段的闪蒸液送至该塔Ⅱ段进行热再生，甲醇中溶解的全部气体被热再生塔再沸器中产生的甲醇蒸汽气提出来。离开热再生塔Ⅱ段顶部产生的82℃、0.29MPa的甲醇蒸汽经热再生塔顶冷凝器壳程冷却后，气液混合物一起进入热再生塔回流槽中，38℃、0.26MPa的硫化氢富气从热再生塔回流槽顶部出来后，在H2S富气加热器壳程和H2S富气冷却器壳程中被冷凝到-32℃后，进入硫化氢富气分离器,分离液体后的硫化氢富气经H2S富气加热器管程加热到23℃、0.2MPa后送往克劳斯硫回收装置，硫化氢富气浓度＜30%或硫回收装置不具备接气条件时改送全厂火炬。如果循环水中断，再生塔Ⅱ段甲醇蒸汽无法冷却，甲醇蒸汽会与汽提出来的硫化氢富气一同送往克劳斯硫回收装置。这样一方面造成甲醇的消耗量异常增加，再生的甲醇无法回收，全部送出装置区；另一方面造成硫回收接收的硫化氢富气含量下降。因为混合气体中有大量甲醇气体，对硫回收制硫燃烧炉工况影响较大。主要体现为主酸性气气量成倍增长，因主酸性气量增加，且含有大量甲醇，制硫燃烧炉炉膛压力会明显上涨，因入炉气体成分变化，火检信号会有大幅波动。比值仪因成分变化指示失灵。硫回收反应器由于制硫燃烧炉成分变化，热量增加，反应器温度会明显升高，且速度较快。遇到上述循环水中断问题，首要还是要从工艺操作上解决。解决思路首先为疏导，其次为抑制。因为碰到循环水突然中断，大部分原因都是循环水泵跳停，面对突发情况，工艺上首先迅速判断，快速反应，精准调整。因为循环水泵跳停后很难在瞬间恢复供应。循环水工艺人员应第一时间判断出停泵原因，接着启动备用泵迅速供水。但这一反应时间对于低温甲醇洗工艺来说已经很长，不可能一直等待恢复。低温甲醇洗工艺人员应迅速启动甲醇供应泵给热再生塔补液，维持液位。塔底再沸器适当降低蒸汽量，维持塔底温度即可。
        2.5硫化氢对催化剂的影响及控制
        煤制气行业大多数使用的Ni基催化剂催化甲烷化反应，Ni基催化剂对硫特别敏感，原料气在电子结构上具有未共用的电子对，极易与Ni金属d轨道的电子形成强配位键，优先吸附在催化剂表面，从而降低催化剂表面的反应分子吸附和解离速率。而在煤制气的项目中一般使用低温甲醇洗对工艺气进行洗涤，虽然甲醇中有良好的溶解度，仍有极微量的硫化氢（原料气中的S≤0.1mg/L）进入合成装置，从而使催化剂中毒失去活性，影响催化剂活性在反应器前增设脱硫槽，为脱硫剂通过脱硫反应脱除原料气控制原料气中的S＜0.01mg/L，来避免催化剂中毒而失去活性。
        结语
        能源是国家发展的基础，化工流程需要能源的供应才能够正常运转。在突发情况下，循环水突然中断后，各装置的反应时间极少，只能通过工艺调整实现装置本身的安全、稳定。总体来讲，在循环水中断的同时，务必立即做出反应，该切断热源的要切断换热设备或运行装置的能量源，没有能量提供，传质、传热、传动、化学反应均失去持续交换的动力，装置也就失去能量，这对于应急情况下的调整必不可少，而且是必要条件。
参考文献：
[1]国家能源局石油天然气司,国务院发展研究中心资源与环境政策研究所,自然资源部油气资源战略研究中心.中国天然气发展报告(2020)[R].石油工业出版社,2020,12.
[2]邢承治,胡兆吉,韩启元,郝鹏.基于催化剂防护及SNG品质的甲烷化工艺设计[J].化学工程,2014,49(09):74—78.