甲醇工艺冷凝液电导率异常原因分析

2022-09-11

前言

大庆油田甲醇厂始建于1989年, 于2000年以原装置为基础进行节能扩产改造, 改造后, 该装置工艺上采用了纯氧二段炉的二段蒸汽转化、蒸汽透平驱动、低压合成、三塔精馏的工艺路线生产甲醇, 同时采用汽提塔蒸汽汽提精馏残液的等环保技术。

一、甲醇工艺冷凝液来源

原料天然气脱硫后, 进入一段炉, 在一段炉内发生蒸汽转化反应CH4+H2O=CO+3H2, 生产时需加入大量的水蒸汽调节水碳比为2.8~3.2, 一方面可以提高主反应的转化率, 另一方面可以防止析碳影响催化剂的使用寿命, 由于水蒸汽大大过量, 导致出口转化气中水含量约为0.44%, 依次经过中低压废锅、水分离器和水冷器冷却后产生温度为60~70℃、流量为10~15吨/小时的工艺冷凝液汇合后, 在生产平稳时被送往合成氨或锅炉房作为锅炉补给水回收利用, 而在生产异常状态下直排地漏。下图为甲醇车间工艺冷凝液系统流程图。

二、问题发现

在2013年3月送往动力车间的锅炉补给水化验结果的电导率超标, 不能作为锅炉补给水, 甲醇车间立即将工艺冷凝液直排地漏, 这不仅造成大量的浪费, 而且对环境也造成了污染。为此, 甲醇车间针对工艺冷凝液电导率超标的问题展开了讨论。工艺冷凝液水质情况见表1。

三、原因分析

1. 电导率测量仪存在故障

电导率测量仪长时间使用, 其测试探头表面可能粘附一些杂质, 造成测量不精确。因此, 针对探头我们进行了清洗甚至更换, 结果工艺冷凝液电导率变化不大, 说明测试仪测量值为真实值, 可以初步排除电导率测量仪的问题[1]。

2. 转化气中二氧化碳的影响

天然气经过一段、二段蒸汽转化反应后转化气含量见表2。

从表1中可以看出, 反应后转化气中CO2的含量为7.65%, 易溶于工艺冷凝液中, 形成CO32-易于水中的氨形成碳酸铵, 从而进行双水解, 导致电导率的升高。

3. 氨的影响

在工艺冷凝液取样时, 会闻到氨气味道, 只能说明工艺冷凝液中含有溶解的氨根, 见光分解成了氨气。从表2中我们可以看出, 转化气中含有大量的H2和N2, 在一定压力和985℃高温以及镍催化剂的条件下, 二者发生合成反应生成少量氨气, 其含量由天然气和氧气中所含的N2量而定。

4. 其他影响

天然气经过脱硫系统和转化系统时, 均以气体形式经过固体催化剂, 带有一定空速的气体不可避免的会导致少量固体催化剂损坏, 进而带走粉碎的催化剂颗粒, 以及设备管线上腐蚀的金属颗粒, 最终进入工艺冷凝液, 导致电导率升高[2]。

在生产中为防止汽包内炉水结垢, 需连续向转化各个汽包加少量稀磷酸钠, 磷酸钠随着水溶液, 加热成为蒸汽, 参加蒸汽转化反应, 进入工艺冷凝液中, 磷酸跟和钠离子同样使得其电导率升高。

四、工艺冷凝液处理方法

针对工艺冷凝液电导率异常超标现象, 我们通过系统分析, 初步确定其主要是由于工艺冷凝液中二氧化碳、无机盐和氨含量增多, 进而造成水中电解质增多, 导致电导率升高。但为了使工艺冷凝液完全符合回收利用的标准, 我们因进一步采取以下几点措施进行处理:

1.在正常生产时, 操作人员应及时调节水碳比在2.8~3.2之间, 同时严格控制纯氧二段炉的出口温度, 加强工艺管理, 提高员工操作责任心, 多方面、深层次地锻炼员工的操作技能, 确保系统的安全稳定运行。

2.在工艺冷凝液出现异常的情况下, 分别对甲醇装置和合成氨装置工艺冷凝液、汽提后冷凝液及合成氨装置锅炉水的水质进行了检测, 并进行了对比分析, 得出下表3。

从表中可以看出, 甲醇装置与合成氨装置的工艺冷凝液的p H值区别不大, 但电导率明显低于合成氨装置工艺冷凝液的电导率, 说明甲醇装置工艺冷凝液的水质优于合成氨装置自产的冷凝液。因此, 将甲醇工艺冷凝液全部引入合成氨装置, 与其自产的工艺冷凝液一起送入汽提塔, 汽提后的工艺冷凝液完全可以补入除盐水系统作为除盐水使用。