空分裝置技術(shù)改造

劉宏建，高 恒

（河南省煤氣（集團）有限責任公司義馬氣化廠，河南義馬 472300）

空分裝置技術(shù)改造

劉宏建，高 恒

（河南省煤氣（集團）有限責任公司義馬氣化廠，河南義馬 472300）

介紹了義馬氣化廠及空分裝置的基本情況，提出了空分裝置存在的問題及其解決方案，并對方案進行了可行性分析與實驗驗證，方案實施后取得顯著的效果。

空分；技術(shù)改造

河南省煤氣（集團）有限責任公司義馬氣化廠采用魯奇加壓氣化工藝，由義馬煤礦供應(yīng)原煤。一期工程設(shè)計產(chǎn)凈煤氣1.2×106Nm3/d，聯(lián)產(chǎn)甲醇8萬t/a。與煤氣生產(chǎn)配套的生產(chǎn)裝置包括水處理、自備熱電站、空分、低溫甲醇洗、甲醇合成等。2005年，擴建的6萬t/a甲醇生產(chǎn)線一次試車成功，達到年產(chǎn)甲醇14萬 t。二期擴建凈煤氣量 1.44× 106Nm3/d，甲醇裝置10萬t/a，已于2006年9月份投產(chǎn)?，F(xiàn)凈煤氣產(chǎn)量達2.64×106Nm3/d，可供城市煤氣1.8×106Nm3/d，甲醇總的產(chǎn)能達到24萬t/a。為使企業(yè)真正走上技術(shù)化、集約型、高效益、可持續(xù)發(fā)展之路，公司先后于2007、2008年建設(shè)兩套10萬t/a二甲醚生產(chǎn)裝置，20萬t/a的醋酸裝置正在建設(shè)之中。

1 空分裝置概況

義馬氣化廠空分裝置分二期建成，一期為兩套KDON-7500/8000型空分裝置（A、B套），配套有VK8-35S型離心低壓氮氣壓縮機一臺，氣量6 000 Nm3/h，出口壓力0.6 MPa；DN-100/6型往復(fù)式低壓氮壓縮機一臺；2D12-11.5/6-28中壓氮壓縮機兩臺；3TYS89+2TYS60型氧氣壓縮機兩臺（一開一備），氣量15 000 Nm3/h，出口壓力3.6 MPa。另外建有儀表空壓站一套，可供儀表空氣1 600 Nm3/h，滿足空分裝置開車前儀表空氣的需要，正常生產(chǎn)時，由空分裝置供儀表空氣。二期建有 KDONAr-20800/11000/720型空分裝置一套（C套），為內(nèi)壓縮流程，可供氧氣20 000 Nm3/h，中壓氮氣5 000 Nm3/h，低壓氮氣6 000 Nm3/h，液氧800 Nm3/h（折合氣態(tài)），液氬720 Nm3/h（折合氣態(tài)）。另外配有500 m3液氧貯槽，往復(fù)式液氧泵及水浴式汽化器一臺，可供氧氣6 000 Nm3/h。

2 存在問題

2.1 氮氣、氧氣用量不匹配

隨著生產(chǎn)裝置的增加，義馬氣化廠增加了新的氮氣用戶，如二甲醚裝置用氮、粉煤倉保護用氮氣等。人工煤氣國家標準GB13612-92改為執(zhí)行GB/T13612-2006，熱值由14.7 MJ/Nm3降到14 MJ/Nm3，也增加了調(diào)整城市煤氣熱值用中壓氮氣的用氣量。氧氣的用戶并沒有增加，故氧氣的用量極不匹配，如需要的氧氣量小于20 000 Nm3/h時，氮氣的需用量在20 000 Nm3/h左右，遠大于C套空分的氮氣供應(yīng)量，為滿足系統(tǒng)氮氣用量的平衡，同時要開兩套空分裝置，造成很大的浪費。

2.2 DN-100/6型往復(fù)式低壓氮壓縮機頻繁故障

DN-100/6型往復(fù)式低壓氮壓縮機為兩級壓縮無油潤滑的壓縮機，由于一級、二級的排氣溫度高達160℃左右，且活塞的線速度達到4 m/s，故活塞環(huán)和托瓦經(jīng)常損壞，壽命只有一個月左右，維護人員工作量大，運行修護費用高，而且在檢修期間影響氮氣的供應(yīng)。

2.3 氮氣供應(yīng)量不足

受壓縮機能力的限制，就是三套空分裝置全開也只能供低壓氮氣10 000 Nm3/h，中壓氮氣13 000 Nm3/h，中低壓氮氣不能滿足高負荷運行的需要。

2.4 空分裝置跳車時，儀表空氣不能滿足需要

隨著二期工程及兩套二甲醚投入運行，儀表空氣量成倍增加，如果運行的空分跳車，可以開活塞液氧泵利用液氧貯槽中的液氧汽化，來保證兩臺氣化爐及一套煤氣凈化系統(tǒng)的低負荷運行，并保證城市煤氣的供應(yīng)，但儀表空壓站供的儀表空氣量太少，不能滿足運行裝置的要求，而且其它裝置安全停下來也需要儀表空氣，儀表空氣總量更不能滿足需要。

3 技改措施

3.1 C套空分污氮氣的利用

3.1.1 方案

義馬氣化廠C套空分除產(chǎn)純氮11 000 Nm3/h外，另有污氮73 000 Nm3/h，除20 000 Nm3/h用于分子篩再生，其余在水冷卻塔內(nèi)回收冷量后放空，可利用一定量的污氮代替部分純氮氣。

3.1.2 可行性分析

義馬氣化廠氮氣主要用于調(diào)節(jié)城市煤氣的熱值、低溫甲醇洗汽提用氮、甲醇催化劑還原及甲醇合成裝置停車用于催化劑保護用氮、各種槽罐及煤倉的保護用氮、各裝置開停車置換用氮、化驗室氣相色譜儀載氣用氮。污氮設(shè)計氧含量1.3%，實測氧含量最高為1.70%，最低為0.73%。污氮氣和純氮混合后的氧含量小于1%（純氮∶污氮＞1）。這樣的氮氣不能用于甲醇催化劑還原及合成停車用于催化劑保護，也不能用于化驗室的氣相色譜儀載氣。人工煤氣國家標準GB/T13612-2006要求人工煤氣中的氧含量小于1%，義馬氣化廠供的城市煤氣氧含量小于0.07%，就是用1%氧含量的氮氣配入到城市煤氣中（氮氣∶煤氣小于1∶5），煤氣中的氧含量也不會超過0.3%，遠小于國家標準值，混合的氮氣用于調(diào)節(jié)城市煤氣熱值沒問題。氮氣中氧的氧化能力和氮氣中氧含量有關(guān)，1%氧含量的氮氣和可燃氣以任何比例混合在常壓下也不會燃燒，所以氮氣用于汽提、置換、保護應(yīng)是可行的。

3.1.3 驗證試驗

在一個大的敞口容器內(nèi)，容器中部插入一點燃的煤氣玻璃管，在火焰的同高度固定一個測氧儀探頭，底部用一根細管緩慢通入氮氣，隨著煤氣的燃燒及氮氣的通入，容器內(nèi)的氧含量逐漸下降，當測氧儀顯示9%時，燃燒的煤氣熄滅。把點燃的煤氣玻璃管換成點燃浸有甲醇的棉球，做上面的試驗，當測氧儀的讀數(shù)到10%時，棉球熄滅。證明在常壓下煤氣、甲醇和煤氣在氧含量為9%的氮氣中不能燃燒，所以1%氧含量的氮氣用于汽提、置換、保護是可行的。

3.1.4 具體措施

3.2 利用備用的氧壓機壓縮氮氣

義馬氣化廠的氧壓機為離心式壓縮機，運行穩(wěn)定，可不用備機，將其中的一臺備用機改為氮氣壓縮機，由于氮氣的密度比氧氣的密度小，且出空分冷箱的壓力低于氧氣的壓力，只能把氮氣壓縮到2.5 MPa，氣量13 000 Nm3/h，但可滿足義馬氣化廠對中壓氮氣的要求，多余的中壓氮氣減壓用作低壓氮氣。

3.3 將DN-100/6型壓縮機用作儀表空氣壓縮機

將備用的3TYS89+2TYS60型氧氣壓縮機改為氮氣壓縮機后，DN-100/6型往復(fù)式低壓氮壓縮機和兩臺2D12-11.5/6-28中壓氮壓縮機不用壓縮氮氣了。將DN-100/6型往復(fù)式低壓氮壓縮機改為壓縮空氣，用A套空分的分子篩脫水后，送入儀表空氣管網(wǎng)。這套系統(tǒng)只有在空分的空氣壓縮機故障跳車時，為系統(tǒng)應(yīng)急所用。

4 改造后的效果

TQ028.1

B

1003-3467（2010）17-0046-02

2010-06-04

劉宏建（1968-），男，高級工程師，從事化工生產(chǎn)技術(shù)工作，E-mail：Lhj8710@126.com。