低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)的優(yōu)化

韓偉偉，郭少峰

（河南煤化集團(tuán)濮陽龍宇化工有限責(zé)任公司，河南濮陽 457000）

1 概 述

濮陽龍宇化工有限責(zé)任公司采用國內(nèi)首套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的HT－L 航天粉煤加壓氣化技術(shù)，其低溫甲醇洗（流程如圖1）設(shè)計(jì)接氣量71 495.65m3／h（干基），操作彈性為50% ～110%負(fù)荷。裝置在試車過程中，當(dāng)接氣負(fù)荷在80%以上時(shí)，凈化氣中H2S 含量有時(shí)高達(dá)1×10－6以上，嚴(yán)重影響了后工段的運(yùn)行。

低溫甲醇洗裝置自2008 年11 月建成投產(chǎn)后，受氣化裝置運(yùn)行不穩(wěn)定的影響，低溫甲醇洗裝置負(fù)荷在65%～100%之間波動(dòng)。隨著空分裝置和氣化裝置的運(yùn)行日趨完善，系統(tǒng)負(fù)荷逐步提升并穩(wěn)定在90%以上，低溫甲醇洗裝置的問題逐漸暴露出來，成為制約我公司甲醇生產(chǎn)的一大瓶頸。

2 低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)存在的問題

2.1 冰機(jī)容易帶液，影響制冷效果

冰機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，較易產(chǎn)生帶液。原因有多方面：①低溫甲醇洗系統(tǒng)較易波動(dòng)，造成熱負(fù)荷波動(dòng)，液氨汽化不完全，使氣氨中帶液；②氣氨管線過細(xì)，造成冰機(jī)入口負(fù)壓過大，容易導(dǎo)致部分液氨汽化不完全；③經(jīng)濟(jì)器出口氣氨管線進(jìn)入低壓機(jī)機(jī)體，在冰機(jī)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，因管線中無分離器，易造成低壓機(jī)帶液；④氨分離器中分離出的液氨無法及時(shí)汽化，液位升高后極易帶入冰機(jī)；⑤低壓機(jī)進(jìn)口至高壓機(jī)進(jìn)口各管段間，很多管道設(shè)計(jì)成U 形彎，在運(yùn)行過程中，易造成氨液滴在管道U 形彎處富集，一旦系統(tǒng)波動(dòng)或液氨積累到一定程度后，導(dǎo)致冰機(jī)帶液。一旦冰機(jī)出現(xiàn)帶液現(xiàn)象后，輕則影響冰機(jī)運(yùn)行效率，短時(shí)間內(nèi)必須減負(fù)荷運(yùn)行，影響低溫甲醇洗裝置制冷量；重則造成液擊，損壞冰機(jī)，嚴(yán)重制約低溫甲醇洗裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)冷量不足

系統(tǒng)冷量不足，主要體現(xiàn)在低溫甲醇洗裝置對(duì)H2S、CO2的處理能力較差，設(shè)計(jì)進(jìn)低溫甲醇洗的氣量為71 000m3／h，低溫甲醇洗系統(tǒng)吸收用的貧甲醇量為120m3／h、溫度為－58℃；出低溫甲醇洗裝置的凈化氣量為47 000m3／h，H2S含量≤0.1×10－6，CO2在3%左右。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)?shù)蜏丶状枷囱b置的負(fù)荷達(dá)到70%以上時(shí)，其凈化氣中的H2S將達(dá)0.2×10－6以上，同時(shí)CO2含量將達(dá)7%以上，嚴(yán)重制約了甲醇裝置的高負(fù)荷運(yùn)行。

圖1 低溫甲醇洗工藝流程

2.3 氨冷器換熱面積不足

冰機(jī)低壓機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)口壓力為－0.028MPa，在實(shí)際運(yùn)行中，我們?yōu)樘岣咧评淞?，將其控制在?.04MPa，這樣依然滿足不了系統(tǒng)對(duì)制冷量的需求，吸收塔貧甲醇等冷區(qū)的溫度仍然達(dá)不到設(shè)計(jì)值，同時(shí)也較易造成冰機(jī)帶液，說明在當(dāng)前工況下，氨冷器的換熱面積偏小，已經(jīng)滿足不了低溫甲醇洗現(xiàn)階段系統(tǒng)制冷量的要求。

我公司低溫甲醇洗裝置在運(yùn)行過程中，隨著負(fù)荷的提高，系統(tǒng)對(duì)H2S、CO2的吸收能力偏弱，在90%負(fù)荷下，凈化氣中CO2高達(dá)6%左右，易造成合成工段氣體成分不合格及壓縮機(jī)振動(dòng)。從工況的分析來看，主要是貧甲醇的溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，造成系統(tǒng)對(duì)H2S、CO2的吸收能力減弱，其原因?yàn)榘崩淦鞯膿Q熱面積設(shè)計(jì)存在問題，造成系統(tǒng)冷量不足及冷量分配不均，最終導(dǎo)致凈化氣中的H2S、CO2含量偏高。

3 技改措施

針對(duì)低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)存在的問題，我們進(jìn)行了多項(xiàng)技改，具體如下。

3.1 冰機(jī)管道中的U 形彎去除

為防止液氨顆粒在冰機(jī)管道U 形彎處的富集，我們?nèi)コ说蛪簷C(jī)進(jìn)口、低壓機(jī)出口至高壓機(jī)進(jìn)口管道間的U 形彎，盡量減少管道中的存液現(xiàn)象。

3.2 增加一臺(tái)120萬大卡的低壓機(jī)

為進(jìn)一步提高系統(tǒng)制冷量，我們?cè)诎敝评湎到y(tǒng)增加了一臺(tái)120 萬大卡的低壓機(jī)（0＃冰機(jī)），將其并入低壓機(jī)管路中，運(yùn)行時(shí)，滿負(fù)荷運(yùn)行一臺(tái)120萬大卡和一臺(tái)80萬大卡的低壓機(jī)；運(yùn)行兩臺(tái)高壓機(jī)，一臺(tái)滿負(fù)荷運(yùn)行，一臺(tái)半負(fù)荷運(yùn)行。這樣，系統(tǒng)制冷量大大提高，解決了系統(tǒng)制冷量不足的問題。

3.3 氨冷器換熱面積的增大

針對(duì)系統(tǒng)冷量不足的問題，我們還對(duì)氨冷器的換熱面積進(jìn)行了增大。

（1）將EC2203（換熱面積202 m2）改作EC2202（換熱面積138m2）用。

（2）將EC2203更換成換熱面積為300m2的新氨冷器。

3.4 新增一臺(tái)氨液（滴）分離器

為進(jìn)一步減輕冰機(jī)的帶液現(xiàn)象，我們?cè)诎崩淦鲾U(kuò)大換熱面積及擴(kuò)口改造后，在換熱面積最大的EC2203出口氣氨管道上單獨(dú)鋪設(shè)了一根氣氨管道，將其與氣氨總管串在一起，并在管線上增加一臺(tái)氨液分離器。

3.5 EA2205與EA2206之間增加一臺(tái)氨冷器

為進(jìn)一步降低貧甲醇溫度，優(yōu)化系統(tǒng)冷量的分配，我們將原EC2202 氨冷器拆下后安裝在EA2206 至EA2205 的管線之間，新命名為EC2207（圖2），對(duì)貧／富甲醇換熱器出來的貧甲醇進(jìn)一步進(jìn)行冷卻，這樣，能顯著降低貧甲醇溫度。增加此氨冷器后，隨著系統(tǒng)貧甲醇溫度大幅度的降低，系統(tǒng)對(duì)二氧化碳的吸收能力將大幅度提高。

圖2 新增氨冷器后系統(tǒng)流程

3.6 冰機(jī)出口水冷更換

為解決冰機(jī)高壓機(jī)壓縮比過大，電耗較高問題，我們將臥式水冷由原單臺(tái)換熱面積500m2的更換為單臺(tái)換熱面積為750m2的新設(shè)備。

為減少管道的改動(dòng)，新的臥式冷卻器選用高效的波紋管式換熱器，此方案可保證在換熱器體積增大最小的情況下，提高50%的換熱效率。

4 改造后系統(tǒng)運(yùn)行情況

低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)通過上述改造后，生產(chǎn)實(shí)踐表明，效果良好。改造前后的對(duì)比見表1。

4.1 冰機(jī)帶液現(xiàn)象基本消除

自2010年6月份和2011年3月份對(duì)冰機(jī)出口管道、氨分加熱系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)器出口管線改造，氨冷器擴(kuò)口及新增氨液分離器后，除在開停車時(shí)系統(tǒng)波動(dòng)大出現(xiàn)短時(shí)間的帶液現(xiàn)象外，在正常運(yùn)行及系統(tǒng)小幅度波動(dòng)時(shí)，基本未出現(xiàn)冰機(jī)帶液現(xiàn)象。

4.2 貧甲醇溫度明顯下降

如圖3，在貧甲醇循環(huán)量逐步提升的情況下，系統(tǒng)貧甲醇溫度明顯下降，從之前的－40℃左右下降至－50℃，說明經(jīng)過改造，系統(tǒng)的制冷能力得到了大幅度的提升。

4.3 氣體成分明顯好轉(zhuǎn)

如圖4，在粗煤氣氣量逐步上升的情況下，凈化氣中CO2含量逐步下降，說明經(jīng)過改造，低溫甲醇洗裝置對(duì)CO2和H2S等酸性氣的處理能力得到了大幅度的提升。

4.4 系統(tǒng)產(chǎn)量大幅度提升

由表1可以看出，在低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)經(jīng)過一系列地優(yōu)化后，凈化氣氣量由38 000m3／h左右增加至48 000m3／h 左右，產(chǎn)量則由每天約400t提高至每天500t以上。

表1 系統(tǒng)改造前后相關(guān)參數(shù)的對(duì)比

圖3 貧甲醇溫度與循環(huán)量變化圖

圖4 低溫甲醇洗裝置對(duì)CO2 等酸性氣的處理能力

4.5 各項(xiàng)消耗大幅度下降

項(xiàng)目實(shí)施后，由于產(chǎn)能的提升，甲醇產(chǎn)品各項(xiàng)消耗也大幅度下降，成本從3 400元／t左右降至每噸3 000元以下。另外，隨著高壓機(jī)出口壓力的降低，其壓縮比也相應(yīng)降低，冰機(jī)電耗也大大降低。

5 結(jié) 語

改造前，低溫甲醇洗系統(tǒng)處理能力嚴(yán)重偏低，基本只能處理80%左右的負(fù)荷，不僅使系統(tǒng)單耗偏高，甲醇成本嚴(yán)重偏高，合成氣成分較差，而且對(duì)冰機(jī)、合成氣壓縮機(jī)等大型機(jī)組的安全長(zhǎng)周期運(yùn)行也是很大的隱患。已經(jīng)成為制約我公司穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的一個(gè)瓶頸問題。改造后，系統(tǒng)產(chǎn)能大幅度提升，生產(chǎn)成本大幅度下降，為整套甲醇裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。