脫碳?xì)怏w換熱器在甲醇凈化系統(tǒng)中應(yīng)用及改造

山東兗礦魯南化工有限公司以德士古水煤漿氣化爐為源頭，采用四噴嘴燒嘴，日耗煤量約1 000 t。在滿足日產(chǎn)尿素1 800 t的要求下，可再向甲醇系統(tǒng)提供高達(dá)70 000 m3/h(標(biāo)態(tài))的脫硫氣，同時(shí)合成氨凈化系統(tǒng)還可向甲醇系統(tǒng)提供約22 000 m3/h(標(biāo)態(tài))氫氣(脫碳?xì)饬?，以增加甲醇產(chǎn)量，甲醇年產(chǎn)能增至180 kt。甲醇凈化系統(tǒng)工藝流程：CO部分變換→COS中溫水解→NHD法脫除H2S，COS和CO2→COS常溫水解→H2S精脫除，制得總硫質(zhì)量濃度<0.15 mg/m3的合格精制氣送至甲醇合成工段。

1 改造前情況

改造前凈化系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。自脫硫系統(tǒng)來(lái)的脫硫氣[35 ℃，2.15 MPa，φ(CO2) 23.9%]進(jìn)入板翅式氣體換熱器，與脫碳?xì)夂偷蛪洪W蒸氣換熱后，溫度降至～10 ℃，進(jìn)入進(jìn)塔氣分離器分離冷凝水后進(jìn)入脫碳塔，從脫碳塔頂部出來(lái)的脫碳?xì)鈁- 4 ℃，φ(CO2) 3%～5 %]經(jīng)凈化氣分離器分離夾帶的NHD霧沫后，進(jìn)入板翅式氣體換熱器回收冷量，溫度升至20 ℃后進(jìn)入后系統(tǒng)。

圖1 改造前凈化系統(tǒng)工藝流程

該板翅式氣體換熱器于2008年1月投入使用，為鋁質(zhì)板翅式設(shè)備。與鋼材設(shè)備相比，鋁質(zhì)設(shè)備韌性較差，經(jīng)數(shù)年使用后，易出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，特別是在系統(tǒng)開(kāi)、停車和負(fù)荷調(diào)整過(guò)程中，由于壓力變化，鋁材設(shè)備在焊縫處更容易出現(xiàn)泄漏,鑒于其他系統(tǒng)使用的幾臺(tái)同類型、同廠家生產(chǎn)的設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的不同程度的泄漏、著火等情況，該氣體換熱器在運(yùn)行過(guò)程中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了保障系統(tǒng)安全運(yùn)行，規(guī)定對(duì)該氣體換熱器減壓運(yùn)行，脫碳?jí)毫?yīng)控制在≤2.2 MPa，直接影響了脫碳?xì)獾奈?，CO2指標(biāo)難以控制。為了消除安全隱患，現(xiàn)將板翅式氣體換熱器更換為列管式換熱器。

2 改造內(nèi)容

通過(guò)理論計(jì)算后得知：需要新增1臺(tái)列管式換熱器A(F=600 m2)，設(shè)計(jì)壓力為2.45 MPa；同時(shí)，利用老凈化系統(tǒng)退役的1臺(tái)中溫列管式換熱器B(F=400 m2)，設(shè)計(jì)壓力為2.45 MPa。

改造后凈化系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖2。自脫硫系統(tǒng)來(lái)的脫硫氣分2路分別進(jìn)入列管式換熱器A和中溫列管式換熱器B的殼程，由閥門控制流量。脫碳?xì)膺M(jìn)入列管式換熱器A的管程，CO2進(jìn)入中溫列管式換熱器B的管程，進(jìn)行逆流換熱。

圖2 改造后凈化系統(tǒng)工藝流程

3 改造效果

(1)將鋁質(zhì)板翅式換熱器改為列管式換熱器，設(shè)計(jì)壓力升高，提高了操作的安全性。

(2)由于板翅式氣體換熱器在運(yùn)行過(guò)程中易引起系統(tǒng)阻力增大，并且設(shè)備徹底清洗比較困難，更換設(shè)備后，降低了系統(tǒng)阻力，為系統(tǒng)增加甲醇產(chǎn)能提供了前提條件，平均脫硫氣氣量增加了約1 500 m3/h(標(biāo)態(tài))。