液氮洗原料氣通道壓差波動的原因分析及處理

徐慶磊*，張成勝，林迥，張明臣

（山東潤銀生物化工股份有限公司，山東東平，271500）

液氮洗原料氣通道壓差波動的原因分析及處理

徐慶磊*，張成勝，林迥，張明臣

（山東潤銀生物化工股份有限公司，山東東平，271500）

總結(jié)液氮洗裝置開車以來的運(yùn)行情況，針對原料氣通道壓差上漲造成2號原料氣冷卻器換熱不好，繼而導(dǎo)致氮洗塔壓差波動的問題分析，并提出解決辦法和優(yōu)化措施，保證裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

液氮洗；原料氣；2#冷卻器；溫度梯度；氮洗塔壓差

引言

隨著國內(nèi)煤化工事業(yè)的飛速發(fā)展，合成氣體凈化技術(shù)顯得格外重要，一些能耗高、污染大、操作復(fù)雜的落后技術(shù)正在逐步退出歷史舞臺，甲醇洗后配液氮洗裝置[1]，由于在脫除對于氨合成觸媒有害雜質(zhì) CO[2]的過程中，同時(shí)也去除了惰性氣體CH4和Ar，在氨合成生產(chǎn)反應(yīng)中，不存在惰性氣體馳放問題，進(jìn)而大大提高了氨合成的反應(yīng)效率，降低了能耗，甲醇洗后配液氮洗裝置已經(jīng)成為了目前合成氨生產(chǎn)的標(biāo)配流程。

1 概述

山東潤銀生物化工股份有限公司（簡稱潤銀化工）60萬噸/年合成氨原料路線改造II期項(xiàng)目，于2017年4月份竣工投產(chǎn)。

潤銀化工 II期原料路線改造項(xiàng)目凈化工序采用的是等溫變換、低溫甲醇洗和液氮洗技術(shù)。其中液氮洗裝置的分離過程屬于物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。此過程是利用H2與CO、CH4、N2等的飽和溫度相差較大，CO、CH4的飽和溫度比N2、H2的飽和溫度高的特點(diǎn)，將CO、CH4從氣態(tài)液化溶解到液氮中，從而達(dá)到脫除CO、CH4等氣體雜質(zhì)的目的。此液氮洗裝置開車后系統(tǒng)逐漸加滿負(fù)荷，但是氮洗塔壓差時(shí)而波動，中間被迫幾次停車復(fù)溫。

原料氣體來自低溫甲醇洗單元，首先進(jìn)入吸附器（V-2401A/BⅡ），將其中的微量甲醇和二氧化碳脫除，以免它們在冷箱內(nèi)凍結(jié)引起低溫設(shè)備和管道的堵塞。吸附器由兩臺組成，內(nèi)裝分子篩，一臺使用，一臺再生，切換周期為24小時(shí)，由程序控制器實(shí)現(xiàn)自動切換；分子篩再生用的氣體為0.44MPaG低壓氮?dú)?再生用后的低壓氮?dú)馑屯蜏丶状枷垂ば虻牧蚧瘹錆饪s塔作氣提用氮。從甲醇洗單元來的粗原料氣經(jīng)分子篩吸附器將CO2、CH3OH 等雜質(zhì)除去后，進(jìn)入 1號原料氣冷卻器 E-2405與氮洗塔C-2401頂部來的凈化氣換熱，冷卻到一定溫度后進(jìn)入 2號原料氣冷卻器E-2406繼續(xù)冷卻換熱。原料氣進(jìn)入氮洗塔C-2401底部，在塔中原料氣用液氮洗滌，氣體中CO、CH4、Ar等被液氮吸收后得到精制氣，從氮洗塔頂部出來經(jīng)E-2406換熱后，用比例調(diào)節(jié)方式對其進(jìn)行配氮使其氫氮比為3：1，然后進(jìn)入E-2405回收冷量。復(fù)熱到一定溫度后分為兩路，一路去甲醇洗單元，經(jīng)回收冷量后返回液氮洗系統(tǒng)。另一路則經(jīng)中壓氮?dú)饫鋮s器E-2404復(fù)熱后，與從甲醇洗單元回來的氣體匯合后送往合成氣壓縮機(jī)，壓縮增壓后送往合成氨生產(chǎn)裝置。

2 原料氣通道壓差波動的現(xiàn)象、原因及處理措施

2.1 表現(xiàn)出的現(xiàn)象

（1）原料氣進(jìn) E2405和 E2406的壓差,由最初的36KPa逐漸長到130KPa。

（2）返流介質(zhì)如出氮洗塔的合成氣、燃料氣等出E2406進(jìn)E2405的溫度,隨著原料氣進(jìn)E1405和E2406的壓差上漲，由最初-95℃最低降低至-180℃。

（3）粗合成氣出E2406進(jìn)氮洗塔的溫度由-194℃最高長至-173℃。

（4）原料氣通道換熱效果較好時(shí)，氮洗塔壓差隨著入口原料氣溫度的上漲而上漲，最終導(dǎo)致氮洗塔壓差上漲，形成液泛，出口合成氣CO微量超標(biāo)，被迫減量甚至切氣處理。

（5）原料氣通道堵塞加重，阻力增大到一定程度時(shí)，E2406換熱效果變差，氮洗塔壓差在原料氣溫度-193℃時(shí)依然會迅速上漲，形成攔液，最終導(dǎo)致CO微量超標(biāo)，被迫減量甚至切氣處理。

2.2 具體的原因分析

（1）由于2號原料氣冷卻器E2406的換熱特性和氮洗塔自身適用性，當(dāng)原料氣溫度高于-190℃時(shí)，氮洗塔洗滌工況不穩(wěn)定，容易發(fā)生液泛，易造成氮洗塔攔液，氮洗塔液位下降，氮洗塔壓差迅速上漲，最終微量不受控，減量處理。

（2）入液氮洗原料氣中含有<1000ppm的甲烷，由于E2406的換熱特性和氮洗塔的適用性，如果原料氣溫度控制較高時(shí)，氮洗塔容易攔液，造成微量超標(biāo)生產(chǎn)波動，所以控制出E2406的合成氣溫度低于-190度，而甲烷的熔點(diǎn)為-182.5℃，導(dǎo)致甲烷在E2406換熱器中結(jié)晶，堵塞換熱通道，影響介質(zhì)間的換熱效果，通常會導(dǎo)致入氮洗塔的洗滌氮溫度降低，原料氣溫度升高。當(dāng)E2406原料氣通道堵塞嚴(yán)重時(shí)，會形成大塊的甲烷冰，伴隨著合成氣帶入氮洗塔，穿過破泡罩之后，帶到氮洗塔塔板間，由于塔板上的篩孔制作直徑為0.9 mm，尺寸大于0.9mm的甲烷冰就會堵塞氮洗塔的篩孔，造成氮洗塔下液不暢，形成氮洗塔的攔液[3]，導(dǎo)致氮洗塔壓差上漲，微量超標(biāo)。

（3）入液氮洗原料氣中含有部分氮?dú)鈁4]，由于前工序采用的粉煤加壓氣化技術(shù)，粉煤鎖斗充壓及燒嘴氧氣管線、火檢管線保護(hù)氣體均采用的是高壓氮?dú)?，其中粉煤鎖斗在于粉煤給料罐聯(lián)通均壓和放料時(shí)約有5800 Nm3/h的氮?dú)膺M(jìn)入輸煤系統(tǒng)，而且加上燒嘴氧氣管線和火檢管線保護(hù)氣體2600Nm3/h，一共是8400 Nm3/h的高壓氮?dú)膺M(jìn)入合成氣，在粉煤鎖斗架橋需要除橋時(shí)需要更多的氮?dú)膺M(jìn)入輸煤系統(tǒng)，那么在進(jìn)入液氮洗的原料氣中的氮?dú)夂考s為4.3%，我們的液氮洗操作壓力為3.2MPaA，那么氮?dú)獾姆謮簽?.139MPaA，對應(yīng)的飽和溫度為-193℃，原料氣出E-2406的溫度如果小于-193℃就達(dá)到了氮?dú)獾囊夯瘻囟?，?dǎo)致原料氣中氮?dú)庖夯?/p>

（4）E2405與E2406板式換熱器之間的溫度越低，E2406整體溫度梯度越小，原料氣進(jìn)入E2406溫度下降的越早，甲烷越容易凝固，氮?dú)庠饺菀滓夯?，系統(tǒng)越容易堵塞。

（5）本液氮洗裝置為提高氮?dú)饫寐?，單?dú)設(shè)計(jì)了一路直補(bǔ)液氮通道，即：從空分裝置來的液氮流經(jīng)E2406、E2405和E2404為系統(tǒng)補(bǔ)充冷量，復(fù)熱后出冷箱，送往低溫甲醇洗工序的硫化氫濃縮塔做氣提用氮。開車前期由于此路直補(bǔ)液氮使用不當(dāng)，加入的液氮過多，使E2406下部液氮通道滿液，致使液氮?dú)庖悍蛛x器（S2403）滿液，使液氮進(jìn)入氮?dú)馔ǖ?，將E2406溫度降的過低。

2.3 處理措施

（1）正常工況控制入氮洗塔原料氣溫度24TI2440在-190℃-194℃?？刂戚^低的原料氣溫度，從而防止氮洗塔壓差升高。根據(jù)本液氮洗裝置的適用特性，當(dāng)原料氣溫度24TI2440較高時(shí)，氮洗塔壓差隨之升高，易發(fā)生攔液現(xiàn)象，進(jìn)而引起氮洗塔液位下降、微量升高。當(dāng)E2406堵塞加劇，換熱效果變差導(dǎo)致洗滌氮溫度降低至-188℃甚至更低時(shí)，為防止系統(tǒng)繼續(xù)惡化，此時(shí)需要提高入氮洗塔原料氣溫度至-182.5℃之上，繼續(xù)維持運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)阻力緩慢恢復(fù)，洗滌氮溫度升高時(shí)，再及時(shí)采取降溫手段，恢復(fù)正常工況操作。

（2）氣化爐氧煤比要控制得當(dāng)，使?fàn)t膛內(nèi)煤粉燃燒充分，降低入液氮洗合成氣中甲烷的含量，延長 E2406的堵塞時(shí)間。

（3）氣化爐輸煤單元操作要優(yōu)化，均壓和放料時(shí)，盡量的減少均壓時(shí)間和粉煤鎖斗往粉煤給料罐放料時(shí)的氮?dú)馐褂昧俊p少合成氣中的氮?dú)夂?，降低入液氮洗原料氣中氮?dú)獾姆謮海瑥亩档偷獨(dú)獾娘柡蜏囟?，使氮?dú)庠谠蠚庵胁蝗菀滓夯?/p>

（4）控制較高的板式換熱器間（E2405-E2406）的溫度，24TI2433：-95℃-120℃，進(jìn)而拉長 E2406的溫度梯度。目的防止原料氣管線凍堵，提高E2406的換熱效果。當(dāng)原料氣壓差24PDI14-16升高時(shí)，說明E2406換熱效果下降，系統(tǒng)運(yùn)行有趨于惡化的跡象，板間溫度過低，甲烷堵塞的面積越大。

（5）液氮?dú)庖悍蛛x器（S2403）正常生產(chǎn)時(shí)盡量減少使用直補(bǔ)液氮通道。目的防止板間溫度過低，造成原料氣管線堵塞加快。S2403補(bǔ)入液氮過多，會造成E2406下部積液過多，當(dāng)E2406液位過高時(shí)，換熱效果下降，出E2406熱介質(zhì)溫度會隨之升高，嚴(yán)重時(shí)造成原料氣溫度24TI2440升高（失控），導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行惡化。因此，正常生產(chǎn)時(shí)S2403盡量少補(bǔ)液氮。

（6）在大幅度減量或系統(tǒng)停車時(shí)，要防止板間溫度下降過快。目的防止E2406溫度過低，造成生產(chǎn)恢復(fù)后工況發(fā)生惡化。當(dāng)原料氣或中壓氮?dú)鉄嵩唇橘|(zhì)大幅度降低時(shí)，需及時(shí)關(guān)小出冷箱的冷介質(zhì)（合成氣、燃料氣、循環(huán)氫），防止板間溫度大幅度降低。

3 結(jié)束語

2號原料氣冷卻器E2406的換熱特性和氮洗塔的適應(yīng)溫度是目前生產(chǎn)配制無法避免的，我們只能從液氮洗操作上去優(yōu)化調(diào)整減少波動，對于E2405與 E2406之間的溫度要嚴(yán)格看好，當(dāng)發(fā)現(xiàn)原料氣通道壓差稍微上漲時(shí)要做到及時(shí)調(diào)整，防止堵塞過多，影響換熱。通過大量實(shí)踐操作和進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，原料氣通道阻力可以穩(wěn)定在37KPa左右，系統(tǒng)基本可以受控運(yùn)行。

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Cause Analysis and Treatment of Pressure Fluctuation in Raw Gas Passage of Liquid Nitrogen Washing

XU Qinglei*,ZHANG Chengsheng,LIN Jiong,ZHANG Mingchen
(Shandong runyin biochemical Limited by Share Ltd,Shandong,Dongping,271500,China)

To summarize the operation status of the liquid nitrogen wash unit for driving,raw gas channel pressure difference caused by rising 2,raw gas cooler heat exchanger is not good,then lead to the analysis of differential pressure fluctuation of nitrogen washing tower,and puts forward the solution and optimization measures,to ensure the safe and stable operation of the device.

liquid nitrogen washing;raw gas; 2# cooler; temperature gradient;nitrogen scrubber;pressure difference

TQ113.26

A

1672-9129(2017)04-0102-03

徐慶磊,張成勝,林迥,等.液氮洗原料氣通道壓差波動的原因分析及處理[J].數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(4):102-104.

Cite：XU Qinglei,ZHANG Chengsheng,LIN Jiong,et al.Cause Analysis and Treatment of Pressure Fluctuation in Raw Gas Passage of Liquid Nitrogen Washing [J].Peak Data Science,2017,6(4):102-104.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.026