云峰增氧制氣總結(jié)

(云南云天化國際化工股份有限公司云峰分公司，云南 宣威 655413)

2014年6月云天化國際化工公司云峰分公司新上1套3 000 m3/h制氧裝置。采用VPSA變壓吸附制氧，在常溫條件下，利用分子篩選擇吸附空氣中的氮氣，然后降低吸附塔壓力以脫附吸附于分子篩中的氮氣，從而實現(xiàn)吸附-脫附循環(huán)操作，連續(xù)制取純度 90%～95%的氧氣。

1 增氧工藝簡介

VPSA制氧裝置由鼓風(fēng)機、真空泵、吸附系統(tǒng)、儀表控制、電氣控制、儀表空氣、氧氣壓縮共七部分組成。設(shè)計生產(chǎn)能力為3 000 m3/h的氧氣(90%)。

1.1 進裝置的的原料及指標(biāo)

空氣

相對濕度 74%

空氣中碳氫化合物總量 ≤10×10-6

空氣中含塵量 ≤20 mg/m3

循環(huán)水

壓力 0.2～0.3 MPa(表)，溫度 ≤32 ℃

1.2 出裝置的氧氣指標(biāo)

產(chǎn)量 3 000 m3/h，純度 90%，輸出壓力 55 kPa(表)

1.3 動力消耗

氧氣耗電定額為0.38 kW·h/m3

2 增氧后煤氣發(fā)生爐的變化及工藝調(diào)整

2.1 增氧后煤氣發(fā)生爐的變化

增氧后由原來的六臺爐子供六機變?yōu)槲迮_爐子供六機。

技改前都是采用自然空氣，空氣加入量是根據(jù)氨合成氫氮比的需要。氮氣進入水煤氣中，形成半水煤氣。其中的氮氣并沒有完全靠上行制氣加空氣滿足。一個循環(huán)制氣時間135 s，有5.4 s吹凈回收，可以彌補半水煤氣中氮氣的不足，減少上行制氣加氮空氣中氧與原料煤的氧化反應(yīng)。此過程原意是將造氣爐上下行閥間煤氣回收入系統(tǒng)。雖然回收了煤氣，但是，吹風(fēng)氣中大量的CO2也進入合成氨原料氣中，影響了半水煤氣質(zhì)量。顯然，增氧制氣可減少吹凈回收時間，甚至可以取消吹凈(有待探討)，有利于制氣。

本技改保持原生產(chǎn)上行制氣加氮過程不變，盡量減少吹凈回收時間，增加上行制氣加氮量，在滿足半水煤氣氫氮比需要的基礎(chǔ)上，上行制氣入爐蒸汽中加入含氧90%的氧氣，這樣，碳與氧的反應(yīng)量增加，提供更多蒸汽分解所需的熱量，使蒸汽得以長時間在高溫條件下分解，提高蒸汽分解率，這是本技改的主要目的。

2.2 工藝調(diào)整

(1)空氣總管增氧后，通過減少吹風(fēng)時間，保持吹風(fēng)負荷不變，調(diào)整蒸汽比例，控制爐況穩(wěn)定。根據(jù)原料質(zhì)量(灰熔點等)調(diào)整氣化層溫度，控制半水煤氣的CO2量，提高有效氣體含量。

(2)用加焦時間控制炭層在正常指標(biāo)內(nèi)，不得用增大加焦量來強行控制上行溫度。(未改造的發(fā)生爐有效炭層1 600～1 800 mm，改造后的發(fā)生爐1 800～2 300 mm)，上行溫度不超過450 ℃。爐條機控制合理的渣層厚度，在指標(biāo)范圍內(nèi)采用適度增加下吹時間或加大下吹蒸汽手輪調(diào)節(jié)上、下行溫度。下行溫度控制在150～300 ℃；若上行溫度上升、下行溫度下降到低于正常指標(biāo)，適當(dāng)增大爐條轉(zhuǎn)速；若下行溫度上升、上行溫度正常，適當(dāng)減小爐條機轉(zhuǎn)速；若上、下行溫度都高，并且超指標(biāo)，適當(dāng)減吹風(fēng)負荷，相應(yīng)增加上吹時間。當(dāng)上行溫度低、下行溫度正常，下細灰多時，可增加吹風(fēng)時間1～2 s，或者增加1～2 s下吹時間。當(dāng)上行溫度低、下行溫度高時，適當(dāng)增加吹風(fēng)時間，減少爐條機轉(zhuǎn)速。增氧后入爐空氣中氧氣濃度升高，控制難度增大，吹風(fēng)時間調(diào)整必須穩(wěn)定，吹風(fēng)數(shù)調(diào)整超過1個數(shù)必須報告。

(3)在開始采用增氧間歇氣化技術(shù)時，不需要改變原操作程序，僅在原上行制氣時，增氧與原有加氮空氣同步加入。為了確保安全，補充入爐的氧濃度應(yīng)逐步提高，切忌大幅增加氧氣。

① 上行加氮制氣。初期在保留原自然空氣加氮的同時逐步推進。熟悉操作后，開始運行時，加入制氧能力50%、含90%濃氧的空氣，并注意控制三氣(入爐蒸汽、加氮自然空氣及90%濃氧空氣)中氧濃度，此時半水煤氣中H2和CO明顯變化，應(yīng)注意。初期穩(wěn)定4個班以上，若沒有異常，在1～2 d時間里，逐步以每小時10%的氣量遞增加入，直至單系統(tǒng)氧氣全部加入，增氧量應(yīng)結(jié)合控制系統(tǒng)加入，使各分階段加氮空氣中氧濃度自22.1%逐步過渡到24.2%，以增加炭層氧化反應(yīng)的熱量，提高進入氣化層蒸汽的分解效率，增加H2和CO等有效氣體產(chǎn)量，減少CO2的生成。當(dāng)CO2含量逐步上升時，應(yīng)減少入爐蒸汽流量或增加氧氣補入量，使氣化層氧化反應(yīng)溫度上升，控制CO2的還原反應(yīng)。

② 吹凈。此過程主要是制氣結(jié)束后，將爐內(nèi)殘余的水煤氣吹凈回收到生產(chǎn)系統(tǒng)。為了盡量保證制氣效率，采用增氧空氣固定半水煤氣中的氮氣含量，發(fā)揮有效碳和蒸汽的效率，盡量采用小風(fēng)量和短時間吹凈。吹凈也是吹風(fēng)過程的前奏，爐溫處于最低，可采用高濃度增氧空氣，但要注意N2含量不超指標(biāo)。這樣可盡快幫助吹風(fēng)恢復(fù)爐內(nèi)炭層溫度，給減少吹風(fēng)時間創(chuàng)造條件。

3 增氧后應(yīng)關(guān)注的指標(biāo)

3.1 指標(biāo)的變化

增氧后，通過比較固定碳、活性、灰融點不同的焦，發(fā)現(xiàn)固定碳高、活性好的原料燒得更好。同時要燒灰融點高的焦，即灰融點要在1 300 ℃以上的焦。

上吹階段加入氧氣，可以提高氣化層的平均溫度，氣化層的平均溫度實際上是水蒸氣分解的溫度，上吹階段加入氧氣可以提高蒸汽分解率，在提高制氫能力的同時還能提高煤氣中的氫碳比(提高煤氣質(zhì)量)。同時可以縮短吹風(fēng)時間，減少吹風(fēng)量及帶出物，吹風(fēng)燃燒的焦炭也同時減少。但是，增加上吹階段氣化劑中的氧含量，也勢必增加上行煤氣中的CO和CO2的含量，煤氣中過多的CO和CO2會對后續(xù)的脫硫、變換和脫碳工序產(chǎn)生嚴重的影響。

焦燃燒過程中，溫度高的階段為熱力學(xué)控制，溫度低的階段為動力學(xué)控制。蒸氣跟碳反應(yīng)生成CO，要CO2降須提溫度。增氧越多，CO2越多，吹風(fēng)氣減少，熱量轉(zhuǎn)到渣里，溫度降得慢，CO2也多。蒸氣分解率55%以上，氣化層1 220 ℃，循環(huán)水溫度變高。

3.2 調(diào)節(jié)措施

(1)穩(wěn)定吹風(fēng)負荷，入爐增氧空氣氧氣濃度控制在24%～26%，正常情況下不得擅自改變發(fā)生爐的吹風(fēng)手輪閥開度，保證造氣爐的穩(wěn)定性和充分發(fā)揮增氧制氣的效果。

(2)認真觀察和分析氧氣壓力與增氧空氣中氧氣濃度的變化趨勢，合理設(shè)置氧氣流量調(diào)節(jié)值

或增氧空氣氧氣含量調(diào)節(jié)值，以保證入爐增氧空氣氧濃度的穩(wěn)定。

(3)穩(wěn)定入爐蒸汽壓力。入爐蒸汽壓力以原來空氣制氣的蒸汽壓力為主，根據(jù)各爐爐況單爐調(diào)節(jié)；入爐蒸汽溫度控制在170～200 ℃之間，嚴防蒸汽帶水。

(4)穩(wěn)定炭層和合理出灰。穩(wěn)定炭層和正常出灰的目的是穩(wěn)定氣化層的位置，同時也是穩(wěn)定造氣爐的負荷，所以，必須按要求均勻出灰，爐條機加減幅度不能太大，出灰時間間隔均勻。下行管道集塵器每天白班清理一次。

4 對后續(xù)工序的影響

半水煤氣中甲烷由0.1%漲到0.3%，惰性氣體氬由0.1%漲到0.13%，合成塔壓力由2.6 MPa增至2.8 MPa，合成回路甲烷原控制在6%，現(xiàn)在是7%～8%。若按原來的指標(biāo)控制，會增加合成塔的壓力，這就要加大塔后吹除氣的量。

半水煤氣中CO2的含量由8.1%漲到10%，這需要調(diào)整脫碳系統(tǒng)的負荷，才能穩(wěn)定工藝。

5 總 結(jié)

氣化廠增氧制氣取得的成效是，使產(chǎn)氣量加大，同樣六機能停一臺發(fā)生爐，噸氨焦耗下降10 kg，渣中殘?zhí)嫉?，吹風(fēng)氣量減少，煤氣發(fā)生爐的空氣風(fēng)機能停一臺?？偟膩碚f，節(jié)約能源，提高壓縮機單機能力。