廣匯新能源有限公司空分裝置流程及技改措施＊

趙飛

(新疆廣匯新能源有限公司,新疆,哈密,839303)

廣匯新能源有限公司空分裝置流程及技改措施＊

趙飛

(新疆廣匯新能源有限公司,新疆,哈密,839303)

本文敘述廣匯年產 120萬噸甲醇/80萬噸二甲醚(煤基)裝置 60000m3/h內壓縮空分設備流程,提出該裝置在節能等方面好的一些措施,對同類煤基空分裝置試車具有一定的技術指導性及借鑒作用。

甲醇;二甲醚;煤基;流程;工藝特點;技術改造

1 引言

2010年 3月哈密廣匯年產 120萬噸甲醇 /80萬噸二甲醚(煤基)項目獲得國家發改委正式核準。該項目是新疆廣匯集團抓住國家實施西部大開發和能源結構調整戰略的機遇,充分利用新疆哈密伊吾縣豐富的煤炭資源和相對豐富的水利資源,而大力發展新型煤化工清潔能源產業的大背景下做出的戰略性投資決策。該一期項目于 2007年 5月正式啟動,計劃到 2010年底聯動試車。項目采用先進、可靠的工藝技術生產甲醇/二甲醚、LNG,實現煤炭資源的清潔轉化。

項目包括兩套 linde公司 60000m3/h空氣分離裝置,本套裝置采用曼透平(MAN)“一拖二”機組,一臺蒸汽輪機拖動原料空氣主壓縮機和增壓空氣壓縮機。采用空氣預冷、分子篩凈化、液氧泵內壓縮、增壓制動中壓膨脹、膨脹空氣進壓力塔的工藝流程。壓力塔采用篩板塔,低壓塔采用規整填料塔。為縮短裝置啟動時間,本裝置內設置液氮倒灌管線。空分裝置由以下部分組成：空氣壓縮和預冷卻系統：分子篩吸附系統,以去除空氣中的水分、二氧化碳以及大部分碳氫化合物;主換熱器,將加工空氣冷卻至露點附近,同時復熱其余產品;增壓空氣壓縮機,提供工廠空氣及壓縮凈化后的部分加工空氣;制冷設備(增壓透平膨脹機),產冷以補充空分裝置的冷損耗;精餾系統;內壓縮液氧泵;液氮貯存、后備系統;液氧貯存、后備系統。

2 空分裝置流程簡述

2.1 空氣壓縮和氮水預冷卻系統 原料空氣從吸入口進入空氣過濾器 (S1146)清除灰塵和雜質后,經吸入口消音器(N1151)后進入多級主空氣壓縮機 (C1161)進行壓縮,空氣經四級壓縮二級冷卻后終壓為 0.5～0.6MPa(絕壓),流量300000Nm3/h,排出溫度≤115℃,在送入空氣預冷系統。壓縮空氣經過散堆填料式空氣冷卻塔(E2416)與冷卻水直接接觸,得到冷卻與洗滌。空氣冷卻塔分為兩段,空氣在下段經循環水預冷后進入空冷塔上段被冷凍水進一步冷卻后出空冷塔。其中上段的冷凍水為經蒸發冷卻塔(E2417)冷卻后的循環水。冷卻水可同時洗滌空氣中的可溶于水的化學物質,剩余的有害物質。空氣經冷卻塔的溫度由≤115℃冷卻到≤11℃后,進入分子篩吸附器(A2626A/B)。

2.2 分子篩凈化系統 空氣經冷卻塔冷卻與洗滌后,進入分子篩吸附器 (A2626A/B)。分子篩吸附器為立式單層結構,兩只分子篩吸附器切換工作,在分子篩吸附器中,空氣中的例如水蒸氣、CO2以及潛在危險的碳氫化合物被清除。要求其出口空氣露點 -70℃,CO2含量≤2PPm,兩只吸附器由分餾塔出來的污氮氣經蒸汽加熱器(E2617)加熱后再生。從分子篩吸附器出來后抽取部分空氣作為儀表空氣和空氣過濾器的反吹用氣。

2.3 換熱與制冷系統 干燥、純凈的空氣經過分子篩吸附器(A2626A/B)進入到換熱器系列 (E3116 A-D、E3117 AD)。主換熱器 E3116A-D中空氣分別和高壓液氧、產品氮氣和污氮氣換熱冷卻至近似于露點溫度 -173℃后進入下塔(T3211)中進行預分離。

空氣分離所需要的絕大多數冷量是由膨脹機得到的。部分凈化后的空氣送入空氣增壓機(C1261)進一步壓縮。空氣增壓機分為 2段：第 1段的第 1級出口處抽取 5000Nm3/h送入氣化爐作為氣化爐開車用氣,其余送給第二級。從第二級出來的空氣分為兩股,一股經膨脹機增壓端 (C3420)增壓后送入主換熱器(E3116 A-D),冷卻后從中部抽出送入膨脹機(X3471)進行膨脹制冷;另一股經空氣增壓機的高壓段壓縮后進入主換熱器(E3116 A-D)被壓力塔 (T3211)來的產品氮氣和高壓液氧冷卻和冷凝后經節流進入壓力塔進行精餾。在污氮氣換熱器(E3117A-D)中,來自上塔的污氮氣和空氣進行換熱。污氮氣復溫后出冷箱,一部分用來再生分子篩,另一部分則作為冷源送入蒸發冷卻塔(E2417)中利用干燥污氮的吸熱潛力,將冷卻水溫降至11℃左右。(E3116A-D)中的污氮經復熱后也送入蒸發冷卻塔 (E2417)用以冷卻循環水。由于絕熱冷損、換熱器復熱不足損失等的存在,以及部分液體產品的抽取,都需要向空分裝置提供大量的冷量。裝置的所有冷量,均由閥門的等焓節流以及透平膨脹機 X3471的等熵膨脹來提供。透平膨脹機(X3471)與增壓機 (C3420)組裝成一體,后者既是前者的制動裝置,又可回收能量用來壓縮空氣。

2.4 空氣分離系統及產品 從主換熱器底部出來的空氣進入下塔(T3211)中進行預分離。在壓力塔 (T3211),空氣經過預分離,在頂部得到 10PPmO2純氮氣,底部得到約 40%的富氧液空。從壓力塔底部抽取的液空經過冷器(E3316)過冷后經節流閥 YC-3201節流后去低壓塔 (T3212)中部作為回流液。氣液分離器(D3432)底部的富氧液空經節流閥 YC-3402節流后及接近壓力塔 (T3211)底部抽出的液空經過冷器(E3316)過冷后從過冷器中部抽出,經節流閥 YC-3222節流后一起去低壓塔中部偏上作為低壓塔回流液參與低壓塔精餾。

由壓力塔(T3211)頂部所得的純氮氣分作三部分：一部分至主換熱器(E3116)復熱出冷箱作為本裝置用的密封氣,大部分進入多層浴式冷凝蒸發器(E3216)中被冷凝。冷凝出來的液氮一部分作為壓力塔(T3211)的回流液進行精餾,另一部分經過冷器 (E3316)過冷后,經節流閥 YC-3211節流后去低壓塔 (T3212)頂部的回流液進行精餾。壓力塔(T3211)頂部抽出的低壓氮氣 0.40Mpa(G)經主換熱器(E3116)復熱出冷箱,出冷箱后又分成二股：一股作為低壓氮產品直接送至低壓氮管網供后續生產裝置使用;另一股經控制閥節流至 0.01Mpa(G)作為常壓氮產品。

2.5 內壓縮液氧泵系統 在低壓塔 (T3212),經過最終分離后在底部得到純液氧,頂部得到污氮氣。液氧通過離心式液氧泵(P3568A/B)壓縮至氣氧所需 3.7Mpa(G)的產品壓力后,進入主換熱器 (E3116)的通道中與來自空氣增壓機(C1261)的高壓空氣換熱氣化,氣化后的內壓縮氧作為主要產品出冷箱供造氣氣化爐碎煤加壓氣化用。低壓塔(T3212)頂部得到污氮氣經過冷器(E3316)和主換熱器(E3117)中先后加熱,出冷箱后被用作分子篩系統的再生氣,其余污氮氣作為冷媒進入蒸發冷卻塔(E2417)中用以冷卻循環水。

2.6 液氧和液氮后備系統 如需液氧用于罐裝保存,則在減產的情況下,調整工況可生產少量的液氧或液氮。從液氮儲罐(D7331)抽取液氮,通過液氮泵(P7366A/B)增壓后經液氮水浴式氣化器(E7316)氣化,得到 10000Nm3/h、2.5MPa的中壓氮氣,供后續生產裝置開車時使用。當本裝置出現事故時從液氧儲罐 (D7116)抽取液氧,通過液氧泵 (P7166)增壓后經液氧水浴式汽化器 (E7116)氣化,得到 60000 Nm3/h、3. 7MPa的高壓氧氣,供后續生產裝置使用。

3 穩定操作的要點

空分裝置開車是從增壓透平膨脹機啟動到送出合格產品的整個過程。開車過程中各工藝參數變化大,隨著溫度的降低,壓力和流量要及時調節。使主換熱器各通道氣量分配合理,減少熱端溫差,充分發揮增壓透平膨脹機產冷能力。開預冷系統和分子篩系統時要注意緩慢打開主空壓機送出閥,以免開度過快吹翻分子篩,在冷卻過程中,需根據實際情況不斷地調整閥門開度。如果冷卻速度不超過 30°C/h,可以增加空氣增壓機和透平膨脹機的負荷。觀察各點的溫度變化,特別注意要使整個裝置盡可能同步冷卻。注意冷箱內各部件之間的溫差不能過大,過大的溫差可能會產生超出材料能承受的應力。在啟動內壓縮液氧泵之前,應保證空氣增壓機和透平膨脹機系統的運轉負荷充足,各個換熱器狀態應調整到位,否則啟動內壓縮泵將導致不必要的工況擾動。在關閉和切換復線管線上的閥門時要格外小心,緩慢進行。

在開車過程中,總控操作人員要指揮巡檢崗位人員進行巡回檢查,根據計算機及巡檢崗位人員反饋回的指示儀表數據變化來判斷開車過程是否正常,以確保開車順利進行。

4 國產化技術改造幾點改進

雖然項目空分設計提供方德國Linde公司在設計時進行了精心考慮和設計,但該空分裝置在節能方面還有很大潛力可挖。該空分裝置兩個分子篩輪換進行吸附和再生,分子篩每 240分鐘進行一次再生,每次再生時間為 86分鐘,再生時污氮流量 53600 Nm3/h,再生時需要將再生氣 (污氮)由出冷箱時的 20℃加熱到 190℃,每次再生時再生氣吸收17092973KJ熱能。每年再生氣累計吸收熱能36920821680KJ,換算成中壓蒸汽 15885.576噸;換算成煤1548噸;換算成電 10255783度電。

如果在空壓機后面加一個換熱器,使空壓機出口 115℃高溫空氣與分子篩再生氣進行換熱,可將再生氣由 20℃加熱到 100℃左右,再用蒸汽或電將再生氣加熱到 190℃,這樣將節省大量的能源。經計算加換熱器后可節能約 47%,每年可能 17352786189KJ換算成中壓蒸汽 7466.22噸;換算成煤727.56噸;換算成電 4820218度。

加換熱器后不但節省了能源,還使進空冷塔的空氣溫度降低,降低了空冷塔的負荷減少了循環水用量,而且還降低了涼水塔負荷,不但做到了節能同時還做到了節水。

5 結束語

廣匯哈密年產 120萬噸甲醇/80萬噸二甲醚 (煤基) 60000m3/h空分裝置是國內同類型引進裝置中規模最大裝置之一。與國內同類裝置相比,該裝置具有設計合理緊湊,操作簡單方便,運行穩定安全等優點,但是針對原裝置存在的缺陷和不足,不失時機地進行國產化技術改造,均收到了顯著的效果,提高了氧氮的產出率,同時起到了節能降耗的效果。

[1]專利文獻：賽鼎工程有限公司《新疆廣匯新能源有限公司年產 80萬噸二煤基甲醚項目可行性研究報告》,2009.3。

[2]專利文獻：新疆廣匯新能源有限公司年產 120萬噸甲醇/80萬噸二甲醚(煤基)《空分裝置操作規程》,2010.3

TQ351.27+4

A

1003-3467(2010)10-0044-02

趙飛(1974.8～),助工,空分車間副主任,主要從事煤基生產技術工作。