HT－L煤氣化裝置空分預(yù)冷系統(tǒng)存在的問題與改進(jìn)

馬軍民，趙新躍

（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）

我公司2008年率先采用HT－L航天煤氣裝置對甲醇原料氣系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，淘汰了固定床間歇式煤氣爐制氣裝置，并將煤制氣產(chǎn)能由年80kt甲醇增加到150kt甲醇。其中，16 000m3／h空氣分離裝置采用全低壓、透平膨脹、氮水預(yù)冷、分子篩吸附、內(nèi)壓縮（液氧）工藝流程，該技術(shù)目前普遍應(yīng)用于國內(nèi)外大型空氣分離裝置中。2008年8月空分工序建成投運。

1 預(yù)冷系統(tǒng)改造前工藝流程

由透平空氣壓縮機來的含濕空氣（≤96℃）進(jìn)入空冷塔AT4101的下部，與從水泵WP4101來的外界冷卻水在空氣冷卻塔的下段逆流直接接觸，進(jìn)行質(zhì)熱交換，使空氣初步冷卻；空氣上升到空氣冷卻塔的上段，與來自水冷塔底部并經(jīng)過水泵WP4103增壓后的冷卻水作進(jìn)一步質(zhì)熱交換，使空氣冷卻到低于10℃，出空冷塔，進(jìn)入水分離器WS4101進(jìn)行水分離，出分離器的飽和空氣去分子篩吸附系統(tǒng)。

空冷塔的冷卻水來自兩個方面：其一，為來自公用冷卻水系統(tǒng)，溫度為32℃、壓力為0.4MPa的冷卻水，由水泵增壓后進(jìn)入空冷塔中部作為塔下端的冷卻水，與空氣進(jìn)行熱交換后，排到循環(huán)水系統(tǒng)；另一路從冷卻水系統(tǒng)來經(jīng)管道進(jìn)入水冷塔上部，在塔內(nèi)被污氮氣冷卻，至塔下部流出，由水泵增壓后進(jìn)入冷水機組，進(jìn)一步冷卻到7℃進(jìn)空冷塔上段。流程見圖1。

2 裝置運行中存在的問題

空分裝置自投運以來，空冷塔出口空氣在18℃以上，而設(shè)計溫度為10℃以下，空冷塔出口空氣溫度居高不下，導(dǎo)致了以下一系列問題：致使分子篩吸附時間短，CO2含量超標(biāo)，CO2在冷箱內(nèi)形成干冰，堵塞管道，冷箱內(nèi)冷量不足，空氣在分餾塔內(nèi)分離效果差，出氧能力只能達(dá)到13 000m3／h，氧量不足，氮氣、氧氣純度不合格。使航天氣化爐只能以70%的負(fù)荷運行，增加了甲醇單耗，提高了運行成本。經(jīng)過分析，原因如下：①進(jìn)入空冷塔的冷凍水設(shè)計溫度在8～10℃，實際運行溫度在15℃以上，冷凍水溫度偏高是導(dǎo)致出空冷塔空氣溫度偏高的直接原因；② 冷水機組運行過程中在換熱器內(nèi)換熱銅管上覆有一層0.7mm厚的黃白色晶體，嚴(yán)重影響水了冷凍效果，經(jīng)分析是循環(huán)水加藥劑的結(jié)晶體，在冷水機組進(jìn)水處加藥，但是運行效果并不好。

3 系統(tǒng)技改方案

經(jīng)過認(rèn)真研究分析，決定采取以下措施。

圖1 預(yù)冷系統(tǒng)流程圖

3.1 改造水冷塔

將水冷塔由18m加高到21m，延長冷卻水與污氮氣的接觸時間，使污氮氣更能夠充分被水汽飽和，吸收熱量，降低水溫。

3.2 改變冷凍水介質(zhì)

將進(jìn)水冷塔的循環(huán)水改為脫鹽水，保證進(jìn)水冷機組換熱器水的質(zhì)量，避免結(jié)垢，提高換熱效率，降低入空冷塔水溫。

3.3 改造空冷塔（改造示意如圖2）

圖2 空冷塔改造圖

將空冷塔水路改造成兩段，在空冷塔上下層填料之間加隔板并打DN100孔，然后在孔上焊接高1.2m的DN100鋼管，在出水管路加調(diào)節(jié)閥以控制上段液位。來自冷水機組的冷凍水進(jìn)入空冷塔上段上部，從上段的下部流出，進(jìn)入水冷塔上部，水冷塔的冷凍水從底部流出，經(jīng)冷凍水泵增壓冷水機組冷卻后到空冷塔，空冷塔下段仍由循環(huán)水冷卻。這樣，空冷塔上段的冷凍脫鹽水經(jīng)空冷塔上段、水冷塔、冷水機組，形成閉環(huán)。

3.4 改造后工藝流程

空氣從下部進(jìn)入空冷塔，與從冷卻水泵來的冷卻水在空氣冷卻塔的下段逆流直接接觸，進(jìn)行質(zhì)熱交換，使空氣初步冷卻；空氣上升到空氣冷卻塔的上段，與來自水冷塔底部與冷凍脫鹽水作進(jìn)一步質(zhì)熱交換，使空氣冷卻到低于10℃出空冷塔，進(jìn)入水分離器WS4101進(jìn)行水分離，出分離器的飽和空氣去分子篩吸附系統(tǒng)。一路來自公用系統(tǒng)的溫度為32℃、壓力為0.4MPa的循環(huán)水，由水泵增壓后進(jìn)入空冷塔下段頂部，與空氣進(jìn)行逆流熱交換后，排回到循環(huán)水系統(tǒng)；一路來自公用系統(tǒng)的脫鹽水進(jìn)入水冷塔，在塔內(nèi)被污氮氣飽和冷卻，經(jīng)過水泵增壓后進(jìn)入冷水機組進(jìn)一步冷卻，輸送到空冷塔上段，冷凍脫鹽水在空冷塔上段與空氣逆流換熱后從塔上段底部流出，進(jìn)入到水冷塔上部，形成閉路循環(huán)。技改后流程示意見圖3。

圖3 預(yù)冷系統(tǒng)技改后流程圖

4 技改后的運行效果

增加水冷塔高度，充分利用污氮氣降溫效能，使出水冷塔冷凍水降到11～17℃，相對改造前降低了3℃，較大程度緩解了冷水機組的制冷負(fù)荷；空冷塔技改為上下兩段，上段冷凍循環(huán)水改為閉環(huán)式的循環(huán)脫鹽水，降低了冷量的損失。技改投運以來，未發(fā)現(xiàn)冷水機組換熱器、水冷塔填料、空冷塔上段填料結(jié)垢現(xiàn)象，提高了各換熱器效率，使空冷塔出口溫度降到了8℃以下。此次預(yù)冷系統(tǒng)的改造效果良好，為純化、分離的正常運行提供了保障，使氧氣產(chǎn)量提高到了15 000m3／h，確保了HT－L航天氣化爐的用量，為HT－L航天氣化裝置達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)及長周期經(jīng)濟運行打下了堅實的基礎(chǔ)。