低溫甲醇洗制冷系統的優化

韓偉偉，郭少峰

（河南煤化集團濮陽龍宇化工有限責任公司，河南濮陽 457000）

1 概 述

濮陽龍宇化工有限責任公司采用國內首套擁有自主知識產權的HT－L 航天粉煤加壓氣化技術，其低溫甲醇洗（流程如圖1）設計接氣量71 495.65m3／h（干基），操作彈性為50% ～110%負荷。裝置在試車過程中，當接氣負荷在80%以上時，凈化氣中H2S 含量有時高達1×10－6以上，嚴重影響了后工段的運行。

低溫甲醇洗裝置自2008 年11 月建成投產后，受氣化裝置運行不穩定的影響，低溫甲醇洗裝置負荷在65%～100%之間波動。隨著空分裝置和氣化裝置的運行日趨完善，系統負荷逐步提升并穩定在90%以上，低溫甲醇洗裝置的問題逐漸暴露出來，成為制約我公司甲醇生產的一大瓶頸。

2 低溫甲醇洗制冷系統存在的問題

2.1 冰機容易帶液，影響制冷效果

冰機系統在運行過程中，較易產生帶液。原因有多方面：①低溫甲醇洗系統較易波動，造成熱負荷波動，液氨汽化不完全，使氣氨中帶液；②氣氨管線過細，造成冰機入口負壓過大，容易導致部分液氨汽化不完全；③經濟器出口氣氨管線進入低壓機機體，在冰機負荷波動時，因管線中無分離器，易造成低壓機帶液；④氨分離器中分離出的液氨無法及時汽化，液位升高后極易帶入冰機；⑤低壓機進口至高壓機進口各管段間，很多管道設計成U 形彎，在運行過程中，易造成氨液滴在管道U 形彎處富集，一旦系統波動或液氨積累到一定程度后，導致冰機帶液。一旦冰機出現帶液現象后，輕則影響冰機運行效率，短時間內必須減負荷運行，影響低溫甲醇洗裝置制冷量；重則造成液擊，損壞冰機，嚴重制約低溫甲醇洗裝置的長周期穩定運行。

2.2 系統冷量不足

系統冷量不足，主要體現在低溫甲醇洗裝置對H2S、CO2的處理能力較差，設計進低溫甲醇洗的氣量為71 000m3／h，低溫甲醇洗系統吸收用的貧甲醇量為120m3／h、溫度為－58℃；出低溫甲醇洗裝置的凈化氣量為47 000m3／h，H2S含量≤0.1×10－6，CO2在3%左右。實際運行中，當低溫甲醇洗裝置的負荷達到70%以上時，其凈化氣中的H2S將達0.2×10－6以上，同時CO2含量將達7%以上，嚴重制約了甲醇裝置的高負荷運行。

圖1 低溫甲醇洗工藝流程

2.3 氨冷器換熱面積不足

冰機低壓機設計進口壓力為－0.028MPa，在實際運行中，我們為提高制冷量，將其控制在－0.04MPa，這樣依然滿足不了系統對制冷量的需求，吸收塔貧甲醇等冷區的溫度仍然達不到設計值，同時也較易造成冰機帶液，說明在當前工況下，氨冷器的換熱面積偏小，已經滿足不了低溫甲醇洗現階段系統制冷量的要求。

我公司低溫甲醇洗裝置在運行過程中，隨著負荷的提高，系統對H2S、CO2的吸收能力偏弱，在90%負荷下，凈化氣中CO2高達6%左右，易造成合成工段氣體成分不合格及壓縮機振動。從工況的分析來看，主要是貧甲醇的溫度達不到設計指標，造成系統對H2S、CO2的吸收能力減弱，其原因為氨冷器的換熱面積設計存在問題，造成系統冷量不足及冷量分配不均，最終導致凈化氣中的H2S、CO2含量偏高。

3 技改措施

針對低溫甲醇洗制冷系統存在的問題，我們進行了多項技改，具體如下。

3.1 冰機管道中的U 形彎去除

為防止液氨顆粒在冰機管道U 形彎處的富集，我們去除了低壓機進口、低壓機出口至高壓機進口管道間的U 形彎，盡量減少管道中的存液現象。

3.2 增加一臺120萬大卡的低壓機

為進一步提高系統制冷量，我們在氨制冷系統增加了一臺120 萬大卡的低壓機（0＃冰機），將其并入低壓機管路中，運行時，滿負荷運行一臺120萬大卡和一臺80萬大卡的低壓機；運行兩臺高壓機，一臺滿負荷運行，一臺半負荷運行。這樣，系統制冷量大大提高，解決了系統制冷量不足的問題。

3.3 氨冷器換熱面積的增大

針對系統冷量不足的問題，我們還對氨冷器的換熱面積進行了增大。

（1）將EC2203（換熱面積202 m2）改作EC2202（換熱面積138m2）用。

（2）將EC2203更換成換熱面積為300m2的新氨冷器。

3.4 新增一臺氨液（滴）分離器

為進一步減輕冰機的帶液現象，我們在氨冷器擴大換熱面積及擴口改造后，在換熱面積最大的EC2203出口氣氨管道上單獨鋪設了一根氣氨管道，將其與氣氨總管串在一起，并在管線上增加一臺氨液分離器。

3.5 EA2205與EA2206之間增加一臺氨冷器

為進一步降低貧甲醇溫度，優化系統冷量的分配，我們將原EC2202 氨冷器拆下后安裝在EA2206 至EA2205 的管線之間，新命名為EC2207（圖2），對貧／富甲醇換熱器出來的貧甲醇進一步進行冷卻，這樣，能顯著降低貧甲醇溫度。增加此氨冷器后，隨著系統貧甲醇溫度大幅度的降低，系統對二氧化碳的吸收能力將大幅度提高。

圖2 新增氨冷器后系統流程

3.6 冰機出口水冷更換

為解決冰機高壓機壓縮比過大，電耗較高問題，我們將臥式水冷由原單臺換熱面積500m2的更換為單臺換熱面積為750m2的新設備。

為減少管道的改動，新的臥式冷卻器選用高效的波紋管式換熱器，此方案可保證在換熱器體積增大最小的情況下，提高50%的換熱效率。

4 改造后系統運行情況

低溫甲醇洗制冷系統通過上述改造后，生產實踐表明，效果良好。改造前后的對比見表1。

4.1 冰機帶液現象基本消除

自2010年6月份和2011年3月份對冰機出口管道、氨分加熱系統、經濟器出口管線改造，氨冷器擴口及新增氨液分離器后，除在開停車時系統波動大出現短時間的帶液現象外，在正常運行及系統小幅度波動時，基本未出現冰機帶液現象。

4.2 貧甲醇溫度明顯下降

如圖3，在貧甲醇循環量逐步提升的情況下，系統貧甲醇溫度明顯下降，從之前的－40℃左右下降至－50℃，說明經過改造，系統的制冷能力得到了大幅度的提升。

4.3 氣體成分明顯好轉

如圖4，在粗煤氣氣量逐步上升的情況下，凈化氣中CO2含量逐步下降，說明經過改造，低溫甲醇洗裝置對CO2和H2S等酸性氣的處理能力得到了大幅度的提升。

4.4 系統產量大幅度提升

由表1可以看出，在低溫甲醇洗制冷系統經過一系列地優化后，凈化氣氣量由38 000m3／h左右增加至48 000m3／h 左右，產量則由每天約400t提高至每天500t以上。

表1 系統改造前后相關參數的對比

圖3 貧甲醇溫度與循環量變化圖

圖4 低溫甲醇洗裝置對CO2 等酸性氣的處理能力

4.5 各項消耗大幅度下降

項目實施后，由于產能的提升，甲醇產品各項消耗也大幅度下降，成本從3 400元／t左右降至每噸3 000元以下。另外，隨著高壓機出口壓力的降低，其壓縮比也相應降低，冰機電耗也大大降低。

5 結 語

改造前，低溫甲醇洗系統處理能力嚴重偏低，基本只能處理80%左右的負荷，不僅使系統單耗偏高，甲醇成本嚴重偏高，合成氣成分較差，而且對冰機、合成氣壓縮機等大型機組的安全長周期運行也是很大的隱患。已經成為制約我公司穩產、高產的一個瓶頸問題。改造后，系統產能大幅度提升，生產成本大幅度下降，為整套甲醇裝置的長周期穩定運行奠定了堅實的基礎。