脫碳氣體換熱器在甲醇凈化系統中應用及改造

山東兗礦魯南化工有限公司以德士古水煤漿氣化爐為源頭，采用四噴嘴燒嘴，日耗煤量約1 000 t。在滿足日產尿素1 800 t的要求下，可再向甲醇系統提供高達70 000 m3/h(標態)的脫硫氣，同時合成氨凈化系統還可向甲醇系統提供約22 000 m3/h(標態)氫氣(脫碳氣量)，以增加甲醇產量，甲醇年產能增至180 kt。甲醇凈化系統工藝流程：CO部分變換→COS中溫水解→NHD法脫除H2S，COS和CO2→COS常溫水解→H2S精脫除，制得總硫質量濃度<0.15 mg/m3的合格精制氣送至甲醇合成工段。

1 改造前情況

改造前凈化系統工藝流程見圖1。自脫硫系統來的脫硫氣[35 ℃，2.15 MPa，φ(CO2) 23.9%]進入板翅式氣體換熱器，與脫碳氣和低壓閃蒸氣換熱后，溫度降至～10 ℃，進入進塔氣分離器分離冷凝水后進入脫碳塔，從脫碳塔頂部出來的脫碳氣[- 4 ℃，φ(CO2) 3%～5 %]經凈化氣分離器分離夾帶的NHD霧沫后，進入板翅式氣體換熱器回收冷量，溫度升至20 ℃后進入后系統。

圖1 改造前凈化系統工藝流程

該板翅式氣體換熱器于2008年1月投入使用，為鋁質板翅式設備。與鋼材設備相比，鋁質設備韌性較差，經數年使用后，易出現疲勞現象，特別是在系統開、停車和負荷調整過程中，由于壓力變化，鋁材設備在焊縫處更容易出現泄漏,鑒于其他系統使用的幾臺同類型、同廠家生產的設備在運行過程中出現的不同程度的泄漏、著火等情況，該氣體換熱器在運行過程中存在一定的安全風險。為了保障系統安全運行，規定對該氣體換熱器減壓運行，脫碳壓力應控制在≤2.2 MPa，直接影響了脫碳氣的吸收，CO2指標難以控制。為了消除安全隱患，現將板翅式氣體換熱器更換為列管式換熱器。

2 改造內容

通過理論計算后得知：需要新增1臺列管式換熱器A(F=600 m2)，設計壓力為2.45 MPa；同時，利用老凈化系統退役的1臺中溫列管式換熱器B(F=400 m2)，設計壓力為2.45 MPa。

改造后凈化系統工藝流程見圖2。自脫硫系統來的脫硫氣分2路分別進入列管式換熱器A和中溫列管式換熱器B的殼程，由閥門控制流量。脫碳氣進入列管式換熱器A的管程，CO2進入中溫列管式換熱器B的管程，進行逆流換熱。

圖2 改造后凈化系統工藝流程

3 改造效果

(1)將鋁質板翅式換熱器改為列管式換熱器，設計壓力升高，提高了操作的安全性。

(2)由于板翅式氣體換熱器在運行過程中易引起系統阻力增大，并且設備徹底清洗比較困難，更換設備后，降低了系統阻力，為系統增加甲醇產能提供了前提條件，平均脫硫氣氣量增加了約1 500 m3/h(標態)。