煤化工生產(chǎn)工藝中溴化鋰技術的應用與研究

高永麗

(晉能控股裝備制造集團天源山西化工有限公司, 山西晉城 048400)

晉能控股裝備制造集團天源山西化工有限公司(簡稱天源公司)現(xiàn)有9臺原料氣壓縮機，其中1～6號原料氣壓縮機進口煤氣采用尿素溴化鋰冷卻水降溫，冷卻效果較好，進口煤氣經(jīng)溴化鋰機組冷卻后溫度可降低至22 ℃；7～9號原料氣壓縮機進口煤氣采用地表水冷卻后溫度只能降低至28 ℃，冷卻效果較差，在夏季氣溫較高時，對系統(tǒng)生產(chǎn)影響尤為嚴重[1]。

因此，需要對7～9號原料氣壓縮機進口煤氣進一步降溫，以提高原料氣壓縮機打氣量，消除高溫對系統(tǒng)生產(chǎn)的影響。

1 溴化鋰技術介紹

目前，溴化鋰機組制冷技術已被廣泛應用，該技術成熟、穩(wěn)定，可以低勢熱能作為動力，不需要耗用大量電能，具有很好的節(jié)電、節(jié)能效果，裝置運轉(zhuǎn)費用低、經(jīng)濟性高。

安全環(huán)保方面，整個制冷裝置在運行過程中振動小、噪聲低,無臭、無毒、無爆炸危險，安全可靠，有利于滿足安全環(huán)保的要求。

運行方面，冷量調(diào)節(jié)范圍寬，性能穩(wěn)定，對外界條件變化的適應性強。

1.1 溴化鋰機組制冷的基本原理

溴化鋰機組蒸發(fā)器內(nèi)部控制壓力為6 mmHg(0.78 kPa)左右，制冷劑對應的的蒸發(fā)溫度約為3.7 ℃，在蒸發(fā)過程中，制冷劑吸收管束內(nèi)冷媒水的熱量，從而達到制冷的目的。蒸發(fā)后的制冷劑蒸汽在冷凝器中被循環(huán)水冷凝后，經(jīng)濃溶液吸收利用[2]。

1.2 溴化鋰機組流程

吸收器內(nèi)的稀溶液由溶液泵送往高壓發(fā)生器，進入高壓發(fā)生器的稀溶液被管內(nèi)飽和水蒸氣的潛熱加熱，使溶液濃度提高成為濃溶液；濃溶液與稀溶液換熱，溫度降低后進入低壓發(fā)生器，濃溶液在低壓發(fā)生器內(nèi)經(jīng)高壓發(fā)生器蒸汽再次加熱提濃，提濃后的濃溶液經(jīng)溶液泵加壓輸送至吸收器頂部向內(nèi)噴淋，濃溶液進入吸收器與冷卻水換熱后溫度降低并吸收水分使?jié)舛冉档统蔀橄∪芤海恢评鋭┱羝晃蘸筢尫懦龃罅康臒崃坑衫鋮s水帶走。濃溶液吸收水蒸氣后成為稀溶液，再由溶液泵送往高壓發(fā)生器。這個過程不斷循環(huán)，蒸發(fā)器就連續(xù)不斷地制取冷媒水[3-4]。

2 溴化鋰方案的確定

結(jié)合天源公司實際情況，在不影響現(xiàn)有生產(chǎn)的前提下，擬新建1套溴化鋰機組提供冷卻水，替代7～9號原料氣壓縮機用地表水，實現(xiàn)原料氣壓縮機進口煤氣降溫、提高打氣量的目的。

2.1 工藝方案的確定

擬利用7～9號原料氣壓縮機一段進口現(xiàn)有的石墨換熱器(換熱面積為350 m2)對煤氣進行冷卻，降溫用冷卻水由原來的地表水改為溴化鋰冷卻水。

溴化鋰機組采用吸收式制冷，以蒸汽為動力、水為制冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑，制取冷媒水。結(jié)合天源公司現(xiàn)有低品位能源利用及蒸汽平衡，擬利用低壓蒸汽作為熱源。

項目用蒸汽、用電等依托現(xiàn)有公用工程系統(tǒng)；為降低投資，縮短建設周期，項目用溴化鋰機組采用二手設備。

2.2 溴化鋰機組制冷量的確定

原料氣壓縮機進口體積流量為9 000 m3/h(標況，干基)，壓力為20 kPa(表壓，本地大氣壓力)，氣體成分見表1。

表1 氣體成分

煤氣冷卻溫度要求為由35 ℃冷卻至25 ℃,經(jīng)計算，需新增1臺1.255 2×1010J制冷量的溴化鋰機組。

2.3 設備布置方案

結(jié)合廠區(qū)建設情況，擬做如下布置：溴化鋰制冷機、輔機設備放置在合成電站循環(huán)水東側(cè)空地；7～9號原料氣壓縮機一段進口煤氣冷卻器利舊。

2.4 半水煤氣降溫工藝流程

(1)低壓蒸汽來自低壓蒸汽管網(wǎng)，壓力為0.6 MPa、溫度為160 ℃,經(jīng)過調(diào)節(jié)閥進入溴化鋰機組發(fā)生器，給溴化鋰溶液提供蒸發(fā)熱后，蒸汽冷凝液去脫鹽水槽。

(2)循環(huán)水來自循環(huán)水總管，壓力為0.4 MPa、溫度<20 ℃,進入溴化鋰機組，熱交換后返回循環(huán)水管網(wǎng)，形成閉路循環(huán)。

(3)冷卻水從溴化鋰機組出口去石墨換熱器,與半水煤氣換熱后通過冷水泵打入溴化鋰機組制冷，形成循環(huán)。

半水煤氣降溫工藝流程圖見圖1。

圖1 半水煤氣降溫工藝流程圖

3 實施效果

改造前后7～9號原料氣壓縮機進口半水煤氣溫度對比見表2。

表2 改造前后7～9號原料氣壓縮機進口半水煤氣溫度 ℃

由表2可以看出：原7～9號原料氣壓縮機采用地表水冷卻，原料氣壓縮機進口平均溫度(即地表水冷卻后煤氣溫度)為28 ℃左右，改用溴化鋰冷卻水后，原料氣壓縮機進口平均溫度(即溴化鋰冷卻后煤氣溫度)下降到24 ℃左右，降溫效果良好。

4 經(jīng)濟效益分析

7～9號原料氣壓縮機3臺運行總氣體積流量為90 000 m3/h，半水煤氣溫度從28 ℃降至24 ℃，壓力為27 kPa，當?shù)卮髿鈮毫?6 kPa。以每小時為基準計算,28 ℃時半水煤氣含水質(zhì)量為2.75 t，24 ℃時半水煤氣含水質(zhì)量為2.15 t，則降溫后冷凝水質(zhì)量為0.6 t，可增加有效打氣量747 m3。

根據(jù)天源公司現(xiàn)噸氨耗煤氣2 850 m3計算，則每小時可增加合成氨產(chǎn)量0.26 t。

僅計算打氣量的影響，按年最高氣溫月(5月—9月)核算共計153 d，每月考慮2 d的系統(tǒng)波動時間，即每年可增產(chǎn)合成氨895 t;按2020年天源公司合成氨平均售價2 350元/t計算，年可增加銷售收入約210萬元，經(jīng)濟效益可觀。

5 結(jié)語

項目實施后，7～9號原料氣壓縮機進口煤氣溫度可降至24 ℃，降溫效果好于預期；原料氣壓縮機一段進口煤氣溫度降低，增產(chǎn)效果較為明顯，年可增加銷售收入約210萬元，實現(xiàn)了提產(chǎn)增效的目的。