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(chǎn) 120萬(wàn)噸甲醇/80萬(wàn)噸二甲醚(煤基)裝置 60000m3/h內(nèi)壓縮空分設(shè)備流程,提出該裝置在節(jié)能等方面好的一些措施,對(duì)同類煤基空分裝置試車具有一定的技術(shù)指導(dǎo)性及借鑒作用。

甲醇;二甲醚;煤基;流程;工藝特點(diǎn);技術(shù)改造

1 引言

2010年 3月哈密廣匯年產(chǎn) 120萬(wàn)噸甲醇 /80萬(wàn)噸二甲醚(煤基)項(xiàng)目獲得國(guó)家發(fā)改委正式核準(zhǔn)。該項(xiàng)目是新疆廣匯集團(tuán)抓住國(guó)家實(shí)施西部大開發(fā)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略的機(jī)遇,充分利用新疆哈密伊吾縣豐富的煤炭資源和相對(duì)豐富的水利資源,而大力發(fā)展新型煤化工清潔能源產(chǎn)業(yè)的大背景下做出的戰(zhàn)略性投資決策。該一期項(xiàng)目于 2007年 5月正式啟動(dòng),計(jì)劃到 2010年底聯(lián)動(dòng)試車。項(xiàng)目采用先進(jìn)、可靠的工藝技術(shù)生產(chǎn)甲醇/二甲醚、LNG,實(shí)現(xiàn)煤炭資源的清潔轉(zhuǎn)化。

項(xiàng)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(jī)組,一臺(tái)蒸汽輪機(jī)拖動(dòng)原料空氣主壓縮機(jī)和增壓空氣壓縮機(jī)。采用空氣預(yù)冷、分子篩凈化、液氧泵內(nèi)壓縮、增壓制動(dòng)中壓膨脹、膨脹空氣進(jìn)壓力塔的工藝流程。壓力塔采用篩板塔,低壓塔采用規(guī)整填料塔。為縮短裝置啟動(dòng)時(shí)間,本裝置內(nèi)設(shè)置液氮倒灌管線。空分裝置由以下部分組成：空氣壓縮和預(yù)冷卻系統(tǒng)：分子篩吸附系統(tǒng),以去除空氣中的水分、二氧化碳以及大部分碳?xì)浠衔?主換熱器,將加工空氣冷卻至露點(diǎn)附近,同時(shí)復(fù)熱其余產(chǎn)品;增壓空氣壓縮機(jī),提供工廠空氣及壓縮凈化后的部分加工空氣;制冷設(shè)備(增壓透平膨脹機(jī)),產(chǎn)冷以補(bǔ)充空分裝置的冷損耗;精餾系統(tǒng);內(nèi)壓縮液氧泵;液氮貯存、后備系統(tǒng);液氧貯存、后備系統(tǒng)。

2 空分裝置流程簡(jiǎn)述

2.1 空氣壓縮和氮水預(yù)冷卻系統(tǒng) 原料空氣從吸入口進(jìn)入空氣過濾器 (S1146)清除灰塵和雜質(zhì)后,經(jīng)吸入口消音器(N1151)后進(jìn)入多級(jí)主空氣壓縮機(jī) (C1161)進(jìn)行壓縮,空氣經(jīng)四級(jí)壓縮二級(jí)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(yù)冷系統(tǒng)。壓縮空氣經(jīng)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(jīng)循環(huán)水預(yù)冷后進(jìn)入空冷塔上段被冷凍水進(jìn)一步冷卻后出空冷塔。其中上段的冷凍水為經(jīng)蒸發(fā)冷卻塔(E2417)冷卻后的循環(huán)水。冷卻水可同時(shí)洗滌空氣中的可溶于水的化學(xué)物質(zhì),剩余的有害物質(zhì)?？諝饨?jīng)冷卻塔的溫度由≤115℃冷卻到≤11℃后,進(jìn)入分子篩吸附器(A2626A/B)。

2.2 分子篩凈化系統(tǒng) 空氣經(jīng)冷卻塔冷卻與洗滌后,進(jìn)入分子篩吸附器 (A2626A/B)。分子篩吸附器為立式單層結(jié)構(gòu),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(xiǎn)的碳?xì)浠衔锉磺宄?。要求其出口空氣露點(diǎn) -70℃,CO2含量≤2PPm,兩只吸附器由分餾塔出來(lái)的污氮?dú)饨?jīng)蒸汽加熱器(E2617)加熱后再生。從分子篩吸附器出來(lái)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(tǒng) 干燥、純凈的空氣經(jīng)過分子篩吸附器(A2626A/B)進(jìn)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(chǎn)品氮?dú)夂臀鄣獨(dú)鈸Q熱冷卻至近似于露點(diǎn)溫度 -173℃后進(jìn)入下塔(T3211)中進(jìn)行預(yù)分離。

空氣分離所需要的絕大多數(shù)冷量是由膨脹機(jī)得到的。部分凈化后的空氣送入空氣增壓機(jī)(C1261)進(jìn)一步壓縮。空氣增壓機(jī)分為 2段：第 1段的第 1級(jí)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(jí)。從第二級(jí)出來(lái)的空氣分為兩股,一股經(jīng)膨脹機(jī)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(jī)(X3471)進(jìn)行膨脹制冷;另一股經(jīng)空氣增壓機(jī)的高壓段壓縮后進(jìn)入主換熱器(E3116 A-D)被壓力塔 (T3211)來(lái)的產(chǎn)品氮?dú)夂透邏阂貉趵鋮s和冷凝后經(jīng)節(jié)流進(jìn)入壓力塔進(jìn)行精餾。在污氮?dú)鈸Q熱器(E3117A-D)中,來(lái)自上塔的污氮?dú)夂涂諝膺M(jìn)行換熱。污氮?dú)鈴?fù)溫后出冷箱,一部分用來(lái)再生分子篩,另一部分則作為冷源送入蒸發(fā)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(jīng)復(fù)熱后也送入蒸發(fā)冷卻塔 (E2417)用以冷卻循環(huán)水。由于絕熱冷損、換熱器復(fù)熱不足損失等的存在,以及部分液體產(chǎn)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(jié)流以及透平膨脹機(jī) X3471的等熵膨脹來(lái)提供。透平膨脹機(jī)(X3471)與增壓機(jī) (C3420)組裝成一體,后者既是前者的制動(dòng)裝置,又可回收能量用來(lái)壓縮空氣。

2.4 空氣分離系統(tǒng)及產(chǎn)品 從主換熱器底部出來(lái)的空氣進(jìn)入下塔(T3211)中進(jìn)行預(yù)分離。在壓力塔 (T3211),空氣經(jīng)過預(yù)分離,在頂部得到 10PPmO2純氮?dú)?底部得到約 40%的富氧液空。從壓力塔底部抽取的液空經(jīng)過冷器(E3316)過冷后經(jīng)節(jié)流閥 YC-3201節(jié)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(jīng)節(jié)流閥 YC-3402節(jié)流后及接近壓力塔 (T3211)底部抽出的液空經(jīng)過冷器(E3316)過冷后從過冷器中部抽出,經(jīng)節(jié)流閥 YC-3222節(jié)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?dú)夥肿魅糠郑阂徊糠种林鲹Q熱器(E3116)復(fù)熱出冷箱作為本裝置用的密封氣,大部分進(jìn)入多層浴式冷凝蒸發(fā)器(E3216)中被冷凝。冷凝出來(lái)的液氮一部分作為壓力塔(T3211)的回流液進(jìn)行精餾,另一部分經(jīng)過冷器 (E3316)過冷后,經(jīng)節(jié)流閥 YC-3211節(jié)流后去低壓塔 (T3212)頂部的回流液進(jìn)行精餾。壓力塔(T3211)頂部抽出的低壓氮?dú)?0.40Mpa(G)經(jīng)主換熱器(E3116)復(fù)熱出冷箱,出冷箱后又分成二股：一股作為低壓氮產(chǎn)品直接送至低壓氮管網(wǎng)供后續(xù)生產(chǎn)裝置使用;另一股經(jīng)控制閥節(jié)流至 0.01Mpa(G)作為常壓氮產(chǎn)品。

2.5 內(nèi)壓縮液氧泵系統(tǒng) 在低壓塔 (T3212),經(jīng)過最終分離后在底部得到純液氧,頂部得到污氮?dú)?。液氧通過離心式液氧泵(P3568A/B)壓縮至氣氧所需 3.7Mpa(G)的產(chǎn)品壓力后,進(jìn)入主換熱器 (E3116)的通道中與來(lái)自空氣增壓機(jī)(C1261)的高壓空氣換熱氣化,氣化后的內(nèi)壓縮氧作為主要產(chǎn)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?dú)饨?jīng)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(tǒng)的再生氣,其余污氮?dú)庾鳛槔涿竭M(jìn)入蒸發(fā)冷卻塔(E2417)中用以冷卻循環(huán)水。

2.6 液氧和液氮后備系統(tǒng) 如需液氧用于罐裝保存,則在減產(chǎn)的情況下,調(diào)整工況可生產(chǎn)少量的液氧或液氮。從液氮儲(chǔ)罐(D7331)抽取液氮,通過液氮泵(P7366A/B)增壓后經(jīng)液氮水浴式氣化器(E7316)氣化,得到 10000Nm3/h、2.5MPa的中壓氮?dú)?供后續(xù)生產(chǎn)裝置開車時(shí)使用。當(dāng)本裝置出現(xiàn)事故時(shí)從液氧儲(chǔ)罐 (D7116)抽取液氧,通過液氧泵 (P7166)增壓后經(jīng)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(xù)生產(chǎn)裝置使用。

3 穩(wěn)定操作的要點(diǎn)

空分裝置開車是從增壓透平膨脹機(jī)啟動(dòng)到送出合格產(chǎn)品的整個(gè)過程。開車過程中各工藝參數(shù)變化大,隨著溫度的降低,壓力和流量要及時(shí)調(diào)節(jié)。使主換熱器各通道氣量分配合理,減少熱端溫差,充分發(fā)揮增壓透平膨脹機(jī)產(chǎn)冷能力。開預(yù)冷系統(tǒng)和分子篩系統(tǒng)時(shí)要注意緩慢打開主空壓機(jī)送出閥,以免開度過快吹翻分子篩,在冷卻過程中,需根據(jù)實(shí)際情況不斷地調(diào)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(jī)和透平膨脹機(jī)的負(fù)荷。觀察各點(diǎn)的溫度變化,特別注意要使整個(gè)裝置盡可能同步冷卻。注意冷箱內(nèi)各部件之間的溫差不能過大,過大的溫差可能會(huì)產(chǎn)生超出材料能承受的應(yīng)力。在啟動(dòng)內(nèi)壓縮液氧泵之前,應(yīng)保證空氣增壓機(jī)和透平膨脹機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷充足,各個(gè)換熱器狀態(tài)應(yīng)調(diào)整到位,否則啟動(dòng)內(nèi)壓縮泵將導(dǎo)致不必要的工況擾動(dòng)。在關(guān)閉和切換復(fù)線管線上的閥門時(shí)要格外小心,緩慢進(jìn)行。

在開車過程中,總控操作人員要指揮巡檢崗位人員進(jìn)行巡回檢查,根據(jù)計(jì)算機(jī)及巡檢崗位人員反饋回的指示儀表數(shù)據(jù)變化來(lái)判斷開車過程是否正常,以確保開車順利進(jìn)行。

4 國(guó)產(chǎn)化技術(shù)改造幾點(diǎn)改進(jìn)

雖然項(xiàng)目空分設(shè)計(jì)提供方德國(guó)Linde公司在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了精心考慮和設(shè)計(jì),但該空分裝置在節(jié)能方面還有很大潛力可挖。該空分裝置兩個(gè)分子篩輪換進(jìn)行吸附和再生,分子篩每 240分鐘進(jìn)行一次再生,每次再生時(shí)間為 86分鐘,再生時(shí)污氮流量 53600 Nm3/h,再生時(shí)需要將再生氣 (污氮)由出冷箱時(shí)的 20℃加熱到 190℃,每次再生時(shí)再生氣吸收17092973KJ熱能。每年再生氣累計(jì)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(jī)后面加一個(gè)換熱器,使空壓機(jī)出口 115℃高溫空氣與分子篩再生氣進(jìn)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(jié)省大量的能源。經(jīng)計(jì)算加換熱器后可節(jié)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(jié)省了能源,還使進(jìn)空冷塔的空氣溫度降低,降低了空冷塔的負(fù)荷減少了循環(huán)水用量,而且還降低了涼水塔負(fù)荷,不但做到了節(jié)能同時(shí)還做到了節(jié)水。

5 結(jié)束語(yǔ)

廣匯哈密年產(chǎn) 120萬(wàn)噸甲醇/80萬(wàn)噸二甲醚 (煤基) 60000m3/h空分裝置是國(guó)內(nèi)同類型引進(jìn)裝置中規(guī)模最大裝置之一。與國(guó)內(nèi)同類裝置相比,該裝置具有設(shè)計(jì)合理緊湊,操作簡(jiǎn)單方便,運(yùn)行穩(wěn)定安全等優(yōu)點(diǎn),但是針對(duì)原裝置存在的缺陷和不足,不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化技術(shù)改造,均收到了顯著的效果,提高了氧氮的產(chǎn)出率,同時(shí)起到了節(jié)能降耗的效果。

[1]專利文獻(xiàn)：賽鼎工程有限公司《新疆廣匯新能源有限公司年產(chǎn) 80萬(wàn)噸二煤基甲醚項(xiàng)目可行性研究報(bào)告》,2009.3。

[2]專利文獻(xiàn)：新疆廣匯新能源有限公司年產(chǎn) 120萬(wàn)噸甲醇/80萬(wàn)噸二甲醚(煤基)《空分裝置操作規(guī)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(chǎn)技術(shù)工作。