顧興博

大慶油田化工有限公司市場開發(fā)分公司

大慶油田化工集團(tuán)甲醇分公司現(xiàn)有4 500 m3/h（標(biāo)況，下同）空分裝置一套，生產(chǎn)的氧氣主要用于甲醇裝置純氧二段爐生產(chǎn)，生產(chǎn)的氮氣主要用于合成氨裝置生產(chǎn)液氨及本廠和周邊廠輔助用氮。醋酸分公司現(xiàn)有8 000 m3/h 空分裝置一套，生產(chǎn)的氧氣用于焦炭氣化爐制備高純度一氧化碳，氮氣一部分用于NHD 脫碳再生氣提，多余的氧氣、氮氣放空。

本著“把公用工程做精，優(yōu)化空分系統(tǒng)，將醋酸空分裝置與甲醇空分裝置的氧氣、氮氣管線聯(lián)網(wǎng)，停運甲醇空分裝置，實現(xiàn)氧氣、氮氣資源共享”的原則，在不改變現(xiàn)有裝置主工藝流程的前提下進(jìn)行技術(shù)改造[1]，實現(xiàn)降低生產(chǎn)成本的目的。

為此，將8 000 m3/h 空分裝置外送氧氣、氮氣管線各加一條分支引至甲醇4 500 m3/h 空分裝置，同時給兩個廠供應(yīng)氧氣、氮氣。因此在實現(xiàn)醋酸空分裝置與甲醇空分裝置并網(wǎng)以后，可以停掉甲醇分公司4 500 m3/h 空分裝置，降低整體能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。

1 裝置簡介

目前集團(tuán)兩套空分裝置氮氣、氧氣使用情況見表1。

表1 化工集團(tuán)兩套空分裝置氧氣、氮氣使用情況Tab.1 Use of oxygen and nitrogen in two sets of air separation units of the Chemical Industry Group

1.1 年產(chǎn)6×104 t甲醇裝置

本甲醇裝置采用傳統(tǒng)的高壓法生產(chǎn)技術(shù)，是以天然氣為原料、一段蒸汽轉(zhuǎn)化、25 MPa 高壓合成、雙塔精餾的甲醇生產(chǎn)工藝。該裝置采用純氧二段爐生產(chǎn)技術(shù)，應(yīng)用國際上比較先進(jìn)的低溫氧化鋅脫硫，二段蒸汽轉(zhuǎn)化、低壓合成，三塔精餾的工藝路線生產(chǎn)甲醇，同時采用汽提塔蒸汽汽提精餾殘液的環(huán)保技術(shù)。核心設(shè)備合成氣壓縮機組和純氧二段爐，引進(jìn)意大利卡薩利純氧燒嘴并配套冷卻工藝[2]。

1.2 KDON—4500/10000空分裝置

裝置設(shè)計生產(chǎn)能力為：氧氣4 500 m3/h；氮氣10 000 m3/h（折氣態(tài)）；精液氬130 m3/h（折氣態(tài)）。裝置由杭州杭氧有限公司成套提供。該裝置采用由分子篩凈化空氣的帶增壓膨脹機，上塔采用填料塔、全精餾制氬的流程?？諝饨?jīng)過凈化精餾可生產(chǎn)純度達(dá)到99.6%的氧氣4 500 m3/h，99.999%的氮氣100 000 m3/h，99.997%精液氬130 m3/h（折氣態(tài)）。該裝置為一甲醇車間轉(zhuǎn)化工序提供氧氣，為全廠保護(hù)氣管網(wǎng)提供氮氣，為合成氨裝置提供原料氮氣，為全廠氣動儀表系統(tǒng)提供氣源。

1.3 KDON—8000/8800空分裝置

裝置主要是為造氣工序提供氧氣，為脫硫脫碳工序提供氮氣，由杭州杭氧有限公司成套提供。采用由分子篩凈化空氣的帶增壓膨脹機，液氧自增壓，上塔采用填料塔、全精餾制氬的流程。裝置能力為：氧氣8 000 m3/h；液氧150 m3/h（折氣態(tài)）；氮氣8 800 m3/h；液氮150 m3/h（折氣態(tài)）；精液氬240 m3/h（折氣態(tài)）[3]。

2 裝置工藝原理

2.1 甲醇裝置工藝原理

本甲醇裝置工藝上采用純氧二段爐生產(chǎn)技術(shù)，應(yīng)用國際上比較先進(jìn)的低溫氧化鋅脫硫，二段蒸汽轉(zhuǎn)化、低壓合成，三塔精餾的工藝路線生產(chǎn)甲醇，同時采用汽提塔蒸汽汽提精餾殘液的環(huán)保技術(shù)。包括的工序為：天然氣壓縮工序、天然氣轉(zhuǎn)化工序、甲醇合成工序、氫回收工序、甲醇精餾工序、CO2回收工序、甲醇中間罐區(qū)工序。

用油田氣和水蒸氣在鎳觸媒的作用下進(jìn)行吸熱反應(yīng)，生成CO、CO2、H2的反應(yīng)方程式為

一段爐：

純氧二段爐：

鈷鉬加氫器是里邊裝有鈷鉬催化劑，在有氫氣存在時，把天然氣中的有機硫轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機硫的設(shè)備，反應(yīng)如下：

氧化鋅脫硫槽是吸收H2S 和R—SH、R—S—R’的裝置，具體有以下的反應(yīng):

合成氣在225 ℃，銅觸媒的作用下，CO和CO2與H2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)粗甲醇反應(yīng)方程式如下：

用氫氣和一氧化碳、二氧化碳合成的粗甲醇中，除甲醇外還有含有一甲醚、異丁基油、水等其他雜質(zhì)[4]。

2.2 空分裝置工藝原理

兩套空分裝置都是杭氧股份有限公司設(shè)計生產(chǎn)制造，兩套裝置的工藝原理相同。基本原理是利用液化空氣中各組分沸點的不同而將各組分分離開來，要達(dá)到這個目的，選擇低溫精餾法，先將空氣冷卻至液化，然后在不同的沸騰溫度下選擇性地蒸餾成分。該工藝可以生產(chǎn)高純度氣體，能耗高。低溫分離過程要求熱交換器和分離塔緊密結(jié)合，以獲得良好的效率，所有制冷能量都由裝置入口的空氣壓縮機提供。為了達(dá)到較低的精餾溫度，空分設(shè)備需要利用節(jié)流裝置獲得制冷量即等溫節(jié)流效應(yīng)（林德液化循環(huán)），或利用膨脹機獲取大的等熵膨脹制冷量（克勞特液化循環(huán)），將空氣液化，并且冷設(shè)備必須保持在一個絕緣的外殼內(nèi)（通常稱為“冷箱”）[5]?？辗盅b置的工作包括下列過程[6]：①空氣的過濾和壓縮；②空氣中水分和二氧化碳的清除；③空氣被冷卻到液化溫度；④冷量的制取；⑤液化；⑥精餾；⑦危險雜質(zhì)的排放。

空氣中的危險雜質(zhì)是碳?xì)浠衔铮貏e是乙炔。在精餾過程中如乙炔在液空和液氧中濃縮到一定程度就有發(fā)生爆炸的可能，因此乙炔在液氧中的含量規(guī)定不得超過0.1×10-6（體積分?jǐn)?shù)），這必須引起充分的注意[7]。

在液氧蒸發(fā)器中，由于液氧的不斷蒸發(fā)，有碳?xì)浠衔餄饪s的危險，但是只要從液氧蒸發(fā)器中連續(xù)排放部分液氧就可防止?jié)饪s。

3 技術(shù)改造方案

鋪設(shè)DN400 氧氣線一條，長度為100 m；鋪設(shè)DN400氮氣線一條，長度為100 m。

氧氣出冷箱后經(jīng)V102 閥，沿新鋪設(shè)管線送至甲醇空分裝置氧壓機入口，再由氧壓機送至用戶使用。氮氣出冷箱后經(jīng)V104 閥，沿新鋪設(shè)管線送至甲醇空分裝置氮壓機入口，再由氮壓機送至用戶使用[8]。工藝流程見圖1。

圖1 改造后工藝流程Fig.1 Process flow after transformation

改造后實現(xiàn)的關(guān)鍵工藝指標(biāo)：外送氧氣壓力100 kPa，外送氮氣壓力15 kPa，外送氧氣溫度23.5 ℃，外送氮氣溫度23.5 ℃。

項目改造的內(nèi)容包括：①在氧氣、氮氣去造氣的管線上連接一條DN400管線至甲醇空分；②配套安裝DN400蝶閥兩個、DN400截止閥兩個及氧氣管道保溫[9]；③配套建設(shè)施工管墩12個。

2007.06.1—2007.07.01工藝安裝；2009.05.03—2009.05.23 外送氧氣，氧氣線并網(wǎng)成功；2011.08.27—2011.10.02外送氧氣、氮氣，最終并網(wǎng)成功。

4 投資成本核算

本投資估算未考慮土地征用費。本估算中所需的公用工程考慮依托原有裝置富余能力。

項目總投資：26.75萬元，具體組成見表2。

表2 項目投資費用Tab.2 Project investment costs

5 改造后裝置的運行情況

項目改造后，于2009.05.03—2009.05.23 氧氣并網(wǎng)成功，期間實現(xiàn)同時給醋酸和甲醇供氣；2011.08.27—2011.10.02 氧氣、氮氣同時并網(wǎng)成功，醋酸裝置處于停產(chǎn)狀態(tài)，單獨給甲醇送氣。改造后正常送氣與兩次并網(wǎng)時的主要運行參數(shù)進(jìn)行對比見表3。

2009 年5 月并網(wǎng)時裝置生產(chǎn)負(fù)荷為90%左右，裝置各項運行參數(shù)基本平穩(wěn)，與未并網(wǎng)時無明顯變化，醋酸分公司送氣時的空分正常生產(chǎn)負(fù)荷為72%；并網(wǎng)時，由于甲醇用氮氣量較大，為滿足用氣量裝置運行負(fù)荷提至90%。除裝置的生產(chǎn)負(fù)荷有變化外，由表3可以看出，其他各項參數(shù)無較大變化，均在控制范圍內(nèi)，且運行比較平穩(wěn)。因此，本次改造已達(dá)到預(yù)期設(shè)計效果。

表3 改造后主要運行指標(biāo)Tab.3 Main operating indicators after transformation

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

本項目總投資為26.75 萬元，其中土建工程投資為4.55 萬元，設(shè)備直接費20.04 萬元，材料及安裝費2.16萬元。

空分裝置主要耗能是電和循環(huán)水，8 000 m3/h空分設(shè)計耗電量每年大約為3 360×104kWh，年運行費用1 982.4 萬元；4 500 m3/h 空分裝置全面停車，僅以其空分裝置2 200 kW 空壓機停運一項計，每年可節(jié)電1 760×104kWh，年運行費用1 038.4萬元。

改造前后正常送氣時的能源消耗見表4、表5、表6。

表4 改造前2008年的能源消耗Tab.4 Energy consumption in 2008 before transformation

表5 改造后2009年的能源消耗Tab.5 Energy consumption in 2009 after transformation

表6 改造后2011年的能源消耗Tab.6 Energy consumption in 2011 after transformation

由表4、表5、表6可以比較出，在三個不同時期的能源消耗量基本相差不大。并網(wǎng)期間能源消耗費用總計444.4萬元。

產(chǎn)品產(chǎn)量及銷售收入見表7。

表7 產(chǎn)品銷售收入Tab.7 Product sales revenue

本項目實施后，實現(xiàn)甲醇分公司4 500 m3/h 空分裝置全面停車，改造后裝置并網(wǎng)運行1 324.75 h，僅以空分裝置2 200 kW 空壓機停運一項計，節(jié)電291.45×104kWh，電單價按0.59 元計，節(jié)約171.95 萬元；循環(huán)水節(jié)省751 133.25 m3，水單價按0.45元計，節(jié)約33.8萬元，整個并網(wǎng)期間共為集團(tuán)節(jié)約人民幣205.75萬元。

并網(wǎng)期間產(chǎn)品共收入992.67萬元，能源消耗費用共計444.4萬元，本改造工程總投資為26.75萬元，分公司實現(xiàn)利潤521.523 2萬元。

7 結(jié)論及建議

項目改造建成后，甲醇分公司4 500 m3/h 空分裝置停運，實現(xiàn)了公用工程資源的共享，而且8 000 m3/h 空分裝置能夠平穩(wěn)運行，能夠保證兩家生產(chǎn)所需氧氣、氮氣，充分優(yōu)化集團(tuán)現(xiàn)有裝置資源，大量節(jié)約運行費用，如長期運行，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

醋酸空分裝置氮氣最大產(chǎn)量9 600 m3/h，在甲醇裝置正常生產(chǎn)運行時完全能夠保證7 500 m3/h 的用量，但是在甲醇裝置開、停車進(jìn)行吹掃時氮氣用量一般在10 000 m3/h左右，這時所供氮氣將無法滿足甲醇生產(chǎn)運行需要?？辗盅b置所產(chǎn)污氮氣的含氧量一般在3%～8%（體積分?jǐn)?shù)）完全可以滿足裝置吹掃用氣指標(biāo)，所以，建議對空分的污氮氣管線進(jìn)行改造，鋪設(shè)一條管線接至甲醇工藝用氣管線，以補充甲醇裝置開、停車吹掃時所用氮氣[10]。