广汇新能源有限公司空分装置流程及技改措施＊

赵飞

(新疆广汇新能源有限公司,新疆,哈密,839303)

广汇新能源有限公司空分装置流程及技改措施＊

赵飞

(新疆广汇新能源有限公司,新疆,哈密,839303)

本文叙述广汇年产 120万吨甲醇/80万吨二甲醚(煤基)装置 60000m3/h内压缩空分设备流程,提出该装置在节能等方面好的一些措施,对同类煤基空分装置试车具有一定的技术指导性及借鉴作用。

甲醇;二甲醚;煤基;流程;工艺特点;技术改造

1 引言

2010年 3月哈密广汇年产 120万吨甲醇 /80万吨二甲醚(煤基)项目获得国家发改委正式核准。该项目是新疆广汇集团抓住国家实施西部大开发和能源结构调整战略的机遇,充分利用新疆哈密伊吾县丰富的煤炭资源和相对丰富的水利资源,而大力发展新型煤化工清洁能源产业的大背景下做出的战略性投资决策。该一期项目于 2007年 5月正式启动,计划到 2010年底联动试车。项目采用先进、可靠的工艺技术生产甲醇/二甲醚、LNG,实现煤炭资源的清洁转化。

项目包括两套 linde公司 60000m3/h空气分离装置,本套装置采用曼透平(MAN)“一拖二”机组,一台蒸汽轮机拖动原料空气主压缩机和增压空气压缩机。采用空气预冷、分子筛净化、液氧泵内压缩、增压制动中压膨胀、膨胀空气进压力塔的工艺流程。压力塔采用筛板塔,低压塔采用规整填料塔。为缩短装置启动时间,本装置内设置液氮倒灌管线。空分装置由以下部分组成：空气压缩和预冷却系统：分子筛吸附系统,以去除空气中的水分、二氧化碳以及大部分碳氢化合物;主换热器,将加工空气冷却至露点附近,同时复热其余产品;增压空气压缩机,提供工厂空气及压缩净化后的部分加工空气;制冷设备(增压透平膨胀机),产冷以补充空分装置的冷损耗;精馏系统;内压缩液氧泵;液氮贮存、后备系统;液氧贮存、后备系统。

2 空分装置流程简述

2.1 空气压缩和氮水预冷却系统 原料空气从吸入口进入空气过滤器 (S1146)清除灰尘和杂质后,经吸入口消音器(N1151)后进入多级主空气压缩机 (C1161)进行压缩,空气经四级压缩二级冷却后终压为 0.5～0.6MPa(绝压),流量300000Nm3/h,排出温度≤115℃,在送入空气预冷系统。压缩空气经过散堆填料式空气冷却塔(E2416)与冷却水直接接触,得到冷却与洗涤。空气冷却塔分为两段,空气在下段经循环水预冷后进入空冷塔上段被冷冻水进一步冷却后出空冷塔。其中上段的冷冻水为经蒸发冷却塔(E2417)冷却后的循环水。冷却水可同时洗涤空气中的可溶于水的化学物质,剩余的有害物质。空气经冷却塔的温度由≤115℃冷却到≤11℃后,进入分子筛吸附器(A2626A/B)。

2.2 分子筛净化系统 空气经冷却塔冷却与洗涤后,进入分子筛吸附器 (A2626A/B)。分子筛吸附器为立式单层结构,两只分子筛吸附器切换工作,在分子筛吸附器中,空气中的例如水蒸气、CO2以及潜在危险的碳氢化合物被清除。要求其出口空气露点 -70℃,CO2含量≤2PPm,两只吸附器由分馏塔出来的污氮气经蒸汽加热器(E2617)加热后再生。从分子筛吸附器出来后抽取部分空气作为仪表空气和空气过滤器的反吹用气。

2.3 换热与制冷系统 干燥、纯净的空气经过分子筛吸附器(A2626A/B)进入到换热器系列 (E3116 A-D、E3117 AD)。主换热器 E3116A-D中空气分别和高压液氧、产品氮气和污氮气换热冷却至近似于露点温度 -173℃后进入下塔(T3211)中进行预分离。

空气分离所需要的绝大多数冷量是由膨胀机得到的。部分净化后的空气送入空气增压机(C1261)进一步压缩。空气增压机分为 2段：第 1段的第 1级出口处抽取 5000Nm3/h送入气化炉作为气化炉开车用气,其余送给第二级。从第二级出来的空气分为两股,一股经膨胀机增压端 (C3420)增压后送入主换热器(E3116 A-D),冷却后从中部抽出送入膨胀机(X3471)进行膨胀制冷;另一股经空气增压机的高压段压缩后进入主换热器(E3116 A-D)被压力塔 (T3211)来的产品氮气和高压液氧冷却和冷凝后经节流进入压力塔进行精馏。在污氮气换热器(E3117A-D)中,来自上塔的污氮气和空气进行换热。污氮气复温后出冷箱,一部分用来再生分子筛,另一部分则作为冷源送入蒸发冷却塔(E2417)中利用干燥污氮的吸热潜力,将冷却水温降至11℃左右。(E3116A-D)中的污氮经复热后也送入蒸发冷却塔 (E2417)用以冷却循环水。由于绝热冷损、换热器复热不足损失等的存在,以及部分液体产品的抽取,都需要向空分装置提供大量的冷量。装置的所有冷量,均由阀门的等焓节流以及透平膨胀机 X3471的等熵膨胀来提供。透平膨胀机(X3471)与增压机 (C3420)组装成一体,后者既是前者的制动装置,又可回收能量用来压缩空气。

2.4 空气分离系统及产品 从主换热器底部出来的空气进入下塔(T3211)中进行预分离。在压力塔 (T3211),空气经过预分离,在顶部得到 10PPmO2纯氮气,底部得到约 40%的富氧液空。从压力塔底部抽取的液空经过冷器(E3316)过冷后经节流阀 YC-3201节流后去低压塔 (T3212)中部作为回流液。气液分离器(D3432)底部的富氧液空经节流阀 YC-3402节流后及接近压力塔 (T3211)底部抽出的液空经过冷器(E3316)过冷后从过冷器中部抽出,经节流阀 YC-3222节流后一起去低压塔中部偏上作为低压塔回流液参与低压塔精馏。

由压力塔(T3211)顶部所得的纯氮气分作三部分：一部分至主换热器(E3116)复热出冷箱作为本装置用的密封气,大部分进入多层浴式冷凝蒸发器(E3216)中被冷凝。冷凝出来的液氮一部分作为压力塔(T3211)的回流液进行精馏,另一部分经过冷器 (E3316)过冷后,经节流阀 YC-3211节流后去低压塔 (T3212)顶部的回流液进行精馏。压力塔(T3211)顶部抽出的低压氮气 0.40Mpa(G)经主换热器(E3116)复热出冷箱,出冷箱后又分成二股：一股作为低压氮产品直接送至低压氮管网供后续生产装置使用;另一股经控制阀节流至 0.01Mpa(G)作为常压氮产品。

2.5 内压缩液氧泵系统 在低压塔 (T3212),经过最终分离后在底部得到纯液氧,顶部得到污氮气。液氧通过离心式液氧泵(P3568A/B)压缩至气氧所需 3.7Mpa(G)的产品压力后,进入主换热器 (E3116)的通道中与来自空气增压机(C1261)的高压空气换热气化,气化后的内压缩氧作为主要产品出冷箱供造气气化炉碎煤加压气化用。低压塔(T3212)顶部得到污氮气经过冷器(E3316)和主换热器(E3117)中先后加热,出冷箱后被用作分子筛系统的再生气,其余污氮气作为冷媒进入蒸发冷却塔(E2417)中用以冷却循环水。

2.6 液氧和液氮后备系统 如需液氧用于罐装保存,则在减产的情况下,调整工况可生产少量的液氧或液氮。从液氮储罐(D7331)抽取液氮,通过液氮泵(P7366A/B)增压后经液氮水浴式气化器(E7316)气化,得到 10000Nm3/h、2.5MPa的中压氮气,供后续生产装置开车时使用。当本装置出现事故时从液氧储罐 (D7116)抽取液氧,通过液氧泵 (P7166)增压后经液氧水浴式汽化器 (E7116)气化,得到 60000 Nm3/h、3. 7MPa的高压氧气,供后续生产装置使用。

3 稳定操作的要点

空分装置开车是从增压透平膨胀机启动到送出合格产品的整个过程。开车过程中各工艺参数变化大,随着温度的降低,压力和流量要及时调节。使主换热器各通道气量分配合理,减少热端温差,充分发挥增压透平膨胀机产冷能力。开预冷系统和分子筛系统时要注意缓慢打开主空压机送出阀,以免开度过快吹翻分子筛,在冷却过程中,需根据实际情况不断地调整阀门开度。如果冷却速度不超过 30°C/h,可以增加空气增压机和透平膨胀机的负荷。观察各点的温度变化,特别注意要使整个装置尽可能同步冷却。注意冷箱内各部件之间的温差不能过大,过大的温差可能会产生超出材料能承受的应力。在启动内压缩液氧泵之前,应保证空气增压机和透平膨胀机系统的运转负荷充足,各个换热器状态应调整到位,否则启动内压缩泵将导致不必要的工况扰动。在关闭和切换复线管线上的阀门时要格外小心,缓慢进行。

在开车过程中,总控操作人员要指挥巡检岗位人员进行巡回检查,根据计算机及巡检岗位人员反馈回的指示仪表数据变化来判断开车过程是否正常,以确保开车顺利进行。

4 国产化技术改造几点改进

虽然项目空分设计提供方德国Linde公司在设计时进行了精心考虑和设计,但该空分装置在节能方面还有很大潜力可挖。该空分装置两个分子筛轮换进行吸附和再生,分子筛每 240分钟进行一次再生,每次再生时间为 86分钟,再生时污氮流量 53600 Nm3/h,再生时需要将再生气 (污氮)由出冷箱时的 20℃加热到 190℃,每次再生时再生气吸收17092973KJ热能。每年再生气累计吸收热能36920821680KJ,换算成中压蒸汽 15885.576吨;换算成煤1548吨;换算成电 10255783度电。

如果在空压机后面加一个换热器,使空压机出口 115℃高温空气与分子筛再生气进行换热,可将再生气由 20℃加热到 100℃左右,再用蒸汽或电将再生气加热到 190℃,这样将节省大量的能源。经计算加换热器后可节能约 47%,每年可能 17352786189KJ换算成中压蒸汽 7466.22吨;换算成煤727.56吨;换算成电 4820218度。

加换热器后不但节省了能源,还使进空冷塔的空气温度降低,降低了空冷塔的负荷减少了循环水用量,而且还降低了凉水塔负荷,不但做到了节能同时还做到了节水。

5 结束语

广汇哈密年产 120万吨甲醇/80万吨二甲醚 (煤基) 60000m3/h空分装置是国内同类型引进装置中规模最大装置之一。与国内同类装置相比,该装置具有设计合理紧凑,操作简单方便,运行稳定安全等优点,但是针对原装置存在的缺陷和不足,不失时机地进行国产化技术改造,均收到了显著的效果,提高了氧氮的产出率,同时起到了节能降耗的效果。

[1]专利文献：赛鼎工程有限公司《新疆广汇新能源有限公司年产 80万吨二煤基甲醚项目可行性研究报告》,2009.3。

[2]专利文献：新疆广汇新能源有限公司年产 120万吨甲醇/80万吨二甲醚(煤基)《空分装置操作规程》,2010.3

TQ351.27+4

A

1003-3467(2010)10-0044-02

赵飞(1974.8～),助工,空分车间副主任,主要从事煤基生产技术工作。