空分装置技术改造

2010-08-15刘宏建

河南化工 2010年17期

关键词：空分氮气煤气

刘宏建，高恒

（河南省煤气（集团）有限责任公司义马气化厂，河南义马 472300）

空分装置技术改造

刘宏建，高恒

（河南省煤气（集团）有限责任公司义马气化厂，河南义马 472300）

介绍了义马气化厂及空分装置的基本情况，提出了空分装置存在的问题及其解决方案，并对方案进行了可行性分析与实验验证，方案实施后取得显著的效果。

空分；技术改造

河南省煤气（集团）有限责任公司义马气化厂采用鲁奇加压气化工艺，由义马煤矿供应原煤。一期工程设计产净煤气1.2×106Nm3/d，联产甲醇8万t/a。与煤气生产配套的生产装置包括水处理、自备热电站、空分、低温甲醇洗、甲醇合成等。2005年，扩建的6万t/a甲醇生产线一次试车成功，达到年产甲醇14万 t。二期扩建净煤气量 1.44× 106Nm3/d，甲醇装置10万t/a，已于2006年9月份投产。现净煤气产量达2.64×106Nm3/d，可供城市煤气1.8×106Nm3/d，甲醇总的产能达到24万t/a。为使企业真正走上技术化、集约型、高效益、可持续发展之路，公司先后于2007、2008年建设两套10万t/a二甲醚生产装置，20万t/a的醋酸装置正在建设之中。

1 空分装置概况

义马气化厂空分装置分二期建成，一期为两套KDON-7500/8000型空分装置（A、B套），配套有VK8-35S型离心低压氮气压缩机一台，气量6 000 Nm3/h，出口压力0.6 MPa；DN-100/6型往复式低压氮压缩机一台；2D12-11.5/6-28中压氮压缩机两台；3TYS89+2TYS60型氧气压缩机两台（一开一备），气量15 000 Nm3/h，出口压力3.6 MPa。另外建有仪表空压站一套，可供仪表空气1 600 Nm3/h，满足空分装置开车前仪表空气的需要，正常生产时，由空分装置供仪表空气。二期建有 KDONAr-20800/11000/720型空分装置一套（C套），为内压缩流程，可供氧气20 000 Nm3/h，中压氮气5 000 Nm3/h，低压氮气6 000 Nm3/h，液氧800 Nm3/h（折合气态），液氩720 Nm3/h（折合气态）。另外配有500 m3液氧贮槽，往复式液氧泵及水浴式汽化器一台，可供氧气6 000 Nm3/h。

2 存在问题

2.1 氮气、氧气用量不匹配

随着生产装置的增加，义马气化厂增加了新的氮气用户，如二甲醚装置用氮、粉煤仓保护用氮气等。人工煤气国家标准GB13612-92改为执行GB/T13612-2006，热值由14.7 MJ/Nm3降到14 MJ/Nm3，也增加了调整城市煤气热值用中压氮气的用气量。氧气的用户并没有增加，故氧气的用量极不匹配，如需要的氧气量小于20 000 Nm3/h时，氮气的需用量在20 000 Nm3/h左右，远大于C套空分的氮气供应量，为满足系统氮气用量的平衡，同时要开两套空分装置，造成很大的浪费。

2.2 DN-100/6型往复式低压氮压缩机频繁故障

DN-100/6型往复式低压氮压缩机为两级压缩无油润滑的压缩机，由于一级、二级的排气温度高达160℃左右，且活塞的线速度达到4 m/s，故活塞环和托瓦经常损坏，寿命只有一个月左右，维护人员工作量大，运行修护费用高，而且在检修期间影响氮气的供应。

2.3 氮气供应量不足

受压缩机能力的限制，就是三套空分装置全开也只能供低压氮气10 000 Nm3/h，中压氮气13 000 Nm3/h，中低压氮气不能满足高负荷运行的需要。

2.4 空分装置跳车时，仪表空气不能满足需要

随着二期工程及两套二甲醚投入运行，仪表空气量成倍增加，如果运行的空分跳车，可以开活塞液氧泵利用液氧贮槽中的液氧汽化，来保证两台气化炉及一套煤气净化系统的低负荷运行，并保证城市煤气的供应，但仪表空压站供的仪表空气量太少，不能满足运行装置的要求，而且其它装置安全停下来也需要仪表空气，仪表空气总量更不能满足需要。

3 技改措施

3.1 C套空分污氮气的利用

3.1.1 方案

义马气化厂C套空分除产纯氮11 000 Nm3/h外，另有污氮73 000 Nm3/h，除20 000 Nm3/h用于分子筛再生，其余在水冷却塔内回收冷量后放空，可利用一定量的污氮代替部分纯氮气。

3.1.2 可行性分析

义马气化厂氮气主要用于调节城市煤气的热值、低温甲醇洗汽提用氮、甲醇催化剂还原及甲醇合成装置停车用于催化剂保护用氮、各种槽罐及煤仓的保护用氮、各装置开停车置换用氮、化验室气相色谱仪载气用氮。污氮设计氧含量1.3%，实测氧含量最高为1.70%，最低为0.73%。污氮气和纯氮混合后的氧含量小于1%（纯氮∶污氮＞1）。这样的氮气不能用于甲醇催化剂还原及合成停车用于催化剂保护，也不能用于化验室的气相色谱仪载气。人工煤气国家标准GB/T13612-2006要求人工煤气中的氧含量小于1%，义马气化厂供的城市煤气氧含量小于0.07%，就是用1%氧含量的氮气配入到城市煤气中（氮气∶煤气小于1∶5），煤气中的氧含量也不会超过0.3%，远小于国家标准值，混合的氮气用于调节城市煤气热值没问题。氮气中氧的氧化能力和氮气中氧含量有关，1%氧含量的氮气和可燃气以任何比例混合在常压下也不会燃烧，所以氮气用于汽提、置换、保护应是可行的。

3.1.3 验证试验

在一个大的敞口容器内，容器中部插入一点燃的煤气玻璃管，在火焰的同高度固定一个测氧仪探头，底部用一根细管缓慢通入氮气，随着煤气的燃烧及氮气的通入，容器内的氧含量逐渐下降，当测氧仪显示9%时，燃烧的煤气熄灭。把点燃的煤气玻璃管换成点燃浸有甲醇的棉球，做上面的试验，当测氧仪的读数到10%时，棉球熄灭。证明在常压下煤气、甲醇和煤气在氧含量为9%的氮气中不能燃烧，所以1%氧含量的氮气用于汽提、置换、保护是可行的。

3.1.4 具体措施

3.2 利用备用的氧压机压缩氮气

义马气化厂的氧压机为离心式压缩机，运行稳定，可不用备机，将其中的一台备用机改为氮气压缩机，由于氮气的密度比氧气的密度小，且出空分冷箱的压力低于氧气的压力，只能把氮气压缩到2.5 MPa，气量13 000 Nm3/h，但可满足义马气化厂对中压氮气的要求，多余的中压氮气减压用作低压氮气。

3.3 将DN-100/6型压缩机用作仪表空气压缩机

将备用的3TYS89+2TYS60型氧气压缩机改为氮气压缩机后，DN-100/6型往复式低压氮压缩机和两台2D12-11.5/6-28中压氮压缩机不用压缩氮气了。将DN-100/6型往复式低压氮压缩机改为压缩空气，用A套空分的分子筛脱水后，送入仪表空气管网。这套系统只有在空分的空气压缩机故障跳车时，为系统应急所用。