HT－L煤气化装置空分预冷系统存在的问题与改进

马军民，赵新跃

（河南煤化集团濮阳龙宇化工有限责任公司，河南濮阳 457000）

我公司2008年率先采用HT－L航天煤气装置对甲醇原料气系统进行升级改造，淘汰了固定床间歇式煤气炉制气装置，并将煤制气产能由年80kt甲醇增加到150kt甲醇。其中，16 000m3／h空气分离装置采用全低压、透平膨胀、氮水预冷、分子筛吸附、内压缩（液氧）工艺流程，该技术目前普遍应用于国内外大型空气分离装置中。2008年8月空分工序建成投运。

1 预冷系统改造前工艺流程

由透平空气压缩机来的含湿空气（≤96℃）进入空冷塔AT4101的下部，与从水泵WP4101来的外界冷却水在空气冷却塔的下段逆流直接接触，进行质热交换，使空气初步冷却；空气上升到空气冷却塔的上段，与来自水冷塔底部并经过水泵WP4103增压后的冷却水作进一步质热交换，使空气冷却到低于10℃，出空冷塔，进入水分离器WS4101进行水分离，出分离器的饱和空气去分子筛吸附系统。

空冷塔的冷却水来自两个方面：其一，为来自公用冷却水系统，温度为32℃、压力为0.4MPa的冷却水，由水泵增压后进入空冷塔中部作为塔下端的冷却水，与空气进行热交换后，排到循环水系统；另一路从冷却水系统来经管道进入水冷塔上部，在塔内被污氮气冷却，至塔下部流出，由水泵增压后进入冷水机组，进一步冷却到7℃进空冷塔上段。流程见图1。

2 装置运行中存在的问题

空分装置自投运以来，空冷塔出口空气在18℃以上，而设计温度为10℃以下，空冷塔出口空气温度居高不下，导致了以下一系列问题：致使分子筛吸附时间短，CO2含量超标，CO2在冷箱内形成干冰，堵塞管道，冷箱内冷量不足，空气在分馏塔内分离效果差，出氧能力只能达到13 000m3／h，氧量不足，氮气、氧气纯度不合格。使航天气化炉只能以70%的负荷运行，增加了甲醇单耗，提高了运行成本。经过分析，原因如下：①进入空冷塔的冷冻水设计温度在8～10℃，实际运行温度在15℃以上，冷冻水温度偏高是导致出空冷塔空气温度偏高的直接原因；② 冷水机组运行过程中在换热器内换热铜管上覆有一层0.7mm厚的黄白色晶体，严重影响水了冷冻效果，经分析是循环水加药剂的结晶体，在冷水机组进水处加药，但是运行效果并不好。

3 系统技改方案

经过认真研究分析，决定采取以下措施。

图1 预冷系统流程图

3.1 改造水冷塔

将水冷塔由18m加高到21m，延长冷却水与污氮气的接触时间，使污氮气更能够充分被水汽饱和，吸收热量，降低水温。

3.2 改变冷冻水介质

将进水冷塔的循环水改为脱盐水，保证进水冷机组换热器水的质量，避免结垢，提高换热效率，降低入空冷塔水温。

3.3 改造空冷塔（改造示意如图2）

图2 空冷塔改造图

将空冷塔水路改造成两段，在空冷塔上下层填料之间加隔板并打DN100孔，然后在孔上焊接高1.2m的DN100钢管，在出水管路加调节阀以控制上段液位。来自冷水机组的冷冻水进入空冷塔上段上部，从上段的下部流出，进入水冷塔上部，水冷塔的冷冻水从底部流出，经冷冻水泵增压冷水机组冷却后到空冷塔，空冷塔下段仍由循环水冷却。这样，空冷塔上段的冷冻脱盐水经空冷塔上段、水冷塔、冷水机组，形成闭环。

3.4 改造后工艺流程

空气从下部进入空冷塔，与从冷却水泵来的冷却水在空气冷却塔的下段逆流直接接触，进行质热交换，使空气初步冷却；空气上升到空气冷却塔的上段，与来自水冷塔底部与冷冻脱盐水作进一步质热交换，使空气冷却到低于10℃出空冷塔，进入水分离器WS4101进行水分离，出分离器的饱和空气去分子筛吸附系统。一路来自公用系统的温度为32℃、压力为0.4MPa的循环水，由水泵增压后进入空冷塔下段顶部，与空气进行逆流热交换后，排回到循环水系统；一路来自公用系统的脱盐水进入水冷塔，在塔内被污氮气饱和冷却，经过水泵增压后进入冷水机组进一步冷却，输送到空冷塔上段，冷冻脱盐水在空冷塔上段与空气逆流换热后从塔上段底部流出，进入到水冷塔上部，形成闭路循环。技改后流程示意见图3。

图3 预冷系统技改后流程图

4 技改后的运行效果

增加水冷塔高度，充分利用污氮气降温效能，使出水冷塔冷冻水降到11～17℃，相对改造前降低了3℃，较大程度缓解了冷水机组的制冷负荷；空冷塔技改为上下两段，上段冷冻循环水改为闭环式的循环脱盐水，降低了冷量的损失。技改投运以来，未发现冷水机组换热器、水冷塔填料、空冷塔上段填料结垢现象，提高了各换热器效率，使空冷塔出口温度降到了8℃以下。此次预冷系统的改造效果良好，为纯化、分离的正常运行提供了保障，使氧气产量提高到了15 000m3／h，确保了HT－L航天气化炉的用量，为HT－L航天气化装置达标达产及长周期经济运行打下了坚实的基础。