脱碳气体换热器在甲醇净化系统中应用及改造

山东兖矿鲁南化工有限公司以德士古水煤浆气化炉为源头，采用四喷嘴烧嘴，日耗煤量约1 000 t。在满足日产尿素1 800 t的要求下，可再向甲醇系统提供高达70 000 m3/h(标态)的脱硫气，同时合成氨净化系统还可向甲醇系统提供约22 000 m3/h(标态)氢气(脱碳气量)，以增加甲醇产量，甲醇年产能增至180 kt。甲醇净化系统工艺流程：CO部分变换→COS中温水解→NHD法脱除H2S，COS和CO2→COS常温水解→H2S精脱除，制得总硫质量浓度<0.15 mg/m3的合格精制气送至甲醇合成工段。

1 改造前情况

改造前净化系统工艺流程见图1。自脱硫系统来的脱硫气[35 ℃，2.15 MPa，φ(CO2) 23.9%]进入板翅式气体换热器，与脱碳气和低压闪蒸气换热后，温度降至～10 ℃，进入进塔气分离器分离冷凝水后进入脱碳塔，从脱碳塔顶部出来的脱碳气[- 4 ℃，φ(CO2) 3%～5 %]经净化气分离器分离夹带的NHD雾沫后，进入板翅式气体换热器回收冷量，温度升至20 ℃后进入后系统。

图1 改造前净化系统工艺流程

该板翅式气体换热器于2008年1月投入使用，为铝质板翅式设备。与钢材设备相比，铝质设备韧性较差，经数年使用后，易出现疲劳现象，特别是在系统开、停车和负荷调整过程中，由于压力变化，铝材设备在焊缝处更容易出现泄漏,鉴于其他系统使用的几台同类型、同厂家生产的设备在运行过程中出现的不同程度的泄漏、着火等情况，该气体换热器在运行过程中存在一定的安全风险。为了保障系统安全运行，规定对该气体换热器减压运行，脱碳压力应控制在≤2.2 MPa，直接影响了脱碳气的吸收，CO2指标难以控制。为了消除安全隐患，现将板翅式气体换热器更换为列管式换热器。

2 改造内容

通过理论计算后得知：需要新增1台列管式换热器A(F=600 m2)，设计压力为2.45 MPa；同时，利用老净化系统退役的1台中温列管式换热器B(F=400 m2)，设计压力为2.45 MPa。

改造后净化系统工艺流程见图2。自脱硫系统来的脱硫气分2路分别进入列管式换热器A和中温列管式换热器B的壳程，由阀门控制流量。脱碳气进入列管式换热器A的管程，CO2进入中温列管式换热器B的管程，进行逆流换热。

图2 改造后净化系统工艺流程

3 改造效果

(1)将铝质板翅式换热器改为列管式换热器，设计压力升高，提高了操作的安全性。

(2)由于板翅式气体换热器在运行过程中易引起系统阻力增大，并且设备彻底清洗比较困难，更换设备后，降低了系统阻力，为系统增加甲醇产能提供了前提条件，平均脱硫气气量增加了约1 500 m3/h(标态)。