扩能技术改造总结

2015-03-27张兰云

氮肥与合成气 2015年2期

关键词：工段冷器甲烷

张兰云

(石家庄柏坡正元化肥有限公司河北石家庄050401)

扩能技术改造总结

张兰云

(石家庄柏坡正元化肥有限公司河北石家庄050401)

河北石家庄柏坡正元化肥有限公司(以下简称柏坡公司)隶属于河北阳煤正元集团，年产合成氨180kt、尿素300kt、二甲醚100kt及双氧水100kt。随着市场形势的变化，2013年，柏坡公司对合成氨装置进行了扩能改造，对尿素装置进行了节能改造，合成氨生产能力由原68机(以L机17m3/min为1机，下同)扩产至84机，各工段均进行了不同程度的扩能、节能改造。

1 脱硫工段改造

由于气量增加，脱硫工段超负荷运行，气体在脱硫塔内停留时间缩短，脱硫效率满足不了生产需要。现将脱硫塔高度由原31604mm增高至35604mm，脱硫塔填料由3段改为4段。改造后，脱硫效率明显提高。增加12000m3/h再生泵和脱硫泵各1台，增加再生脱硫液量，以增强再生效果。同时，由于变换工段也进行了相应的改造，出口气体中硫化氢指标提高相对减轻了脱硫工段的负荷。

2 变换工段改造

原装置2套变换系统分别采用中低低工艺和中串低工艺，2套变换系统均存在系统压差大、出口气中CO含量偏高等问题，满足不了生产需要。2013年，分别对2套变换系统进行改造，均改为全低变工艺，减少了换热设备，气体膨胀量减少，系统压差降低，满足了生产工艺要求。

改造效果:①改造后，吨氨耗蒸汽量由原来的150～200kg降至10kg，达到了减少蒸汽用量、降低蒸汽消耗的目的;②变换系统改为全低变工艺系统后，气体膨胀量减少，系统阻力降低，由原0.11～0.12MPa降至0.07～0.08MPa;③变换系统出口气中CO含量可调节范围扩大，φ(CO)可在1.5%～10.0%调整，达到了降低醇氨比、提高合成氨产量的目的;④变换系统改造后，系统热量得到有效利用，外供热量减少，水冷器循环水负荷降低，水冷器出口气体温度由原来50℃降低至40℃以下;⑤饱和塔进水管位置下移后，系统循环水量增加且不存在带液现象。

3 压缩工段改造

(1)压缩工段的压缩机型式落后、机型复杂、备件凌乱，生产和维修任务量较大，且消耗偏高。改造后，淘汰部分落后压缩机机型，压缩机由原来16台减少至10台，即保留原5台H280型和3台4M20型压缩机，拆除了3台H12型、4台4M8型和1台4M16压缩机，新增2台8M100型压缩机。随着系统改造，各段压力降低，电耗明显降低，且新增的8M100型压缩机各段冷却均使用蒸发冷凝器，由各压缩机油冷、填料冷却水补入系统，减少了循环水量，并降低了水泵能耗。

(2)对压缩机外管进行了改造:压缩机为七段压缩，压缩机进行流程规划，六段压缩气体到中压甲醇合成系统后，醇后气分别进入中压甲烷化28机(一般开16～20机，简称流程Ⅰ)和压缩机六段进口72机(一般开64机，简称流程Ⅱ)两路。

流程Ⅰ:中压甲醇→压缩机六段→压缩机七段→高压醇烷化→Φ2400mm氨合成系统;流程Ⅱ:中压甲醇→中压甲烷化→压缩机七段→Φ2400mm氨合成系统。流程Ⅰ与流程Ⅱ之间用盲板隔开，遇到异常情况时，更换盲板位置，系统能单独运行，也能并联运行。

4 醇烷化工段改造

(1)柏坡公司原有Φ1200mm、Φ1400mm和Φ1800mm中压甲醇系统各1套，3套系统共有5台循环机，其中3台4m3/min循环机、1台10m3/min循环机和1台13m3/min循环机。原有1套Φ1000mm中压甲烷化系统，随着生产规模的扩大，甲烷化系统明显不能满足生产需要。在本次规划中增加了1套高压醇烷化系统(为山东海化公司拆旧设备)，与Φ2400mm氨合成系统形成同等压力等级。

高压甲醇系统工艺流程:来自氢氮气压缩机七段出口气体(25MPa，35℃)进入氨合成补充气油水分离器，除去氢氮气压缩机带来的油污及压缩冷凝水后，一路进入高压甲醇塔环隙换热和冷却塔壁，另一路进醇化塔前换热器壳程换热。换热后气体分为5股:4股作为冷凝气调节催化剂床层温度，剩下1股由高压甲醇塔二段进口入塔内下部换热器与环隙气混合后经底部换热器中心管进入催化剂床层反应;反应后气体出塔后进入塔外气气换热器管内换热，换热后气体(75℃)进入水冷器，出水冷器气体(35℃)进甲醇分离器，将生成的甲醇分离下来，出甲醇分离器气体去高压甲烷化系统。

高压甲烷化系统工艺流程:来自高压甲醇气体(25MPa，35℃)分为2路，一路进入高压甲烷化塔环隙换热和冷却塔壁，另一路进塔外气气换热气壳程，换热后的气体(165℃)由高压甲烷化塔二段进口直接入塔与环隙气混合，然后经中心管进入催化剂床层反应;反应后的气体由高压甲烷化塔二段出口出塔(108℃)进塔前气气换热器管程，气体被冷却至80℃进水冷器，气体被冷却至35℃进高压甲烷化系统的水分离器，将生成的水及气体中原有气态水分离下来，分离水后的气体送至氨合成系统氨分离器入口。

由于甲醇市场形势较好，变换系统出口气中CO含量控制得较高，中压甲醇系统的出口气中φ(CO+CO2)由原0.5%～0.7%提高到0.9%～1.1%，直接送至高压醇烷化系统进一步净化，高压醇烷化系统缩小配碳阀开度，保证氨合成系统进口气体微量含量指标，同时提高了甲醇产量。

5 合成工段改造

柏坡公司原有Φ800mm、Φ1000mm以及Φ1200mm氨合成系统各1套，3套系统并联运行。随着系统加量，氨合成系统压力达31MPa，电耗较高。2013年4月15日，投运了正元公司设计的Φ2400mm氨合成系统，原来的3套老系统全部停运。

主要改造项目:①采用双废热锅炉流程，产生不同品位的蒸汽，废热锅炉Ⅰ产生1.3MPa的中压蒸汽，废热锅炉Ⅱ副产的0.4MPa低压蒸汽用于溴化锂制冷机组，多余的蒸汽补入低压蒸汽管网;②采用溴化锂制冷技术，将废热锅炉产生的低压蒸汽作热源制取低温水，用于循环反应气体中氨的冷凝，冷凝部分液氨，冰机负荷制冷量负荷降低，节省电耗。

改造效果:①由于Φ2400mm氨合成系统压力低、冷交换器温度低，氢氮混合气在液氨中的溶解度降低，弛放气气量明显减少，等压吸收和提氢负荷降低。②由于系统压力较高，3套合成系统在不减量的前提下只得增加放空气量，循环气中φ(CH4)控制在14%～16%，吨氨放空气气量达260.6m3。Φ2400mm氨合成系统投运后，系统轻负荷运行，循环气中φ(CH4)控制在19%～21%，吨氨放空气气量为201.6m3，吨氨放空气气量减少59.0m3，氨产量减少125kg/h，即氨产量减少3000kg/d。③双废热锅炉、双水冷器、双冷交换器装置投运后，冰机制冷量明显降低，由原来的1884kJ/h降至837kJ/h。④压缩主机和冰机吨氨电耗降低了142kW·h。⑤为了回收合成塔出口气体热量和合理利用能量，设计了产生不同压力等级的蒸汽，废热锅炉Ⅰ利用合成塔出口气体热量副产1.3MPa中压蒸汽，直接并入中压蒸汽管网;废热锅炉Ⅱ利用废热锅炉Ⅰ出口气体热量副产0.4MPa的低压蒸汽，除作为溴化锂制冷机组热源外，剩余的并入低压蒸汽管网，供造气系统使用。⑥Φ2400mm氨合成系统氨合成反应热利用率可达94.3%。