煤化工生产工艺中溴化锂技术的应用与研究

高永丽

(晋能控股装备制造集团天源山西化工有限公司, 山西晋城 048400)

晋能控股装备制造集团天源山西化工有限公司(简称天源公司)现有9台原料气压缩机，其中1～6号原料气压缩机进口煤气采用尿素溴化锂冷却水降温，冷却效果较好，进口煤气经溴化锂机组冷却后温度可降低至22 ℃；7～9号原料气压缩机进口煤气采用地表水冷却后温度只能降低至28 ℃，冷却效果较差，在夏季气温较高时，对系统生产影响尤为严重[1]。

因此，需要对7～9号原料气压缩机进口煤气进一步降温，以提高原料气压缩机打气量，消除高温对系统生产的影响。

1 溴化锂技术介绍

目前，溴化锂机组制冷技术已被广泛应用，该技术成熟、稳定，可以低势热能作为动力，不需要耗用大量电能，具有很好的节电、节能效果，装置运转费用低、经济性高。

安全环保方面，整个制冷装置在运行过程中振动小、噪声低,无臭、无毒、无爆炸危险，安全可靠，有利于满足安全环保的要求。

运行方面，冷量调节范围宽，性能稳定，对外界条件变化的适应性强。

1.1 溴化锂机组制冷的基本原理

溴化锂机组蒸发器内部控制压力为6 mmHg(0.78 kPa)左右，制冷剂对应的的蒸发温度约为3.7 ℃，在蒸发过程中，制冷剂吸收管束内冷媒水的热量，从而达到制冷的目的。蒸发后的制冷剂蒸汽在冷凝器中被循环水冷凝后，经浓溶液吸收利用[2]。

1.2 溴化锂机组流程

吸收器内的稀溶液由溶液泵送往高压发生器，进入高压发生器的稀溶液被管内饱和水蒸气的潜热加热，使溶液浓度提高成为浓溶液；浓溶液与稀溶液换热，温度降低后进入低压发生器，浓溶液在低压发生器内经高压发生器蒸汽再次加热提浓，提浓后的浓溶液经溶液泵加压输送至吸收器顶部向内喷淋，浓溶液进入吸收器与冷却水换热后温度降低并吸收水分使浓度降低成为稀溶液；制冷剂蒸汽被吸收后释放出大量的热量由冷却水带走。浓溶液吸收水蒸气后成为稀溶液，再由溶液泵送往高压发生器。这个过程不断循环，蒸发器就连续不断地制取冷媒水[3-4]。

2 溴化锂方案的确定

结合天源公司实际情况，在不影响现有生产的前提下，拟新建1套溴化锂机组提供冷却水，替代7～9号原料气压缩机用地表水，实现原料气压缩机进口煤气降温、提高打气量的目的。

2.1 工艺方案的确定

拟利用7～9号原料气压缩机一段进口现有的石墨换热器(换热面积为350 m2)对煤气进行冷却，降温用冷却水由原来的地表水改为溴化锂冷却水。

溴化锂机组采用吸收式制冷，以蒸汽为动力、水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，制取冷媒水。结合天源公司现有低品位能源利用及蒸汽平衡，拟利用低压蒸汽作为热源。

项目用蒸汽、用电等依托现有公用工程系统；为降低投资，缩短建设周期，项目用溴化锂机组采用二手设备。

2.2 溴化锂机组制冷量的确定

原料气压缩机进口体积流量为9 000 m3/h(标况，干基)，压力为20 kPa(表压，本地大气压力)，气体成分见表1。

表1 气体成分

煤气冷却温度要求为由35 ℃冷却至25 ℃,经计算，需新增1台1.255 2×1010J制冷量的溴化锂机组。

2.3 设备布置方案

结合厂区建设情况，拟做如下布置：溴化锂制冷机、辅机设备放置在合成电站循环水东侧空地；7～9号原料气压缩机一段进口煤气冷却器利旧。

2.4 半水煤气降温工艺流程

(1)低压蒸汽来自低压蒸汽管网，压力为0.6 MPa、温度为160 ℃,经过调节阀进入溴化锂机组发生器，给溴化锂溶液提供蒸发热后，蒸汽冷凝液去脱盐水槽。

(2)循环水来自循环水总管，压力为0.4 MPa、温度<20 ℃,进入溴化锂机组，热交换后返回循环水管网，形成闭路循环。

(3)冷却水从溴化锂机组出口去石墨换热器,与半水煤气换热后通过冷水泵打入溴化锂机组制冷，形成循环。

半水煤气降温工艺流程图见图1。

图1 半水煤气降温工艺流程图

3 实施效果

改造前后7～9号原料气压缩机进口半水煤气温度对比见表2。

表2 改造前后7～9号原料气压缩机进口半水煤气温度 ℃

由表2可以看出：原7～9号原料气压缩机采用地表水冷却，原料气压缩机进口平均温度(即地表水冷却后煤气温度)为28 ℃左右，改用溴化锂冷却水后，原料气压缩机进口平均温度(即溴化锂冷却后煤气温度)下降到24 ℃左右，降温效果良好。

4 经济效益分析

7～9号原料气压缩机3台运行总气体积流量为90 000 m3/h，半水煤气温度从28 ℃降至24 ℃，压力为27 kPa，当地大气压力为96 kPa。以每小时为基准计算,28 ℃时半水煤气含水质量为2.75 t，24 ℃时半水煤气含水质量为2.15 t，则降温后冷凝水质量为0.6 t，可增加有效打气量747 m3。

根据天源公司现吨氨耗煤气2 850 m3计算，则每小时可增加合成氨产量0.26 t。

仅计算打气量的影响，按年最高气温月(5月—9月)核算共计153 d，每月考虑2 d的系统波动时间，即每年可增产合成氨895 t;按2020年天源公司合成氨平均售价2 350元/t计算，年可增加销售收入约210万元，经济效益可观。

5 结语

项目实施后，7～9号原料气压缩机进口煤气温度可降至24 ℃，降温效果好于预期；原料气压缩机一段进口煤气温度降低，增产效果较为明显，年可增加销售收入约210万元，实现了提产增效的目的。