第36卷第3期化肥工業(yè)2009年6月合成氨油改氣低溫甲醇洗單元低溫平衡技術(shù)方案的選擇章展暉(中國石化集團寧波技術(shù)研究院315103)摘要根據(jù)合成氨裝置的特點,針對油改氣后原料變化對低溫甲醇洗單元的影響,提出相應的技術(shù)方案經(jīng)過分析比較,最終選擇減少溶液循環(huán)量、向系統(tǒng)補冷與CO2循環(huán)相結(jié)合的技術(shù)方案,以保證低溫甲酵洗單元維持低溫平衡搡作,消除由于原料氣中CO2含量降低對低溫甲醇洗及下游裝置造成的彩響。改造后,整個裝置運行穗定,低溫甲醇洗單元的各項性能指標均達到了設(shè)計要求,半貧甲酵操作溫度-77℃,較改造前降低6℃;凈化氣中CO2體積分數(shù)≤20×10;產(chǎn)品氣中CO2體積分數(shù)≥975%。關(guān)鍵詞合成氨油改氣低溫甲醇洗低溫平衡Selection of Technological Plans for Equilibrium at LowTemperature in Low-Temperature Methanol Wash Unit afterChange of Ammonia Feedstock from Oil to GasZhang Chenhui(SINOPEC Ningbo Institute of Technology 315103)Abstract In line with the characteristics of the ammonia plant, an appropriate technological planis proposed to cope with the effect on the low-temperature methanol wash unit after the change of feed-stock from oil to gas. Through analysis and comparison a technological plan is finally chosen that com-bines a decrease in solution recycle, replenishment of cold to the system, and recycle of CO2, so as toensure that the low-temperature methanol wash unit maintains its operation at low-temperature equilibrum, thereby eliminating the effect on the low-temperature methanol wash and its downstream unitscaused by the decrease in the Co2 content of the feed gas. After revamp the whole plant runs steadily, the various performance indices of the low-temperature methanol wash unit reach the design requirements, and the operating temperature of the semi-lean methanol is -77C, 6C lower than thatbefore revamp; the CO2 volume fraction in the purified gas is =20 x 10; and the CO, volume frac-tion in the product gas is 297. 5%0Keywords ammonia change from oil to gas low-temperature methanol wash low-ter蘭州石化公司化肥廠(以下簡稱蘭化)大化效益下滑的局面,對大化肥裝置實施了油改氣工肥合成氨裝置原以渣油為原料,采用She氣化工程,以天然氣替代渣油作為生產(chǎn)合成氨的原料。藝、非耐硫一氧化碳變換、低溫甲醇洗脫硫脫碳、油改氣工程實施后,由于原料路線的改變引起了液氮洗精制合成氣、Klog氨合成回路生產(chǎn)合成變換氨。2001年,為了應對渣油供應緊張整體經(jīng)濟必須YHE亦化匾右的低溫甲醇洗單元中國煤化工的生產(chǎn)操作工CNMHG本文作者聯(lián)系電話:057487974528第36卷第3期化肥工業(yè)2009年6月況,如何維持低溫甲醇洗單元脫碳系統(tǒng)的低溫平表1改造前、后進入低溫甲醇洗單元脫碳的衡就是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。變換氣氣量及成分對比改造前改造后低溫甲醇洗工藝的主要特點氣量氣量/摩爾低溫甲醇洗工藝屬于物理吸收過程。甲醇是(m3h-1,分數(shù)/(m3·h-1,分數(shù)良好的物理溶劑在高CO2分壓下,吸收能力強標態(tài))標態(tài))61.688524968.50動力消耗低,氣體凈化度高。低溫有利于吸收平N233972.73衡,故CO2吸收均采用低溫操作。甲醇是極性有0.831041機溶劑,不與氣體組分起化學反應,因此可通過減44094034壓閃蒸、氣提和熱再沸得以再生而循環(huán)使用。4439832.233019024.26在系統(tǒng)操作壓力一定的條件下,CO2含量越高(分壓越高)越有利于CO2的吸收;吸收的CO2干基總量7743124450100.00量越多,再生時甲醇減壓閃蒸解吸出的CO2量就(1)變換氣的體積流量減少9%。越多再生后的甲醇溫度就越低;而甲醇溫度低又(2)變換氣中的H2量基本沒有變化,而CO2有利于CO2的吸收,這樣就形成一個良性循環(huán)的過程維持系統(tǒng)的低溫平衡。因此低溫甲醇洗多量減少了14208m3/h(標態(tài)),使CO2的分壓由用于重質(zhì)原料制備合成氣(如渣油煤等氣化制1.59MPa(表壓)下降至1.20MPa(表壓)。備合成氣)的氣體凈化工藝。(3)變換氣中的HC摩爾比由1914上升至2.824。2蘭化合成氨裝置低溫甲醇洗脫碳的主變換氣發(fā)生上述變化后,如果低溫甲醇洗單要特點元仍維持原有的操作模式和甲醇循環(huán)量,則富液(1)脫碳采用半貧液及貧液兩種溶液,溫度中的CO2含量將比原設(shè)計值大幅下降,完全破壞了原有裝置CO2的平衡,導致甲醇洗單元溶液溫較低,循環(huán)量較大。(2)甲醇富液進入CO2解吸塔分段解吸,首度升高破壞了原有的低溫平衡進而造成送往下先解吸回收H2,然后閃蒸解吸所需的CO2產(chǎn)品游裝置的CO2產(chǎn)品氣不合格。因此,必須采取相氣,半貧液用于CO2吸收塔的主洗段應的措施使低溫甲醇洗單元在合理的溫度下操(3)氣提N2預冷至-43℃,保證氣提后甲醇作,消除由于原料氣中CO2含量降低對低溫甲醇溫度滿足系統(tǒng)內(nèi)部冷源溫位的要求(-71℃),并洗及下游裝置造成的影響。降低排放氣中的甲醇含量。4維持低溫甲醇洗單元低溫平衡的措施(4)CO2解吸塔I段H2回收時,甲醇液不預冷,閃蒸氣中的CO2設(shè)置再吸收,閃蒸回收氣中維持低溫甲醇洗系統(tǒng)低溫平衡的措施主要有的CO2含量較低(體積分數(shù)約20%)。減少甲醇循環(huán)量、向系統(tǒng)補入更多冷量部分CO(5)原料氣進入甲醇洗單元洗滌塔前經(jīng)過兩返回至甲醇洗單元人口。次冷卻,氨冷負荷較大;CO2解吸壓力和CO2產(chǎn)4.1減少甲醇循環(huán)量品氣壓力都較低,當CO2產(chǎn)品氣不足時,調(diào)節(jié)裕油改氣以后,進入低溫甲醇洗單元脫碳系統(tǒng)度不大。的變換氣中CO2的摩爾分數(shù)由32.23%下降至24.26%,如果仍維持原有的甲醇循環(huán)量(貧甲醇3原料改變后對低溫甲醇洗的影響8!m3/h,半貧甲醇250m3/h),則富液之中1油改氣實施前后進入低溫甲醇洗單元脫碳CH.QH中的O2含量降至108m(標態(tài)),比原系統(tǒng)的變換氣氣量及成分對比見表1。設(shè)讠中國煤化工cH1OH在C02由表1可看出油改氣后,進入低溫甲醇洗單解CNMHG.49m3(標態(tài)元的變換氣有如下主要變化。CO2,完全破壞了裝置原有CO2的平衡,其導致的61第36卷第3期化肥工業(yè)2009年6月主要后果有換氣中。根據(jù)變換氣中CO2的不同含量需要返(1)由于溶液循環(huán)量偏大,H2和CO等在甲回的CO2量見表2。醇中的溶解量較大,甲醇溶液再生解吸時,CO2產(chǎn)表2CO2返回量與變換氣中CO2含量變化對比品氣中的H2和CO含量隨之升高,導致CO2產(chǎn)品換氣中返回的CO2量/變換氣量/變換氣量氣不合格C02體積(m3h-1,(m3h-1,與原設(shè)計(2)富液中CO2吸收未達到飽和解吸中無分數(shù)第相比/%法達到設(shè)計的低溫,使溶液溫度升高,惡性循環(huán)32.2314638139088101.00導致系統(tǒng)低溫平衡紊亂31.001215999.1830.00減少溶液循環(huán)量可使CO2在相應的溶液中1020713465797.76132760充分吸收達到要求的設(shè)計溫度。對于吸收塔來646713091795.04說精洗段僅吸收CO2總量的2.0%(體積分數(shù))以下,其吸收推動力很小,而洗滌塔板多達50塊為降低能耗保證CO2產(chǎn)品純度循環(huán)的CO2以確保凈化氣中CO2體積分數(shù)<20×106,確?？刹捎肅O2解吸塔I段和Ⅱ段的部分閃蒸氣。下游液氮洗的正常操作。而改造后,無論是精洗此時,Ⅲ段和Ⅳ段解吸的CO2作為CO2產(chǎn)品氣,段的氣量還是精洗段CO2的吸收量,都與原裝置純度更高。CO2氣循環(huán)返回變換氣中,可解決低差別不大,因此精洗段甲醇的循環(huán)量不宜減少溫甲醇洗單元溶液溫度升高的問題,避免低溫甲主洗段吸收的CO2量約占CO2總量的62%(體積醇洗單元內(nèi)部的操作工況發(fā)生大的偏離。分數(shù)),在其它條件不變時根據(jù)甲醇對CO2的吸43向單元補入低溫冷量收能力,可考慮適當減少半貧甲醇的循環(huán)量,但不向單元補入低溫冷量可以從兩個方面考慮宜過低。向單元補入更低溫度的冷量;加大現(xiàn)有氨制冷的此外,不推薦單純降少溶液循環(huán)量的方案,其蒸發(fā)量,向單元補人更多的溫度為-33℃的冷原因:量(1)吸收塔主洗段的21塊塔板為雙流道浮原設(shè)計氨冷器的最低蒸發(fā)溫度為-33℃,若閥塔板,下塔的9塊循環(huán)洗滌段塔板為 Kittle專補入更低溫度的冷量,有兩種技術(shù)方案:①設(shè)置利塔板。油改氣后,該段塔板的氣相負荷下降約真空等級的氨制冷,但該方案與已有的冰機系統(tǒng)9%,若液相負荷降低較多,塔板的操作會嚴重偏難以匹配技術(shù)上不可行;②采用丙烯等其它制離原設(shè)計工況,影響洗滌效果和塔板效率有較大冷介質(zhì)進行制冷,采用該方案需增加一個獨立的的技術(shù)風險。系統(tǒng),投資較高,而且會延長裝置的改造周期。而2)溶液循環(huán)量降低后,雖能基本維持系統(tǒng)加大現(xiàn)有氨制冷的蒸發(fā)量,向單元補入更多的溫的操作溫度,但CO2解吸塔各段解吸時閃蒸出的度為-33℃的冷量,可通過在單元的適當位置增氣量均相應減少,與之相關(guān)的所有設(shè)備(包括塔、加氨冷器來實現(xiàn)是切實可行的補冷方案。換熱器、泵、壓縮機)的操作狀態(tài)均會發(fā)生變化,4.4減少溶液循環(huán)量、向單元補冷與CO2循環(huán)需要對有關(guān)設(shè)備進行詳細的核算和分析。如:繞相結(jié)合管式換熱器-變換氣冷卻器(A-EA40)的能量產(chǎn)本方案在適當減少溶液循環(huán)量的同時,循環(huán)生不平衡需進行改造,有技術(shù)風險和難度。部分CO2氣體,通過增設(shè)氨冷器,使裝置總的操(3)減少溶液循環(huán)量后,引起的變化均在低作性能不發(fā)生大的變動,原有的各主要設(shè)備無需溫甲醇洗單元內(nèi)部,涉及設(shè)備內(nèi)件改造,對主裝置進行改造。作為推薦方案具體實施時應遵循如生產(chǎn)的影響較大改造周期較長下主要原則:4.2部分CO2返回至低溫甲醇洗單元入口凵中國煤化工不宜減少。為強化CO2解吸的制冷效果、提高變換氣中CNMHG目應減少,但不的CO2濃度,可將低溫甲醇洗單元再生系統(tǒng)回收宜低的部分CO2返回至甲醇洗單元脫碳系統(tǒng)前的變(3)變換氣中的CO2體積分數(shù)宜維持在28%卷第3期化肥工業(yè)2009年6月以上(4)方案四結(jié)合了上述方案的優(yōu)點,雖然技(4)CO2循環(huán)量與甲醇循環(huán)量的設(shè)計,應力術(shù)上相對保守,但相較于方案一,可以保證改造后求做到系統(tǒng)在設(shè)備投資和操作費用之間達到最佳裝置的運行與原有工況不會發(fā)生大的偏離;相較平衡。于方案二,能耗相對較低。因此采用該方案在技5技術(shù)方案的選擇術(shù)上比較穩(wěn)妥可靠有利于規(guī)避技術(shù)風險,同時改造的周期也相對較短(1)方案一:單純減少甲醇循環(huán)量,該技術(shù)所引起的變化均在低溫甲醇洗單元內(nèi)部不但涉及6具體技術(shù)方案到CO2吸收塔的內(nèi)件改造還涉及到換熱器泵、根據(jù)方案四的設(shè)置原則,具體技術(shù)方案如下:壓縮機等相關(guān)設(shè)備的核算和改造,技術(shù)風險和難(1)增設(shè)CO2循環(huán)壓縮機,將CO2解吸塔I度都較髙,且對主裝置生產(chǎn)的影響較大;另外,在段和Ⅱ段的部分含氫閃蒸氣循環(huán)至低溫甲醇洗單不新增補冷的情況下,維持甲醇溶液的低溫平衡元的入口,使原料氣中的CO2體積分數(shù)提高至也有一定的困難;此外,該方案的改造周期也較28%,以有效降低循環(huán)溶液的溫度,并提高CO2長,無法滿足項目建設(shè)周期的要求。因此,該方案的產(chǎn)品質(zhì)量。不可行。2)原料氣進入甲醇洗洗滌塔前,在原有氨(2)方案二:將低溫甲醇洗單元再生系統(tǒng)回冷器后新增1臺氨冷器向系統(tǒng)補充冷量,以降低收的部分CO2返回至甲醇單元洗脫碳系統(tǒng)前的系統(tǒng)的溫度。變換氣中,提高變換氣中的CO2濃度,以強化CO2(3)將CO2解吸塔原I段節(jié)流閃蒸后冷卻改解吸的制冷效果維持單元的低溫平衡。從技術(shù)為I段節(jié)流閃蒸前冷卻,以此來獲得更低的甲醇角度看,該方案最為簡單也最為穩(wěn)妥,完全可以實溫度。現(xiàn)進入CO2吸收塔的總氣量和CO2濃度與改造4)CO2吸收塔主洗段半貧甲醇的循環(huán)量調(diào)前基本一致保證低溫甲醇洗單元的操作與改造整至原設(shè)計值的90%。前的工況完全一致。但是,該方案在技術(shù)上過于保守,且能耗較高,僅CO2循環(huán)壓縮機將增加電7改造后的生產(chǎn)運行情況耗2100kW,增加循環(huán)水耗320Uh。蘭化合成氨裝置油改氣工程建成投產(chǎn)后,到(3)方案三:向單元補入更低溫度的冷量不目前為止整套裝置運行穩(wěn)定,低溫甲醇洗單元的是一個切實可行的方案,比較可行的方案是加大各項性能指標均達到了設(shè)計要求,其中半貧甲醇現(xiàn)有氨制冷的蒸發(fā)量,向單元補入更多的溫度為的操作溫度達到了-77℃(改造前為-71℃),33℃的冷量。但受到裝置已有氨制冷溫度下凈化氣中CO2體積分數(shù)≤20×106,產(chǎn)品氣中的限的限制,單純采用增大氨制冷量也難以保證單CO2體積分數(shù)達到975%以上,均滿足了下游工元的低溫平衡。因此,該方案并不能保證改造取段的生產(chǎn)要求。得成功。(收稿日期200903407)①辦辦必辦仍辦辦辦辦辦辦辦辦辦必必辦辦辦必辦辦辦辦少必辦辦辦必辦辦辦辦仍辦小辦小辦必辦d(上接第59頁)并利用控制系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的自動跟蹤調(diào)節(jié)煤氣中水含量低的特點,通過控制變換反應深度自動調(diào)優(yōu)工況,有效降低合成氨裝置的能耗。和床層熱點溫度,實現(xiàn)在不發(fā)生甲烷化副反應的4.4不斷完善能耗統(tǒng)計分析前提下,將高濃度CO原料氣在低水氣比的工藝加強能源計量管理,完善相關(guān)計量器具,確保條件下實施變換,大幅度降低蒸汽用量。原料煤、水、電、蒸汽等計量準確,減少攤派現(xiàn)象;(4)淘汰高耗低效的電機產(chǎn)品積極開展對用中國煤化工等能源介質(zhì)關(guān)鍵液氨泵、風機、高壓水泵等機泵的節(jié)能變頻改造。指標共氫情況下合成(5)做好合成氨生產(chǎn)的低位熱能綜合利用CNMHG氨HJ/yI /J采用節(jié)能新技術(shù)對凝結(jié)水及乏汽回收進行改造(收稿日期200903-26)