低温甲醇洗制冷系统的优化

韩伟伟，郭少峰

（河南煤化集团濮阳龙宇化工有限责任公司，河南濮阳 457000）

1 概 述

濮阳龙宇化工有限责任公司采用国内首套拥有自主知识产权的HT－L 航天粉煤加压气化技术，其低温甲醇洗（流程如图1）设计接气量71 495.65m3／h（干基），操作弹性为50% ～110%负荷。装置在试车过程中，当接气负荷在80%以上时，净化气中H2S 含量有时高达1×10－6以上，严重影响了后工段的运行。

低温甲醇洗装置自2008 年11 月建成投产后，受气化装置运行不稳定的影响，低温甲醇洗装置负荷在65%～100%之间波动。随着空分装置和气化装置的运行日趋完善，系统负荷逐步提升并稳定在90%以上，低温甲醇洗装置的问题逐渐暴露出来，成为制约我公司甲醇生产的一大瓶颈。

2 低温甲醇洗制冷系统存在的问题

2.1 冰机容易带液，影响制冷效果

冰机系统在运行过程中，较易产生带液。原因有多方面：①低温甲醇洗系统较易波动，造成热负荷波动，液氨汽化不完全，使气氨中带液；②气氨管线过细，造成冰机入口负压过大，容易导致部分液氨汽化不完全；③经济器出口气氨管线进入低压机机体，在冰机负荷波动时，因管线中无分离器，易造成低压机带液；④氨分离器中分离出的液氨无法及时汽化，液位升高后极易带入冰机；⑤低压机进口至高压机进口各管段间，很多管道设计成U 形弯，在运行过程中，易造成氨液滴在管道U 形弯处富集，一旦系统波动或液氨积累到一定程度后，导致冰机带液。一旦冰机出现带液现象后，轻则影响冰机运行效率，短时间内必须减负荷运行，影响低温甲醇洗装置制冷量；重则造成液击，损坏冰机，严重制约低温甲醇洗装置的长周期稳定运行。

2.2 系统冷量不足

系统冷量不足，主要体现在低温甲醇洗装置对H2S、CO2的处理能力较差，设计进低温甲醇洗的气量为71 000m3／h，低温甲醇洗系统吸收用的贫甲醇量为120m3／h、温度为－58℃；出低温甲醇洗装置的净化气量为47 000m3／h，H2S含量≤0.1×10－6，CO2在3%左右。实际运行中，当低温甲醇洗装置的负荷达到70%以上时，其净化气中的H2S将达0.2×10－6以上，同时CO2含量将达7%以上，严重制约了甲醇装置的高负荷运行。

图1 低温甲醇洗工艺流程

2.3 氨冷器换热面积不足

冰机低压机设计进口压力为－0.028MPa，在实际运行中，我们为提高制冷量，将其控制在－0.04MPa，这样依然满足不了系统对制冷量的需求，吸收塔贫甲醇等冷区的温度仍然达不到设计值，同时也较易造成冰机带液，说明在当前工况下，氨冷器的换热面积偏小，已经满足不了低温甲醇洗现阶段系统制冷量的要求。

我公司低温甲醇洗装置在运行过程中，随着负荷的提高，系统对H2S、CO2的吸收能力偏弱，在90%负荷下，净化气中CO2高达6%左右，易造成合成工段气体成分不合格及压缩机振动。从工况的分析来看，主要是贫甲醇的温度达不到设计指标，造成系统对H2S、CO2的吸收能力减弱，其原因为氨冷器的换热面积设计存在问题，造成系统冷量不足及冷量分配不均，最终导致净化气中的H2S、CO2含量偏高。

3 技改措施

针对低温甲醇洗制冷系统存在的问题，我们进行了多项技改，具体如下。

3.1 冰机管道中的U 形弯去除

为防止液氨颗粒在冰机管道U 形弯处的富集，我们去除了低压机进口、低压机出口至高压机进口管道间的U 形弯，尽量减少管道中的存液现象。

3.2 增加一台120万大卡的低压机

为进一步提高系统制冷量，我们在氨制冷系统增加了一台120 万大卡的低压机（0＃冰机），将其并入低压机管路中，运行时，满负荷运行一台120万大卡和一台80万大卡的低压机；运行两台高压机，一台满负荷运行，一台半负荷运行。这样，系统制冷量大大提高，解决了系统制冷量不足的问题。

3.3 氨冷器换热面积的增大

针对系统冷量不足的问题，我们还对氨冷器的换热面积进行了增大。

（1）将EC2203（换热面积202 m2）改作EC2202（换热面积138m2）用。

（2）将EC2203更换成换热面积为300m2的新氨冷器。

3.4 新增一台氨液（滴）分离器

为进一步减轻冰机的带液现象，我们在氨冷器扩大换热面积及扩口改造后，在换热面积最大的EC2203出口气氨管道上单独铺设了一根气氨管道，将其与气氨总管串在一起，并在管线上增加一台氨液分离器。

3.5 EA2205与EA2206之间增加一台氨冷器

为进一步降低贫甲醇温度，优化系统冷量的分配，我们将原EC2202 氨冷器拆下后安装在EA2206 至EA2205 的管线之间，新命名为EC2207（图2），对贫／富甲醇换热器出来的贫甲醇进一步进行冷却，这样，能显著降低贫甲醇温度。增加此氨冷器后，随着系统贫甲醇温度大幅度的降低，系统对二氧化碳的吸收能力将大幅度提高。

图2 新增氨冷器后系统流程

3.6 冰机出口水冷更换

为解决冰机高压机压缩比过大，电耗较高问题，我们将卧式水冷由原单台换热面积500m2的更换为单台换热面积为750m2的新设备。

为减少管道的改动，新的卧式冷却器选用高效的波纹管式换热器，此方案可保证在换热器体积增大最小的情况下，提高50%的换热效率。

4 改造后系统运行情况

低温甲醇洗制冷系统通过上述改造后，生产实践表明，效果良好。改造前后的对比见表1。

4.1 冰机带液现象基本消除

自2010年6月份和2011年3月份对冰机出口管道、氨分加热系统、经济器出口管线改造，氨冷器扩口及新增氨液分离器后，除在开停车时系统波动大出现短时间的带液现象外，在正常运行及系统小幅度波动时，基本未出现冰机带液现象。

4.2 贫甲醇温度明显下降

如图3，在贫甲醇循环量逐步提升的情况下，系统贫甲醇温度明显下降，从之前的－40℃左右下降至－50℃，说明经过改造，系统的制冷能力得到了大幅度的提升。

4.3 气体成分明显好转

如图4，在粗煤气气量逐步上升的情况下，净化气中CO2含量逐步下降，说明经过改造，低温甲醇洗装置对CO2和H2S等酸性气的处理能力得到了大幅度的提升。

4.4 系统产量大幅度提升

由表1可以看出，在低温甲醇洗制冷系统经过一系列地优化后，净化气气量由38 000m3／h左右增加至48 000m3／h 左右，产量则由每天约400t提高至每天500t以上。

表1 系统改造前后相关参数的对比

图3 贫甲醇温度与循环量变化图

图4 低温甲醇洗装置对CO2 等酸性气的处理能力

4.5 各项消耗大幅度下降

项目实施后，由于产能的提升，甲醇产品各项消耗也大幅度下降，成本从3 400元／t左右降至每吨3 000元以下。另外，随着高压机出口压力的降低，其压缩比也相应降低，冰机电耗也大大降低。

5 结 语

改造前，低温甲醇洗系统处理能力严重偏低，基本只能处理80%左右的负荷，不仅使系统单耗偏高，甲醇成本严重偏高，合成气成分较差，而且对冰机、合成气压缩机等大型机组的安全长周期运行也是很大的隐患。已经成为制约我公司稳产、高产的一个瓶颈问题。改造后，系统产能大幅度提升，生产成本大幅度下降，为整套甲醇装置的长周期稳定运行奠定了坚实的基础。