不透性石墨换热器在降低压缩机一入半水煤气温度中的应用

邓芝强

（南通贝思特石墨设备有限公司，江苏 南通 226011）

造气生产的半水煤气经洗气塔冷却进入气柜，经脱硫塔、洗气塔、静电除焦塔除去硫沫及煤焦油后直接进入分离器分离水，之后进压缩机一入总管。

多年来，在我国平原及南部夏季气候比较炎热的地区，压缩机一段人口的半水煤气温度在夏季较高，一般在40～45℃，有的地区甚至高达50℃，导致压缩机打气量大幅下降，合成氨电耗直线上升。针对该问题，为了减少因夏季温度给生产带来的影响，必须对半水煤气采取降温措施。

1 工艺流程的选择

1.1 直接冷却［1］

半水煤气本身就是含有饱和水蒸汽的湿煤气，可与水直接接触，因而选用直接接触式冷却塔，这样传热效率高，可以较大限度地利用水的冷量来达到降低半水煤气温度的目的。

填料塔是使用最广泛的直接接触式的气液传质及传热设备，由填料、塔内件和塔体构成。半水煤气在压力差的推动下，自下而上通过填料间的间隙由塔的底部流向顶部，设置在塔顶部的除沫装置分离出塔煤气中夹带的水滴、液膜。一次冷却水自填料层顶部分散后，沿填料表面流下而润湿填料表面形成液膜。气液两相间传热是在填料表面的气液相界面上进行的。工艺流程如图1。

图1 直接冷却半水煤气

填料塔具有操作弹性大、阻力小、结构简单、造价低等优点，但同时一次冷却水的用量相当大，冷却效果受制于一次水的温度限制，并且合成氨有效气体的损失增加。出塔的一次水温度升高后进入造气循环水继续使用。

1.2 间接冷却

1.2.1 冷媒来源于液氨气化

对于联碱或生产硝酸铵的企业，可以直接用低温的气氨作为冷媒来冷却温度较高的半水煤气，换热后的气氨再去联碱吸氨岗位或硝酸铵吸氨岗位。

在联碱合成去吸氨的气氨管路上串联气氨冷却器，由低温的气氨冷却一入半水煤气后送入联碱吸氨工段［2］。工艺流程如图2。

图2 气氨冷却半水煤气

另一种方法是将液氨气化在氨冷器中与脱盐水进行换热，降低脱盐水的温度后，再用脱盐水与半水煤气进行换热，降低半水煤气温度，温度升高的脱盐水循环回到氨冷器中降低温度后循环与半水煤气进行换热［3］。工艺流程如图3。

图3 脱盐水与半水煤气进行换热

1.2.2 冷媒来源于溴化锂冷水机组

有尿素装置的企业在减少循环冷却水的同时可以通过溴化锂冷水机组制得7℃的冷水来对半水煤气进行降温。

尿素装置的一吸冷却器换热脱盐水的低位热能不能得到充分回收，多余部分热水利用循环冷却水进行降温，如果将该热水用于溴化锂冷水机组回收该工段低位热能，不仅可以降低半水煤气温度，还可以节约该工段循环水用量［4］。该工艺投资相对较大。工艺流程如图4。

图4 溴化锂冷水机组循环水冷却半水煤气

1.2.3 冷媒来源于低温一次水

我国大部分地区的企业用水依靠地下水，地下水温度一般温度在18℃左右，该水需经过软化处理才能使用。在软化处理使用前，将该水用于半水煤气降温是个很好的选择。这样做的作用是不仅降低了半水煤气的温度，同时软化水的温度升高到27℃去给锅炉使用。工艺流程如图5。

图5 地下水冷却半水煤气

2 换热设备的选择

半水煤气虽然经过了脱硫塔、洗气塔、静电除焦塔净化，仍含有较多的焦油、煤灰等杂质，且硫化氢含量、水蒸汽的分压都比较高，这都决定了半水煤气换热器容易堵塞、腐蚀、传热效果较差的特点，这也是脱硫工序普遍采用气液直接接触的方法来冷却半水煤气的原因，所以换热设备选取时必须考虑以上因素。

不透性石墨是一种由人造石墨及合成树脂通过浸渍、压制、浇铸等方法制得的新型结构材料，利用不透性石墨材料制作的换热设备用于半水煤气的换热具有以下特点：

1）具有高度的化学稳定性能。除了强氧化性酸及碱外，对大部分化学介质都是耐腐蚀的，特别是对含氯离子的介质。

2）具有极高的导热性能。石墨的导热系数为（100～110）W／m·K，其导热系数和铜、铝相仿，是普通碳钢的2.5倍以上，是不锈钢的6倍以上。

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3）在热稳定性方面，石墨的使用温度可达到170℃，且其热膨胀系数很小，大约为（0.40～4.5）×10－6／℃，不容易受温差应力的影响。该石墨换热器的石墨管两端采用无粘接连接，做到每根管束都能自行进行热胀冷缩，彻底消除了管板与石墨管之间的内应力，大大减少了设备损坏和维修的几率；石墨管束能够做到现场更换，保证了设备有效面积不减少，确保了设备的可靠性和稳定性。

4）由于石墨管内外壁很光滑，其绝对粗糙度仅是金属管的1／20～1／50，阻力降不超400Pa；且石墨属于非金属，决定了石墨管跟大多数介质之间“亲和力”极小，不会污染介质，管壁也不易结垢，因而大大的扩展了其应用范围。

用于半水煤气的冷却最大的优势就是解决了焦油挂壁影响换热效果的问题。

5）与处理同样半水煤气量的不锈钢列管换热器相比较，价格只有后者的一半。

3 结 论

由于直接冷却消耗大量不可回收的一次水，且有效氨损失增大，半水煤气的降温还是以间接冷却为主。换热设备选择投资小，阻力降小的不透性石墨换热器，无论选择哪种工艺，半水煤气的温度都可以下降10℃左右，可以大大提高压缩机的打气量，增加合成氨装置能力，节约合成氨的电耗。

各个企业针对自己实际情况，合理利用低位热能来降低半水煤气的温度，更可以起到事半功倍的效果。

［1］ 白仁川.半水煤气直冷塔的计算与设计［J］.化肥设计，2010，48（2）：11－15

［2］ 王淑云.联碱生产中不同品位冷量的合理利用［J］.纯碱工业，2009（4）：11－13

［3］ 刘力源，宁海文.降低压缩机一入煤气温度的技改小结［J］.化肥设计，2010，48（6）：57

［4］ 张毅，孔祥一.溴化锂制冷机组运行情况总结［J］.化肥工业，2012，39（2）：67－68