单高制氮节能新工艺技术改造

单高制氮节能新工艺技术改造

郑黎 ， 林冰

(河南神马尼龙化工有限责任公司 ， 河南 平顶山467000)

摘要：介绍了空分装置在氧气不用的情况下由双高双精馏改为超低压单高制氮双精馏流程的过程。通过对现状进行分析，制定了各系统技术改造方案，降低空压机排气压力，减少进塔空气量，在利旧的基础上对整套空分装置实施了改造，实现了经济稳定运行的目的。

关键词：空分装置 ； 单高制氮 ； 节能 ； 改造

中图分类号：TQ050.2

收稿日期：2015-01-26

作者简介：郑黎(1971- )，女，工程师，从事化工厂公用工程技术管理工作，电话：13592172518。

1原空分装置概况

河南神马尼龙化工公司1#空分装置是开封空分厂设计制造的KDON-3500/3200空分装置，1998年投产运行至今，设计氧气产量3 500 Nm3/h，氮气产量3 200 Nm3/h，在运行过程中通过技改将部分送至水冷塔的氮气抽出外送后，高纯氮气产量由原来的3 200 Nm3/h提高至了8 000 Nm3/h。自2012年我公司制氢装置停产后，导致氧气产品无用户，全部放空，能源浪费严重。

通过对氧气综合利用几种方案进行多方调研，我公司最终确定将将1#空分装置由常规双精馏双高空分工艺改造为超低压双级精馏单高制氮工艺，装置只产出一种高纯气体氮气产品，同时副产少量液氧，实现装置安全、经济运行。

2主要改造内容

本次改造在KDON-3500/3200原有设备的基础上进行，在保证高纯氮气产量的前提下，尽可能地减少进塔空气量，最大程度地降低空压机排气压力，以达到装置最经济运行的目的。改造前后流程如图1、图2所示。

2.1精馏系统

根据最终高纯氮气要达到8 000 Nm3/h以上的产品要求，我们最终确定了一种超低压双级精馏同时附带小氧塔的单高制氮工艺流程。①原精馏塔上、下塔均为筛板塔，塔板阻力大，进塔压力高，本次改造将上塔改为填料塔，下塔仍采用筛板塔。经过计算，在保证出塔氮气压力微正压的情况下，进塔空气压力可以由原来的0.55 MPa降至0.40 MPa。②将原有双高空分流程的污氮气与氧气出口管合二为一，除氮气产品以外的全部废气由上塔下部引出，作为分子筛再生气气源，加工空气量可减少到11 000 Nm3/h以下，氮气提取率达到97%以上。③由于不需要氧气产品，对氧纯度无要求，因此主冷中液氧纯度较低，不能直接取出作为副产品外售。通过增设氧精馏塔，以主冷中纯度较低的液氧作为回流液，将小部分进下塔前的空气引入氧塔冷凝蒸发器，将主冷中纯度较低的液氧进一步精馏提纯，在氧塔底部获得高纯液氧产品，引入液氧贮槽。通过小氧塔的精馏，实现了液氧自循环，防止液氧中碳氢化合物局部集聚，增加了主冷的安全性。

2.2纯化系统

原有分子筛吸附器及蒸汽加热器处理气量大，可继续使用；由于再生气中氧含量较高(70%左右)，出于安全考虑，不再使用电加热器，现场与系统隔离。同时在施工过程中对再生系统的所有管线、阀门等进行了脱脂处理。

2.3预冷系统

原空分装置预冷系统主要设备包括空冷塔、水冷塔、常温水泵、低温水泵、过滤器、冷水机组等，转动设备多，流程复杂，操作难度大，由于运行时间较长，设备故障率高，维修费用大。由于我公司生产用5 ℃冷冻水产品有富余，通过耗水、耗电等方面进行综合分析，最终选择用一台空气预冷换热器(换热面积为26 m2)及一台水气分离器(容积为2.1 m3)，替换原预冷系统所有设备，无任何用电消耗，5 ℃冷冻水消耗24 t/h，不仅降低了直接生产成本，而且减少了维修费用，简化了操作，降低了劳动强度。

AF.过滤器　AC.空压机　AT.空冷塔　WT.水冷塔　MS.吸附器　SH.蒸汽回热器

AF.过滤器　AC.空压机　AL.空气预冷器　BD.水分离器　MS.吸附器　SH.蒸汽回热器

2.4压缩系统

原有空压机为四级压缩三级冷却离心式空压机，排气压力0.58 MPa，加工气量为410 m3/min，配套电机功率2 500 kW，与改造后的空分装置不匹配。根据进塔空气压力、流量要求，新增一台两级压缩两级冷却的离心式空气压缩机，排气压力0.42 MPa，加工气量200 Nm3/min，配套电机1 120 kW，单台设备耗电量减少50%以上。原有ZKL800自洁式过滤器处理气量大，可以继续使用，改造前后能源消耗对比见表1。

表1　改造前后能源消耗对比

3改造效果

单高制氮节能新工艺技术改造由开封黄河空分集团公司总承包设计、制造和施工，2014年8月7日一次试车成功，装置运行至今，各项主要指标均达到或好于设计值：压缩空气进分子筛温度7～8 ℃，进塔气量10 800～11 200 Nm3/h，氮气产量稳定在8 150～8 500 Nm3/h之间，氮气在O2在8.0×10-6以下，最低可达到0.5 ×10-6，每天能够提取液氧约2 t。

按电价0.6元/(kW·h)，循环水0.2元/t，冷冻水2.0元/t，蒸汽130元/t计算，每小时可节约运行费用873.6元。按照年运行8 600 h计算，每年可节约直接运行费用751.3万元。

4结论和建议

项目实施后，空分装置能耗降低超过50%，不仅降低了直接生产成本，而且更新了设备，有利于生产的安全、稳定及长周期运行，为企业的发展壮大提供了坚实的保障。使用除氮气之外的其它全部废气作为分子筛再生气的气源，并提高其富氧含量，可以大大减少空分装置进塔空气量，无疑是目前最节能的单高制氮工艺之一，只要在设计、施工和生产环节均加以严格控制，富氧空气作为再生气对装置的安全影响是完全可以避免的。