酸性气体脱除系统冷量回收的技术改造_季旭华.pdf

概述净化装置酸性气体脱除单元主要用于脱除来自变换单元变换气中的酸性气体，调整氢碳比，为下游装置提供满足合成甲醇需求的净化气。某厂自 2016年 6 月 17 日装置投料试车成功以来，酸性气体脱除系统在高负荷运行过程中由于系统冷量不平衡，回收利用不充分，导致系统冷量损失严重，使贫甲醇的温度经常高于设计指标（-54.9），尤其在夏季生产过程中，贫甲醇的温度最高升至-49，同时由于冷量不平衡，进入吸收塔的变换气不能被二氧化碳尾气充分降温，导致在吸收过程中贫甲醇的吸收效率降低，冷量消耗增大，净化气总硫出现超标。为保证出吸收塔净化气的指标合格，满足合成装置氢碳比的需求，对系统进行优化调整，贫甲醇温度降低至-51-50，但仍高于设计指标，在夏季运行过程中，高负荷生产依旧存在较大困难，有时甚至出现减负荷运行的情况，严重影响甲醇产量。此外，酸性气体脱除系统在运行过程中，贫富液换热器经常出现管束泄漏，导致其换热效率下降，不能充分利用冷区甲醇的冷量，逐渐形成了夏季净化装置维持高负荷生产的瓶颈。为解决酸性气体脱除系统夏季高负荷生产瓶颈，对系统冷量利用情况进行了分析讨论和精密计算，决定在贫富液换热器的冷区增加绕管式换热器。经过不懈努力，酸性气体脱除系统双系列绕管式换热器成功并入系统，投用正常。绕管式换热器投用后，酸性气体脱除系统在运行过程中的冷量得到充酸性气体脱除系统冷量回收的技术改造季旭华，王晓旭（国能新疆化工有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）摘要：为解决酸性气体脱除系统冷量在运行过程中回收利用不平衡不充分的问题，对酸性气体脱除系统进行技术改造，在贫富液换热器的冷区增加绕管式换热器。改造后，充分回收了酸性气体脱除系统的冷量，提高了装置的生产负荷，增加了生产效益，实现了多方面的节能降耗。关键词：酸性气体脱除冷量回收绕管式换热器收稿日期：2022-06-14；收到修改稿日期：2023-01-16。作者简介：季旭华，男，1972 年 1 月出生，本科学历，工程师，高级技师，2022 年毕业于中国石油大学（北京）化学工程与工艺专业，现任国能新疆化工有限公司甲醇中心净化装置主任。联系电话：[phone]；E-mail：。分利用，贫甲醇温度降低至-54.9 以下，满足了生产需求，系统参数得到进一步优化调整，提高了装置生产负荷，带来了巨大的生产效益，取得了多方面的节能降耗。2冷量来源及冷量调整2.1冷量来源酸性气体脱除系统冷量主要来源于循环水冷却、丙烯压缩机制冷及富二氧化碳甲醇的四级闪蒸和气提，其中富二氧化碳的闪蒸和气提产生的冷量是系统冷量的主要来源，其次为液丙烯的闪蒸制冷。循环水的冷却主要针对变换气进入酸性气体脱除单元前的降温，相对于前两方面提供的冷量，循环水提供的冷量较少。富二氧化碳甲醇的闪蒸和气提产生的冷量随着低温甲醇和尾气的流程进行回收利用，主要为循环甲醇、变换气及气提氮气降温。2.2冷量调整及现存问题为了对系统冷量进行充分回收利用，使贫甲醇温度降低，提高酸性气体脱除系统夏季的运行负荷，对系统进行了优化调整。气提氢气量由设计值 1 500 m3 h 降低至 750 m3 h；丙烯压缩机转速由额定转速 8 335 r min 提高至最大连续135第 2 期季旭华等.酸性气体脱除系统冷量回收的技术改造转速 8 752 r min；二氧化碳产品气闪蒸压力由0.25 MPa 降低至 0.235 MPa；尾气放空筒压力控制在 13 kPa；系统压力由设计值（指标 5.27 MPa）提高至 5.5 MPa；提高主洗甲醇循环量，降低贫甲醇循环量1；气提氮气量根据环境温度及酸性气量进行优化调整；保证风机全开情况下增加新鲜水用量，减少优一水用量，以降低循环水温度；优化调整深冷器液位；调整热再生系统运行工况，提高贫甲醇品质。通过优化调整，在夏季运行过程中，贫甲醇温度降低了 2 左右，冷量利用率得到提高。但由于冷量不能充分平衡回收利用，导致夏季高温时加负荷困难，限制了甲醇产量的提高。同时由于冷量不充足，导致丙烯压缩机调速阀全开，机组负荷达 125%，长期处于超负荷运行状态，给机组安全平稳运行带来危害。另外气丙烯（丙烯在丙烯深冷器气化后的气相丙烯）带液严重，丙烯压缩机一段分液罐增加丙烯泵后，每天需要运行 12 h 左右，当新增液丙烯（液态丙烯经过深冷器闪蒸后，分离出的气丙烯中夹带的液相丙烯）泵故障时，容易发生丙烯压缩机一段分液罐高液位联锁，影响系统安稳运行。此外，由于酸性气体脱除系统冷量回收利用不充分，尾气环保指标易超标，从而引起环保事件。3冷量回收利用技术改造针对酸性气体脱除系统冷量不能充分平衡利用的问题，进行了技术改造，在贫富液换热器冷区增加绕管式换热器，改造后流程如图 1 所示。图 1酸性气体脱除系统贫富液换热器技术改造后流程3.1冷量回收利用情况酸性气体脱除系统绕管式换热器投用前、后系统关键参数变化如表 1 所示。从表 1 可以看出，酸性气体脱除单元增加绕管式换热器后，贫甲醇温度、变换气进入吸收塔温度、再吸收塔塔底温度都有不同程度降低。在贫甲醇温度降低的同时，进入吸收塔的变换气温度也随之降低，系统冷量得到平衡充分利用，提高了贫甲醇吸收效率，使吸收塔脱硫段总硫含量降低。另外系统压力降低至 5.27 MPa 左右，系统负荷相应提高了 3%左右，甲醇产量增加了约 4 t h。绕管式换热器的投用解决了制约净化装置夏季高负荷运行的瓶颈，增加了甲醇产量，降低了系统压力，确保了上下游装置安全平稳运行。表 1酸性气体脱除系统绕管式换热器投用前、后系统关键参数项目投用前投用后贫甲醇温度（）（-51-49.5）（-50.5-49）（-56-54）（-56-54）吸收塔脱硫段总硫含量（），10-6（0.91.2）（0.81.1）（0.50.7）（0.50.75）变换气进吸收塔温度（）（-15-12）（-15-13）（-17.8-14.3）（-17.5-14）再 吸 收 塔 塔 底 温 度（）（-39.7-35）（-36-32）（-46-40）（-43-39）富硫甲醇进热再生塔温度（）（8688）（8688）（9498）（9497）热 再 生 塔 塔 顶 温 度（）（8890）（8890）（8993）（8990）有效气回收量（）（m3h-1）13 100 12 80015 000 14 900尾气中总硫含量，10-6182158尾气中一氧化碳摩尔含量，%0.350.480.210.23尾气中甲醇含量，10-625321215尾气提标塔脱盐水用量 （th-1）3028系统压力 MPa5.455.555.265.31系统负荷 （m3h-1）（5254）104（53.556）104甲醇产量 （th-1）2512522552560.46 MPa 饱和蒸汽用量 （th-1）9.8118.510.5丙烯压缩机转速（rmin-1）8 7007 9908 100动力蒸汽用量 （th-1）35.524.526.5汽轮机负压 kPa211216风机频率 Hz422328新增丙烯泵每日运行时间 h1015不启泵液丙烯用量 （th-1）88985972冷冻循环水用量 （m3h-1）1 6601 380注：（）表示（酸性气体脱除系统系列 酸性气体脱除系统系列）。3.2环保效益酸性气体脱除系统绕管式换热器投用前，为了1362023 年第 46 卷保证出吸收塔的净化气指标合格，氢碳比满足甲醇合成装置需求，主洗甲醇调整非常频繁，导致再吸收塔二氧化碳闪蒸段的液位波动较大，经常出现低液位现象。为维持液位频繁调整该段液控阀，导致二氧化碳尾气洗涤甲醇量波动较大，总硫含量经常在 1910-6左右，有时出现超指标（2010-6）现象。另外，频繁调整该阀，使尾气中甲醇含量经常在3010-6左右。绕管式换热器投用后，系统冷量充分利用，主洗甲醇量由 340 t h 左右降低至 310 t h左右，有充足的甲醇进入二氧化碳闪蒸段，在有效维持该段液位的同时，保证了二氧化碳尾气的洗涤甲醇量，使尾气中总硫含量由 1910-6左右降低至 610-6左右，甲醇含量由 3010-6左右降低至13.510-6左右，有效回收了尾气中硫和甲醇，进一步降低了环保指标。此外，在绕管式换热器投用后，酸性气体脱除系统双系列有效气的平均回收量由 12 800 m3 h 左右提高至 15 000 m3 h 左右，每个系列有效气量约增加了 1 200 m3 h，尾气中一氧化碳摩尔含量由 0.42%左右降低至 0.22%左右。随着系统进一步优化，该值将会降低至 0.2%以下，达到设计指标。3.3节能降耗绕管式换热器的投用，使酸性气体脱除单元冷量得到充分利用，丙烯压缩机转速维持在8 700 r min，贫甲醇温度降至-57 以下，系统出现过冷现象。为此对冷冻单元进行优化调整，降低丙烯压缩机转速至 7 9908 100 r min，使贫甲醇温度维持在-55 左右。经过调整冷冻单元和酸性气体脱除单元进一步降低了能耗。1）动力蒸汽用量由 35 t h 降低至 25.5 t h 左右，降低了 9.5 t h。2）随着动力蒸汽用量的减少，汽轮机负压由21 kPa 降低至 15 kPa 左右，风机频率由 42 Hz 降低至26 Hz 左右，节省了电耗。3）随着丙烯压缩机转速的降低，液丙烯用量由 93 t h 左右降低至 66 t h 左右，液丙烯温度由-21.2 降至-25.6，深冷器中的液丙烯闪蒸量减少，气液夹带量进而减少。原液丙烯泵每天运行12 h 左右，优化调整后丙烯压缩机一段分液罐的液位基本为 0，不用启泵，节省了由于液丙烯泵运行而产生的丙烯消耗和电耗，同时减少了系统排惰的损耗。4）由于丙烯压缩机转速的降低，丙烯压缩机出口气丙烯温度降低，所需的循环水用量由1 660 m3 h 降低至 1 380 m3 h。另外，由于冷量得到充分利用，循环水温度可调节裕度增加，减少了新鲜水用量，增加回收水量，降低了公用工程的水消耗。5）酸性气体脱除系统双系列富硫甲醇进入热再生塔的温度由 87 左右提高至 95 左右，塔底再沸器所需蒸汽由 10 t h 左右降低至 9 t h 左右，双系列可节省 0.46 MPa 饱和蒸汽 2 t h。6）随着尾气中甲醇含量降低，尾气提标塔所用脱盐水也进行了优化调整，由 30 t h 降低至28 t h，减少了脱盐水消耗。7）随着系统冷量的充分利用，净化气、酸性气及尾气中携带的甲醇量将会进一步减少；随着系统不断优化调整，净化气中硫含量降低后，系统排氨量将会减少，从而会进一步降低系统甲醇损耗。3.4经济效益酸性气体脱除系统绕管式换热器投用后，实现净化装置在夏季长期高负荷生产要求，达到了节能降耗和增产甲醇目的，创造了较好的经济效益。甲醇制烯烃（MTO）级甲醇按增产 4 t h，甲醇价格 2 000 元 t，每年运行 8 000 h 计，年效益 6 400 万元；4.1 MPa 动力蒸汽按节约 9.5 t h，4.1 MPa 蒸汽 82.59 元 t，每 年 运 行 8 000 h 计，年 节 省 费 用627.684 万元；0.46 MPa 饱和蒸汽按节约 2 t h，0.46 MPa 饱和蒸汽 32.12 元 t，每年运行 8 000 h 计，年节省费用 51.392 万元；脱盐水按节约 2 t h，脱盐水 13.12 元 t，每年运行 8 000 h 计，年节省费用20.992 万元；精甲醇按节约 0.006 5 t h，精甲醇2 600 元 t，每年运行 8 000 h 计，年节省费用 13.52万元（不含排氨甲醇）。总计每年产生的经济效益为713.588 万元（不含电耗、循环水降耗，以及排氨甲醇、净化气、酸性气中减少的甲醇）。3.5不足之处酸性气体脱除系统绕管式换热器设计安装在富硫甲醇泵的出口，在贫富液换热器的冷区，虽然工艺流程较为简单，但在投用过程中仍然存在不足之处。由于该换热器管程和壳程的旁路管线没有设计变径，对管程和壳程产生的阻力没有进行充分考虑，同时缺乏该方面的投用经验，在投用酸性气体脱除系统一系列绕管式换热器时，对冷区温升没有得到良好控制，经过借鉴一系列的投用经验，在二系列绕管式换热器投用过程中将冷区温升严格控制在方案要求的范围之内，实现了平稳操作。137第 2 期季旭华等.酸性气体脱除系统冷量回收的技术改造虽然在投用过程中对冷区的温升进行了控制，但在绕管式换热器投用完成后，贫富液换热器冷区的温度由-18 左右升高至 62 左右，导致该换热器冷区附着的杂质剥离，进入了富硫甲醇中，随着富硫甲醇进入热再生塔，贫甲醇品质降低，循环甲醇液体变黑，甲醇吸收效率下降，净化气中的总硫含量升高。另外，精密过滤器压差上涨较快，清洗频次增加。精馏塔回流泵及精馏塔给料泵的滤网堵塞严重，经过多次清洗后，精密过滤器及泵的滤网堵塞有所缓解，但净化气中的总硫含量下降较慢。经过不断清洗精密过滤器及泵的滤网，当来自贫富液换热器冷区的杂质过滤干净后，贫甲醇品质得到提高，净化气中总硫含量将会持续下降至 0.110-6以下。4结束语酸性气体脱除系统绕管式换热器投用后，不但使酸性气体脱除系统的冷量得到了平衡充分利用，使贫甲醇温度降低了 5 左右，而且提高了系统负荷，增加了甲醇产量，每年增加经济效益 6 400 万元，成功解决了净化装置夏季高负荷运行的瓶颈。同时该换热器的运行降低了装置甲醇、丙烯、水、汽、电等资源的消耗，累计每年节省 713.588 万元，充分实现了节能降耗。绕管式换热器的投用运行虽然可以创造长期高额的经济效益，增长了员工的操作经验，但在投用过程中由于贫富液换热器冷区温升较大，导致很多杂质剥离进入系统中，影响贫甲醇对净化气中总硫的吸收效率，目前需要加大对精密过滤器的清洗频次，尽快将带入系统的杂质清洗干净，提高贫甲醇对变换气总硫的吸收效率，使其达到净化气的指标要求。参考文献1季旭华，王晓旭.低温甲醇洗净化气硫含量超标原因分析及应对措施 J.大氮肥，2019，42（5）：298-302.TECHNICAL REFORMATION ON COLD ENERGY RECOVERYFROM RECTISOL UNITJi Xuhua，Wang Xiaoxu（CHN Energy Xinjiang Chemical Co.，Ltd.，Urumqi 830000）Abstract：In order to solve the problem of the unbalanced and insufficient recovery and utilization of cold energy in the rectisol unit，the technical reformation was carried out by adding a coil-wound heat exchanger in the cold area of the lean-rich liquid heat exchanger.After the reformation，the cold energy in the rectisol unit was fully recovered.The production load of the device and its benefit were increased，and the goal of energy saving and consumption reduction was achieved.Key words：rectisol；cold energy recovery；coil-wound heat exchanger参考文献1高海松.双软管高压煤浆泵软管破裂原因分析及对策 J.氮肥与合成气，2021，49（10）：50-54.FELUWA HIGH-PRESSURE COAL SLURRY PUMP FLOW DEVIATION AND DIAPHRAGM FAULT DISCUSSION AND TREATMENTXie Hongyun（SINOPEC Jinling Branch，NanJing 210033）Abstract：This paper introduced the deviation of velocity flow and measured flow in a feluwa high pressure coal slurry pump in a coal slurry gasification plant for hydrogen production，and analyzed the causes of diaphragm damage.The policy and the practical approach for pump maintenance were briefly described combined with historical data，which will provide a reference for reducing the failure rate of high-pressure coal slurry pumps.Key words：high pressure coal slurry pump；flow rate；diaphragm；maintenance policies（上接第 116 页）