合成氨油改气低温甲醇洗单元低温平衡技术方案的选择

第36卷第3期化肥工业2009年6月合成氨油改气低温甲醇洗单元低温平衡技术方案的选择章展晖(中国石化集团宁波技术研究院315103)擴要根据合成氨装置的特点,针对油改气后原料变化对低温甲醇洗单元的影响,提出相应的技术方案经过分析比较,最终选择减少溶液循环量、向系統补冷与CO2循环相结合的技术方案,以保证低温甲醇洗单元维持低温平衡搡作,消除由于原料气中CO2含量降低对低温甲醇洗及下游笮置造咸的彩响。改造后,整个装置运行穗定,低温甲醇洗草元的各项性能指标均达到了设计要求,半贫甲醇操作温度-77℃,较改造前降低6℃;净化气中CO2体积分数≤20×10°;产品气中CO2体积分数≥975%。关键词合成氨油改气低温甲醇洗低温平衡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 CO,, so as toensure that the low-temperature methanol wash unit maintains its operation at low-temperature equilibrium, 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 re-quirements, 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-tempera兰州石化公司化肥厂(以下简称兰化)大化效益下滑的局面,对大化肥装置实施了油改气工肥合成氨装置原以渣油为原料,采用She气化工程,以天然气替代渣油作为生产合成氨的原料。艺、非耐硫一氧化碳变换、低温甲醇洗脱硫脱碳、油改气工程实施后,由于原料路线的改变引起了液氮洗精制合成气、Klog氨合成回路生产合成变换气成分的很大变化,原有的低温甲醇洗单元氨。2001年,为了应对渣油供应紧张、整体经济必须进行相应的改造方可适应新的生产操作工本文作者联系电话:057487974528第36卷第3期化肥工业2009年6月况,如何维持低温甲醇洗单元脱碳系统的低温平表1改造前后进入低温甲醇洗单元脱碳的衡就是其中的关键环节之变换气气量及成分对比改造前改造后1低温甲醇洗工艺的主要特点项目气量低温甲醇洗工艺属于物理吸收过程。甲醇是(m3h-1,分数/(m3h-1,分数良好的物理溶剂,在高CO2分压下,吸收能力强标态)标态)H28483361.688524968.50动力消耗低,气体净化度高。低温有利于吸收平N26273397衡,故CO2吸收均采用低温操作。甲醇是极性有0.831041机溶剂,不与气体组分起化学反应因此可通过减44093.2040343.24压闪蒸气提和热再沸得以再生而循环使用。32.233019024在系统操作压力一定的条件下,CO2含量越高(分压越高)越有利于CO2的吸收;吸收的CO2干基总量137743100.00124450量越多,再生时甲醇减压闪蒸解吸出的CO2量就(1)变换气的体积流量减少9%。越多再生后的甲醇温度就越低;而甲醇温度低又有利于CO2的吸收这样就形成一个良性循环的(2)变换气中的H2量基本没有变化,而CO2过程维持系统的低温平衡。因此低温甲醇洗多量减少了14208m3/h(标态),使CO2的分压由用于重质原料制备合成气(如渣油、煤等气化制1.59MPa(表压)下降至1.20MPa(表压)。备合成气)的气体净化工艺。(3)变换气中的H/C摩尔比由1914上升至2.8242兰化合成氨装置低温甲醇洗脱碳的主变换气发生上述变化后,如果低温甲醇洗单要特点元仍维持原有的操作模式和甲醇循环量,则富液(1)脱碳采用半贫液及贫液两种溶液温度中的CO2含量将比原设计值大幅下降完全破坏较低,循环量较大。了原有装置CO2的平衡,导致甲醇洗单元溶液温(2)甲醇富液进入CO2解吸塔分段解吸,首度升高,破坏了原有的低温平衡,进而造成送往下先解吸回收H2,然后闪蒸解吸所需的CO2产品游装置的CO2产品气不合格。因此,必须采取相气,半贫液用于CO2吸收塔的主洗段应的措施,使低温甲醇洗单元在合理的温度下操(3)气提N2预冷至-43℃,保证气提后甲醇作,消除由于原料气中CO2含量降低对低温甲醇温度满足系统内部冷源温位的要求(-71℃),并洗及下游装置造成的影响。降低排放气中的甲醇含量。4维持低温甲醇洗单元低温平衡的措施(4)CO2解吸塔I段H2回收时,甲醇液不预冷,闪蒸气中的CO2设置再吸收闪蒸回收气中维持低温甲醇洗系统低温平衡的措施主要有的CO2含量较低(体积分数约20%)。减少甲醇循环量、向系统补入更多冷量、部分CO2(5)原料气进入甲醇洗单元洗涤塔前经过两返回至甲醇洗单元入口。次冷却,氨冷负荷较大;CO2解吸压力和CO2产4.1减少甲醇循环量品气压力都较低,当CO2产品气不足时,调节裕油改气以后,进入低温甲醇洗单元脱碳系统度不大。的变换气中CO2的摩尔分数由32.23%下降至24.26%,如果仍维持原有的甲醇循环量(贫甲醇3原料改变后对低温甲醇洗的影响81m3/h,半贫甲醇250m3/h),则富液之中1m3油改气实施前、后进入低温甲醇洗单元脱碳CH2OH中的CO2含量降至108m3(标态),比原系统的变换气气量及成分对比见表1设计值降低了50m(标态),1m3CH2OH在CO2由表1可看出:油改气后,进入低温甲醇洗单解吸塔I段和Ⅱ段仅闪蒸出约849m(标态元的变换气有如下主要变化。CO2,完全破坏了装置原有CO2的平衡,其导致的第36卷第3期化肥工业00年6月主要后果有:换气中。根据变换气中CO2的不同含量需要返(1)由于溶液循环量偏大,H2和CO等在甲回的CO2量见表2。醇中的溶解量较大,甲醇溶液再生解吸时,CO2产表2CO2返回量与变换气中CO2含量变化对比品气中的H2和CO含量随之升高,导致CO2产品变换气中的CO2量/变换气量/变换气量气不合格。CO2体积(m3h-1,(m3h-1,与原设计(2)富液中CO2吸收未达到饱和解吸中无分数/%相比/%法达到设计的低温,使溶液温度升高,恶性循环,32.2314638139088导致系统低温平衡紊乱。31,001215913660999.18减少溶液循环量可使CO2在相应的溶液中1020713465797.768310充分吸收达到要求的设计温度。对于吸收塔来646713091795.04说精洗段仅吸收CO2总量的2.0%(体积分数)以下,其吸收推动力很小,而洗涤塔板多达50块为降低能耗保证CO2产品纯度循环的CO2以确保净化气中CO2体积分数<20×103,确保可采用CO2解吸塔I段和Ⅱ段的部分闪蒸气。下游液氮洗的正常操作。而改造后,无论是精洗此时,Ⅲ段和Ⅳ段解吸的CO2作为CO2产品气,段的气量还是精洗段CO2的吸收量都与原装置纯度更高。CO2气循环返回变换气中,可解决低差别不大,因此精洗段甲醇的循环量不宜减少。温甲醇洗单元溶液温度升高的问题避免低温甲主洗段吸收的CO2量约占CO2总量的62%(体积醇洗单元内部的操作工况发生大的偏离分数),在其它条件不变时根据甲醇对CO2的吸43向单元补入低温冷量收能力可考虑适当减少半贫甲醇的循环量,但不向单元补入低温冷量可以从两个方面考虑宜过低。向单元补入更低温度的冷量;加大现有氨制冷的此外,不推荐单纯降少溶液循环量的方案,其蒸发量,向单元补入更多的温度为-33℃的冷原因:量(1)吸收塔主洗段的21块塔板为双流道浮原设计氨冷器的最低蒸发温度为-33℃,若阀塔板,下塔的9块循环洗涤段塔板为Kile专补人更低温度的冷量,有两种技术方案:①设置利塔板。油改气后,该段塔板的气相负荷下降约真空等级的氨制冷,但该方案与已有的冰机系统9%,若液相负荷降低较多,塔板的操作会严重偏难以匹配技术上不可行;②采用丙烯等其它制离原设计工况,影响洗涤效果和塔板效率有较大冷介质进行制冷,采用该方案需增加一个独立的的技术风险。系统,投资较高,而且会延长装置的改造周期。而(2)溶液循环量降低后,虽能基本维持系统加大现有氨制冷的蒸发量,向单元补入更多的温的操作温度,但CO2解吸塔各段解吸时闪蒸出的度为-33℃的冷量,可通过在单元的适当位置增气量均相应减少,与之相关的所有设备(包括塔、加氨冷器来实现,是切实可行的补冷方案。换热器、泵压缩机)的操作状态均会发生变化,4.4减少溶液循环量向单元补冷与CO2循环需要对有关设备进行详细的核算和分析。如:绕相结合管式换热器-变换气冷却器(A-EA40)的能量产本方案在适当减少溶液循环量的同时,循环生不平衡,需进行改造,有技术风险和难度部分CO2气体,通过增设氨冷器,使装置总的操(3)减少溶液循环量后,引起的变化均在低作性能不发生大的变动,原有的各主要设备无需温甲醇洗单元内部涉及设备内件改造,对主装置进行改造。作为推荐方案,具体实施时应遵循如生产的影响较大改造周期较长。下主要原则4.2部分CO2返回至低温甲醇洗单元入口(1)精洗段贫甲醇溶液循环量不宜减少。为强化CO2解吸的制冷效果、提高变换气中(2)主洗段半贫甲醇的量可相应减少,但不的CO2浓度,可将低温甲醇洗单元再生系统回收宜低于原设计值的90%。的部分CO2返回至甲醇洗单元脱碳系统前的变(3)变换气中的CO2体积分数宜维持在28%第36卷第3期化肥工业009年6月以上。(4)方案四结合了上述方案的优点,虽然技4)CO2循环量与甲醇循环量的设计,应力术上相对保守,但相较于方案一,可以保证改造后求做到系统在设备投资和操作费用之间达到最佳装置的运行与原有工况不会发生大的偏离;相较平衡。于方案二,能耗相对较低。因此采用该方案在技5技术方案的选择术上比较稳妥可靠有利于规避技术风险,同时改造的周期也相对较短。(1)方案一:单纯减少甲醇循环量,该技术所引起的变化均在低温甲醇洗单元内部,不但涉及6具体技术方案到CO2吸收塔的内件改造还涉及到换热器泵、根据方案四的设置原则,具体技术方案如下压缩机等相关设备的核算和改造,技术风险和难(1)增设CO2循环压缩机,将CO2解吸塔I度都较高,且对主装置生产的影响较大;另外,在段和Ⅱ段的部分含氢闪蒸气循环至低温甲醇洗单不新增补冷的情况下,维持甲醇溶液的低温平衡元的入口,使原料气中的CO2体积分数提高至也有一定的困难;此外,该方案的改造周期也较28%,以有效降低循环溶液的温度,并提高CO2长,无法满足项目建设周期的要求。因此,该方案的产品质量。不可行。(2)原料气进入甲醇洗洗涤塔前,在原有氨(2)方案二:将低温甲醇洗单元再生系统回冷器后新增1台氨冷器向系统补充冷量,以降低收的部分CO2返回至甲醇单元洗脱碳系统前的系统的温度变换气中,提高变换气中的CO2浓度,以强化CO2(3)将CO2解吸塔原I段节流闪蒸后冷却改解吸的制冷效果维持单元的低温平衡。从技术为I段节流闪蒸前冷却,以此来获得更低的甲醇角度看,该方案最为简单也最为稳妥,完全可以实温度。现进入CO2吸收塔的总气量和CO2浓度与改造(4)CO2吸收塔主洗段半贫甲醇的循环量调前基本一致保证低温甲醇洗单元的操作与改造整至原设计值的90%。前的工况完全一致。但是,该方案在技术上过于保守,且能耗较高,仅CO2循环压缩机将增加电7改造后的生产运行情况耗2100kW,增加循环水耗320th。兰化合成氨装置油改气工程建成投产后,到(3)方案三:向单元补入更低温度的冷量不目前为止整套装置运行稳定,低温甲醇洗单元的是一个切实可行的方案,比较可行的方案是加大各项性能指标均达到了设计要求,其中半贫甲醇现有氨制冷的蒸发量,向单元补入更多的温度为的操作温度达到了-7℃(改造前为-71℃),33℃的冷量。但受到装置已有氨制冷温度下净化气中CO2体积分数≤20×106,产品气中的限的限制,单纯釆用增大氨制冷量也难以保证单CO2体积分数达到975%以上,均满足了下游工元的低温平衡。因此,该方案并不能保证改造取段的生产要求。得成功。(收稿日期20090307)(上接第59页)并利用控制系统实现关键参数的自动跟踪调节、煤气中水含量低的特点,通过控制变换反应深度自动调优工况,有效降低合成氨装置的能耗。和床层热点温度实现在不发生甲烷化副反应的44不断完善能耗统计分析前提下,将高浓度CO原料气在低水气比的工艺加强能源计量管理完善相关计量器具,确保条件下实施变换,大幅度降低蒸汽用量原料煤、水、电、蒸汽等计量准确减少摊派现象(4)淘汰高耗、低效的电机产品积极开展对用先进方法,积极做好原、燃料等能源介质关键液氨泵、风机高压水泵等机泵的节能变频改造。指标的分析比对;进一步探索在供氢情况下合成(5)做好合成氨生产的低位热能综合利用,氨综合能耗统计的新方法。采用节能新技术对凝结水及乏汽回收进行改造,(收稿日期200903-26)63