甲醇合成馳放氣的回收利用

1、石油和化工節(jié)能 2010年第2期 ·27·甲醇合成馳放氣的回收利用孟路（河南煤化集團中原大化集團公司 河南濮陽457004）摘要 總結(jié)回收甲醇弛放氣生產(chǎn)合成氨的工藝改造，分析有關(guān)自動控制和聯(lián)鎖裝置的改造情況。改造后，取得了節(jié)能、環(huán)保雙重效益。關(guān)鍵詞 甲醇 弛放氣 節(jié)能改造 增產(chǎn)2008年，中原大化集團采用荷蘭殼牌公司煤粉加壓氣化技術(shù)、德國魯奇公司低溫甲醇洗技術(shù)建成了年產(chǎn)500kt 甲醇裝置。原合成氨生產(chǎn)裝置為20世紀(jì)80年代引進，以天然氣為原料，并且采用UHDE-AMV 低能耗工藝流程，年產(chǎn)合成氨300kt。合成氨裝置利用甲醇弛放氣改造項目是國內(nèi)第1家實現(xiàn)甲醇合成弛放氣回收

2、利用的大型煤化工項目，既可減少廢氣排放，又可使企業(yè)年增產(chǎn)合成氨50kt、尿素85kt。 1 改造方案新建成的甲醇裝置所產(chǎn)生的弛放氣壓力為 為科學(xué)合理，保證了蒸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定過料。4 蒸發(fā)系統(tǒng)原來蒸發(fā)抽真空系統(tǒng)是由三級蒸汽噴射器組成，二段蒸發(fā)抽至一段，從一段進入大氣。在這種流程中，二段蒸發(fā)抽至一段，增加了一段表冷器的負(fù)荷，一段噴射直接排入大氣，既浪費了原料又污染了環(huán)境。本次改造選用節(jié)能環(huán)保型水力噴射系統(tǒng)，用水代替蒸汽作為噴射動力，二級噴射單獨工作，水循環(huán)使用，既減輕了一段表冷器的負(fù)荷，穩(wěn)定了真空度，又消除了排放，減少了污染。為實現(xiàn)技改增產(chǎn)時不增加一蒸系統(tǒng)的負(fù)荷，采用了降膜式閃蒸器。由于降膜式閃蒸器可

3、將一蒸負(fù)荷前移50%以上，故在由改造前450t/d增產(chǎn)到800t/d時，可以利用原一蒸系統(tǒng)設(shè)備，既充分利用了現(xiàn)有設(shè)備，又發(fā)揮了降膜式閃蒸器的節(jié)能作用。降膜式閃蒸器在閃蒸低真空情況下其利用甲銨熱加熱尿液比升膜式換熱設(shè)備噸尿素節(jié)省蒸汽50kg以上。閃蒸下液進入小尿液槽，用泵通過調(diào)節(jié)閥進入一段蒸發(fā)加熱器，蒸發(fā)系統(tǒng)過料穩(wěn)定，受低壓系統(tǒng)影響較小。蒸發(fā)系統(tǒng)故障停車時，尿液可由小尿液槽溢流到大尿液槽，從而避免了全系統(tǒng)停車。5 尾氣吸收在傳統(tǒng)的工藝中，中壓系統(tǒng)的放空氣和低壓系統(tǒng)的放空氣都在尾氣吸收塔設(shè)備內(nèi)吸收。中壓系統(tǒng)放空氣中空氣、甲烷等體積分?jǐn)?shù)約占75%，氨氣體積分?jǐn)?shù)約占25%，低壓系統(tǒng)的放空氣中氨含量高達

4、95%。2種不同組分的氣體在同一設(shè)備內(nèi)用同一種物質(zhì)吸收，不僅吸收率低，尾氣中含氨量高，而且浪費原料，污染環(huán)境。改造時新增1臺操作壓力為0.4MPa 的惰氣精洗器，用以單獨吸收中壓放空氣；把原來的二循二冷改造為尾氣吸收塔，單獨吸收低壓放空氣。改造后放空氣中的氨含量可由原來的8%降低到2%以下。 6 氨冷凝系統(tǒng)增加F670m2氨冷凝器1臺，在主廠房4樓增加1000m 3/h涼水塔1臺，專供氨冷凝器使用。 7 設(shè)備布置由于此次改造作業(yè)面大，新增設(shè)備較多，會導(dǎo)致原有框架布局擁擠，難以保證很好的檢修和巡檢通道，現(xiàn)場較亂。改進的辦法是在原有框架外新增鋼框架6m，設(shè)備外移，使現(xiàn)場布局合理，流程順暢。 裝置經(jīng)

5、過改造后，于2006年12月一次開車成功，合成塔投料2h 后各系統(tǒng)基本穩(wěn)定，裝置達到各項改造目的，節(jié)能效果明顯，工藝生產(chǎn)操作彈性在40%100%范圍內(nèi)都能保證產(chǎn)品質(zhì)量達到優(yōu)等品的標(biāo)準(zhǔn)。·28· 2010年第2期 石油和化工節(jié)能 7.49MPa、溫度55，主要組成（體積分?jǐn)?shù)）為H 2（30%40%），CO（10%左右）及CO 2，總流量約30080m 3/h（標(biāo)態(tài)）。合成氨裝置增加一弛放氣預(yù)熱器（04E004），將引入的弛放氣與高變出口氣體換熱，預(yù)熱至370與二段爐出口氣混合進入高變爐（04R001）；在高變爐內(nèi)，混合氣中的CO 和水蒸氣在變換催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，CO（體

6、積分?jǐn)?shù)）降至2.19%，再經(jīng)低變、脫碳、甲烷化、合成等單元，最后作為合成氨原料氣，達到合理利用資源、回收弛放氣的目的。同時弛放氣管線還用作從合成氨裝置引出合成氣送入甲醇裝置，解決甲醇裝置開車催化劑還原問題。為了解決新加入的弛放氣配氮問題，引入了6000m 3/h（標(biāo)態(tài)）N2，經(jīng)換熱器（06E001）預(yù)熱后補充進入甲烷化爐。為解決合成氨裝置N 2管網(wǎng)中N 2不足問題，將1000m 3/h（標(biāo)態(tài)）8.15MPa的高壓N 2減壓至0.70MPa 補入合成氨裝置N 2管網(wǎng)。為了解決尿素裝置CO 2量的不足，從甲醇裝置CO 2壓縮機組二段引出4000m 3/h（標(biāo)態(tài)）2.2MPa CO2補至尿素裝置壓縮

7、機組一段出口。整個改造方案包括：弛放氣及N 2和CO 2的流量、壓力、溫度等重要工藝參數(shù)的控制和檢測。流量控制回路包括弛放氣流量控制回路（FICA13001）、CO 2流量控制（FICA13002）以及N 2流量控制（FICA13003）；壓力控制檢測回路包括弛放氣壓力檢測（PI13001/PI13002）、CO 2壓力檢測（PI13003/PI13004）、N 2壓力檢測（PIA13005/13006）和N 2壓力控制（PICA13007）。溫度測量檢測控制回路包括弛放氣溫度測量（TI13001）、弛放氣溫度控制（TICA13002）、變換氣溫度檢測（TI13003）、CO2溫度測量（TI1

8、3004）和N 2溫度測量（TI13005）。 2 儀表回路和控制方案的實現(xiàn)2.1 儀表硬件流量測量均采用差壓法，其中一次測量元件采用孔板，經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號進入合成裝置的日本橫河CS3000系統(tǒng)。壓力測量采用日本橫河EJA 變送器。溫度測量采用K 型熱電偶，經(jīng)現(xiàn)場溫變轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號進入DCS。在現(xiàn)場儀表和DCS 之間增加安全柵隔離防爆，利用DCS 原有I/O卡件的備用通道，依據(jù)控制要求并結(jié)合對原有控制方案的影響，在DCS 內(nèi)部組態(tài)，實現(xiàn)檢測、控制和聯(lián)鎖，并在流程圖畫面上進行顯示，同時建立采樣和趨勢記錄，增加報警和操作提示等功能。共計增加了儀表模擬輸入15個點，模擬輸出5個點

9、。同時西門子PLC 增加輸出通道3個，通過現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥所帶的電磁閥實現(xiàn)聯(lián)鎖狀態(tài)下的安全切斷。 2.2 主要控制和聯(lián)鎖該項目為改造項目，必須全面分析相關(guān)工藝和控制聯(lián)鎖方案，結(jié)合工藝要求、控制要求和原有的控制聯(lián)鎖方案，對影響控制和聯(lián)鎖的各種因素綜合考慮，確保系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性和安全性。以弛放氣控制為例說明系統(tǒng)的組態(tài)。弛放氣主要對流量和溫度參數(shù)進行控制。弛放氣引入合成裝置后，合成氣成分和量的變化對合成系統(tǒng)的控制都將造成很大影響。弛放氣含有的CO 需要與一定比例的水蒸氣在催化劑的作用下，經(jīng)高變和低變2個單元轉(zhuǎn)化為H 2；同時弛放氣含有的H 2和由CO 轉(zhuǎn)化得來的H 2又會影響氫氮比，所以必須依據(jù)H 2含量

10、的多少，按一定比例調(diào)整整個系統(tǒng)的空氣或N 2量。甲醇裝置開車初期，氣化輸煤是N 2輸送，弛放氣中N 2的含量較高，需減空氣量；而正常運行后，改為CO 2輸送，N2含量較低，又需及時增加合成氣中的N 2含量，保證合理的氫氮比。因此，必須準(zhǔn)確測量并控制弛放氣的量，同時依據(jù)測量和控制的弛放氣的量，及時調(diào)整一段爐的蒸汽量（FIC03001），同時還要及時調(diào)整空氣量，保證合適的氫氮比。因此弛放氣流量的準(zhǔn)確測量和穩(wěn)定控制是改造的關(guān)鍵。弛放氣的流量測量采用了孔板取壓、結(jié)合差壓變送器的測量方法，其測量的不是質(zhì)量流量。氣體流量測量受溫度和壓力的變化影響較大，設(shè)計了溫度和壓力補償，引入弛放氣壓力（PI13002）

11、和弛放氣溫度測量（TI13001），在DCS 內(nèi)部組態(tài)，實現(xiàn)溫度和壓力修正。并對氣體流量通過閥門（FV13002）進行控制，確保弛放氣流量的相對穩(wěn)定。同時，還根據(jù)弛放氣的氣體組分，組態(tài)了對水碳比、氨氮比影響的儀表，提示工藝操作。因弛放氣溫度較低，而高變催化劑是以Fe 3O 4為活性成分，活性溫度一般350430，為了保證高變的效率，高變爐出口變換氣走04E004管程，弛放氣經(jīng)閥門（FV13001）減壓后走殼程。04E004設(shè)置1個旁路閥（FV13002），高變爐入口氣體溫度調(diào)節(jié)控制在370，加熱后的弛放氣和轉(zhuǎn)化氣匯合進入高變爐進行變換反應(yīng)。 2.3 DCS內(nèi)部組態(tài)控制功能的實現(xiàn)通過DCS 內(nèi)部

12、組態(tài)來完成。合石油和化工節(jié)能 2010年第2期 ·29·純堿生產(chǎn)中低溫?zé)崮艿幕厥绽迷ㄖ袊瘓F南化有限公司連云港堿廠 江蘇連云港222042）摘要 從實際經(jīng)驗出發(fā)，結(jié)合理論分析，系統(tǒng)地總結(jié)了淡液塔出氣冷卻器余熱回收在局部及全廠熱力系統(tǒng)中不同效果的情況，指出在節(jié)能改造中，應(yīng)該從全局考慮，比較在不同的工況下節(jié)能效果，做到最佳的投入與產(chǎn)出。關(guān)鍵詞 純堿 換熱器 余熱回收 節(jié)能減排1 簡介在純堿生產(chǎn)過程中，需要使用大量的冷卻水，一是為了控制工藝指標(biāo)，二是為了回收或帶走不利于過程控制或設(shè)備安全穩(wěn)定運行的熱量。 當(dāng)初，我廠淡液塔出氣無單獨的冷卻器，是借用蒸餾塔的氨冷器用循環(huán)水冷

13、卻，熱量被帶入大氣中，這些熱量不僅白白浪費掉了，而且增加給排水冷卻塔的熱負(fù)荷。另外，隨著我廠生產(chǎn)能力的提高，母液蒸餾系統(tǒng)的冷卻能力已不能滿足生產(chǎn)需要；另一方面，給排水車間送往熱電車間的脫鹽水在進入鍋爐前需要加熱到104。因此我廠于2000年6月為淡液蒸餾塔增設(shè)1臺波紋管換熱器，用脫鹽水作冷卻介質(zhì)，因其運行過程中泄漏頻繁，維修量大，在2006年又改用螺旋板式換熱器，冷卻介質(zhì)仍為脫鹽水。可以看出，用脫鹽水取代循環(huán)水冷卻淡液塔出氣，既減輕了給排水冷卻塔的熱負(fù)荷，又回收了淡液塔出氣中的余熱，是一個一舉兩得、有明顯節(jié)能效果的措施。脫鹽水經(jīng)過淡液塔冷卻換熱后，溫度升高約30，降低了除氧器的蒸汽消耗，具有可

14、觀的經(jīng)濟效益，對我廠節(jié)能減排有著十分重要的意義。2 螺旋板式換熱器基本參數(shù)在換熱器大修更新時，用螺旋板式換熱器取代了波紋管換熱器，仍然使用脫鹽水作冷卻介質(zhì)。脫鹽水來自給排水車間，吸收淡液塔出氣中的余熱后送往熱電車間除氧器。 螺旋板式換熱器主要設(shè)計參數(shù)見表1。 3 運行情況分析螺旋板式換熱器2006年7月14日投入生產(chǎn)運行，8月份進行了查定，查定時蒸量平均114m 3/h，稍小于原設(shè)計蒸量120m 3/h。查定結(jié)果見表2。 成裝置的DCS 系統(tǒng)采用的是日本橫河的CS3000系統(tǒng)。內(nèi)部儀表的組態(tài)主要通過功能塊互相連接，并對功能塊的參數(shù)進行設(shè)定來實現(xiàn)。以弛放氣為例，其控制主要用到了溫度壓力補償模塊TPCFL 和PID控制模塊。2.4 聯(lián)鎖系統(tǒng)的修改以上工藝回路在引入合成裝置、尿素裝置后，如果裝置出現(xiàn)異常情況時，必須執(zhí)行正確的聯(lián)鎖程序，以確保系統(tǒng)安全。根據(jù)實際工藝要求，主要增加3個聯(lián)鎖動作：合成裝置一段爐聯(lián)鎖系統(tǒng)TRIPB動作時，通過PLC 發(fā)出一動作信號給FV13001帶的電磁閥，使其失電，自動關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，防止造成高變催化劑被還原失效；甲烷化聯(lián)鎖TRIPF 動作時，關(guān)閉氮氣控制閥（FV