甲醇合成驰放气的回收利用

石油和化工节能 2010年第2期 ·27· 甲醇合成驰放气的回收利用

孟路 （河南煤化集团中原大化集团公司 河南濮阳457004）

摘要 总结回收甲醇弛放气生产合成氨的工艺改造，分析有关自动控制和联锁装置的改造情况。改造后，取得了节能、环保双重效益。 关键词 甲醇 弛放气 节能改造 增产

2008年，中原大化集团采用荷兰壳牌公司煤粉加压气化技术、德国鲁奇公司低温甲醇洗技术建成了年产500kt甲醇装置。原合成氨生产装置为20世纪80年代引进，以天然气为原料，并且采用UHDE-AMV低能耗工艺流程，年产合成氨300kt。合成氨装置利用甲醇弛放气改造项目是国内第1家实

现甲醇合成弛放气回收利用的大型煤化工项目，既可减少废气排放，又可使企业年增产合成氨50kt、尿素85kt。

1 改造方案 新建成的甲醇装置所产生的弛放气压力为 ﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 为科学合理，保证了蒸发系统稳定过料。 4 蒸发系统 原来蒸发抽真空系统是由三级蒸汽喷射器组成，二段蒸发抽至一段，从一段进入大气。在这种流程中，二段蒸发抽至一段，增加了一段表冷器的负荷，一段喷射直接排入大气，既浪费了原料又污染了环境。本次改造选用节能环保型水力喷射系统，用水代替蒸汽作为喷射动力，二级喷射单独工作，水循环使用，既减轻了一段表冷器的负荷，稳定了真空度，又消除了排放，减少了污染。 为实现技改增产时不增加一蒸系统的负荷，采用了降膜式闪蒸器。由于降膜式闪蒸器可将一蒸负荷前移50%以上，故在由改造前450t/d增产到800t/d时，可以利用原一蒸系统设备，既充分利用了现有设备，又发挥了降膜式闪蒸器的节能作用。降膜式闪蒸器在闪蒸低真空情况下其利用甲铵热加热尿液比升膜式换热设备吨尿素节省蒸汽50kg以上。闪蒸下液进入小尿液槽，用泵通过调节阀进入一段蒸发加热器，蒸发系统过料稳定，受低压系统影响较小。蒸发系统故障停车时，尿液可由小尿液槽溢流到大尿液槽，从而避免了全系统停车。 5 尾气吸收 在传统的工艺中，中压系统的放空气和低压系统的放空气都在尾气吸收塔设备内吸收。中压系统放空气中空气、甲烷等体积分数约占75%，氨气体积分数约占25%，低压系统的放空气中氨含量高达95%。2种不同组分的气体在同一设备内用同一种物质吸收，不仅吸收率低，尾气中含氨量高，而且浪费原料，污染环境。改造时新增1台操作压力为0.4MPa的惰气精洗器，用以单独吸收中压放空气；把原来的二循二冷改造为尾气吸收塔，单独吸收低压放空气。改造后放空气中的氨含量可由原来的8%降低到2%以下。

6 氨冷凝系统 增加F＝670m2氨冷凝器1台，在主厂房4楼增加1000m3/h凉水塔1台，专供氨冷凝器使用。

7 设备布置 由于此次改造作业面大，新增设备较多，会导致原有框架布局拥挤，难以保证很好的检修和巡检通道，现场较乱。改进的办法是在原有框架外新增钢框架6m，设备外移，使现场布局合理，流程顺畅。 装置经过改造后，于2006年12月一次开车成功，合成塔投料2h后各系统基本稳定，装置达到各项改造目的，节能效果明显，工艺生产操作弹性在40%～100%范围内都能保证产品质量达到优等品的标准。 ·28· 2010年第2期 石油和化工节能 7.49MPa、温度55℃，主要组成（体积分数）为H2

（30%～40%），CO（10%左右）及CO2，总流量约

30080m3/h（标态）。合成氨装置增加一弛放气预热器（04E004），将引入的弛放气与高变出口气体换热，预热至370℃与二段炉出口气混合进入高变炉（04R001）；在高变炉内，混合气中的CO和水蒸气在变换催化剂的作用下发生反应，CO（体积分数）降至2.19%，再经低变、脱碳、甲烷化、合成等单元，最后作为合成氨原料气，达到合理利用资源、回收弛放气的目的。同时弛放气管线还用作从合成氨装置引出合成气送入甲醇装置，解决甲醇装置开车催化剂还原问题。 为了解决新加入的弛放气配氮问题，引入了6000m3/h（标态）N2，经换热器（06E001）预热后

补充进入甲烷化炉。为解决合成氨装置N2管网中N2不足问题，将1000m3/h（标态）8.15MPa的高压N2减压至0.70MPa补入合成氨装置N2管网。为了解决尿素装置CO2量的不足，从甲醇装置CO2压缩机组二段引出4000m3/h（标态）2.2MPa CO2补至尿素装置压缩机组一段出口。 整个改造方案包括：弛放气及N2和CO2的流量、压力、温度等重要工艺参数的控制和检测。流量控制回路包括弛放气流量控制回路（FICA13001）、CO2流量控制（FICA13002）以及N2流量控制（FICA13003）；压力控制检测回路包括弛放气压力检测（PI13001/PI13002）、CO2压力检测（PI13003/PI13004）、N2压力检测（PIA13005/13006）和N2压力控制（PICA13007）。温度测量检测控制回路包括弛放气温度测量（TI13001）、弛放气温度控制（TICA13002）、变换气温度检测（TI13003）、CO2温度测量（TI13004）和N2温度测量（TI13005）。 2 仪表回路和控制方案的实现 2.1 仪表硬件 流量测量均采用差压法，其中一次测量元件采用孔板，经差压变送器转换成4～20mA标准信号进入合成装置的日本横河CS3000系统。压力测量采用日本横河EJA变送器。温度测量采用K型热电偶，经现场温变转换成标准信号进入DCS。在现场仪表和DCS之间增加安全栅隔离防爆，利用DCS原有I/O卡件的备用通道，依据控制要求并结合对原有控制方案的影响，在DCS内部组态，实现检测、控制和联锁，并在流程图画面上进行显示，同时建立采样和趋势记录，增加报警和操作提示等功能。共计增加了仪表模拟输入15个点，模拟输出5个点。同时西门子PLC增加输出通道3个，通过现场调节阀所带的电磁阀实现联锁状态下的安全切断。 2.2 主要控制和联锁 该项目为改造项目，必须全面分析相关工艺和控制联锁方案，结合工艺要求、控制要求和原有的控制联锁方案，对影响控制和联锁的各种因素综合考虑，确保系统控制的稳定性和安全性。以弛放气控制为例说明系统的组态。 弛放气主要对流量和温度参数进行控制。弛放气引入合成装置后，合成气成分和量的变化对合成系统的控制都将造成很大影响。弛放气含有的CO需要与一定比例的水蒸气在催化剂的作用下，经高变和低变2个单元转化为H2；同时弛放气含有的H2

和由CO转化得来的H2又会影响氢氮比，所以必须

依据H2含量的多少，按一定比例调整整个系统的空气或N2量。甲醇装置开车初期，气化输煤是N2输送，弛放气中N2的含量较高，需减空气量；而正常运行后，改为CO2输送，N2含量较低，又需及时增加合成气中的N2含量，保证合理的氢氮比。因此，必须准确测量并控制弛放气的量，同时依据测量和控制的弛放气的量，及时调整一段炉的蒸汽量（FIC03001），同时还要及时调整空气量，保证合适的氢氮比。因此弛放气流量的准确测量和稳定控制是改造的关键。 弛放气的流量测量采用了孔板取压、结合差压变送器的测量方法，其测量的不是质量流量。气体流量测量受温度和压力的变化影响较大，设计了温度和压力补偿，引入弛放气压力（PI13002）和弛放气温度测量（TI13001），在DCS内部组态，实现温度和压力修正。并对气体流量通过阀门（FV13002）进行控制，确保弛放气流量的相对稳定。同时，还根据弛放气的气体组分，组态了对水碳比、氨氮比影响的仪表，提示工艺操作。 因弛放气温度较低，而高变催化剂是以Fe3O4

为活性成分，活性温度一般350～430℃，为了保证

高变的效率，高变炉出口变换气走04E004管程，弛放气经阀门（FV13001）减压后走壳程。04E004设置1个旁路阀（FV13002），高变炉入口气体温度调节控制在370℃，加热后的弛放气和转化气汇合进入高变炉进行变换反应。 2.3 DCS内部组态 控制功能的实现通过DCS内部组态来完成。合 石油和化工节能 2010年第2期 ·29· 纯碱生产中低温热能的回收利用

袁江 （中国石化集团南化有限公司连云港碱厂 江苏连云港222042）

摘要 从实际经验出发，结合理论分析，系统地总结了淡液塔出气冷却器余热回收在局部及全厂热力系统中不同效果的情况，指出在节能改造中，应该从全局考虑，比较在不同的工况下节能效果，做到最佳的投入与产出。 关键词 纯碱 换热器 余热回收 节能减排

1 简介 在纯碱生产过程中，需要使用大量的冷却水，一是为了控制工艺指标，二是为了回收或带走不利于过程控制或设备安全稳定运行的热量。 当初，我厂淡液塔出气无单独的冷却器，是借用蒸馏塔的氨冷器用循环水冷却，热量被带入大气中，这些热量不仅白白浪费掉了，而且增加给排水冷却塔的热负荷。另外，随着我厂生产能力的提高，母液蒸馏系统的冷却能力已不能满足生产需要；另一方面，给排水车间送往热电车间的脱盐水在进入锅炉前需要加热到104℃。因此我厂于2000年6月为淡液蒸馏塔增设1台波纹管换热器，用脱盐水作冷却介质，因其运行过程中泄漏频繁，维修量大，在2006年又改用螺旋板式换热器，冷却介质仍为脱盐水。可以看出，用脱盐水取代循环水冷却淡液塔出气，既减轻了给排水冷却塔的热负荷，又回收

了淡液塔出气中的余热，是一个一举两得、有明显节能效果的措施。脱盐水经过淡液塔冷却换热后，温度升高约30℃，降低了除氧器的蒸汽消耗，具有可观的经济效益，对我厂节能减排有着十分重要的意义。

2 螺旋板式换热器基本参数 在换热器大修更新时，用螺旋板式换热器取代了波纹管换热器，仍然使用脱盐水作冷却介质。脱盐水来自给排水车间，吸收淡液塔出气中的余热后送往热电车间除氧器。 螺旋板式换热器主要设计参数见表1。

3 运行情况分析 螺旋板式换热器2006年7月14日投入生产运行，8月份进行了查定，查定时蒸量平均114m3/h，稍小于原设计蒸量120m3/h。查定结果见表2。 ﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 成装置的DCS系统采用的是日本横河的CS3000系统。内部仪表的组态主要通过功能块互相连接，并对功能块的参数进行设定来实现。以弛放气为例，其控制主要用到了温度压力补偿模块TPCFL和PID控制模块。 2.4 联锁系统的修改 以上工艺回路在引入合成装置、尿素装置后，如果装置出现异常情况时，必须执行正确的联锁程序，以确保系统安全。根据实际工艺要求，主要增加3个联锁动作：①合成装置一段炉联锁系统TRIPB动作时，通过PLC发出一动作信号给FV13001带的电磁阀，使其失电，自动关闭调节阀，防止造成高变催化剂被还原失效；②甲烷化联锁TRIPF动作时，关闭氮气控制阀（FV13003）；③当尿素装置CO2机组跳车时，发出一信号给FV13002带的电磁阀，联锁关闭该阀。