單高制氮節(jié)能新工藝技術(shù)改造

鄭黎 ， 林冰

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 ， 河南 平頂山467000)

摘要：介紹了空分裝置在氧氣不用的情況下由雙高雙精餾改為超低壓單高制氮雙精餾流程的過程。通過對現(xiàn)狀進(jìn)行分析，制定了各系統(tǒng)技術(shù)改造方案，降低空壓機排氣壓力，減少進(jìn)塔空氣量，在利舊的基礎(chǔ)上對整套空分裝置實施了改造，實現(xiàn)了經(jīng)濟穩(wěn)定運行的目的。

關(guān)鍵詞：空分裝置 ； 單高制氮 ； 節(jié)能 ； 改造

中圖分類號：TQ050.2

收稿日期：2015-01-26

作者簡介：鄭黎(1971- )，女，工程師，從事化工廠公用工程技術(shù)管理工作，電話：13592172518。

1原空分裝置概況

河南神馬尼龍化工公司1#空分裝置是開封空分廠設(shè)計制造的KDON-3500/3200空分裝置，1998年投產(chǎn)運行至今，設(shè)計氧氣產(chǎn)量3 500 Nm3/h，氮氣產(chǎn)量3 200 Nm3/h，在運行過程中通過技改將部分送至水冷塔的氮氣抽出外送后，高純氮氣產(chǎn)量由原來的3 200 Nm3/h提高至了8 000 Nm3/h。自2012年我公司制氫裝置停產(chǎn)后，導(dǎo)致氧氣產(chǎn)品無用戶，全部放空，能源浪費嚴(yán)重。

通過對氧氣綜合利用幾種方案進(jìn)行多方調(diào)研，我公司最終確定將將1#空分裝置由常規(guī)雙精餾雙高空分工藝改造為超低壓雙級精餾單高制氮工藝，裝置只產(chǎn)出一種高純氣體氮氣產(chǎn)品，同時副產(chǎn)少量液氧，實現(xiàn)裝置安全、經(jīng)濟運行。

2主要改造內(nèi)容

本次改造在KDON-3500/3200原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在保證高純氮氣產(chǎn)量的前提下，盡可能地減少進(jìn)塔空氣量，最大程度地降低空壓機排氣壓力，以達(dá)到裝置最經(jīng)濟運行的目的。改造前后流程如圖1、圖2所示。

2.1精餾系統(tǒng)

根據(jù)最終高純氮氣要達(dá)到8 000 Nm3/h以上的產(chǎn)品要求，我們最終確定了一種超低壓雙級精餾同時附帶小氧塔的單高制氮工藝流程。①原精餾塔上、下塔均為篩板塔，塔板阻力大，進(jìn)塔壓力高，本次改造將上塔改為填料塔，下塔仍采用篩板塔。經(jīng)過計算，在保證出塔氮氣壓力微正壓的情況下，進(jìn)塔空氣壓力可以由原來的0.55 MPa降至0.40 MPa。②將原有雙高空分流程的污氮氣與氧氣出口管合二為一，除氮氣產(chǎn)品以外的全部廢氣由上塔下部引出，作為分子篩再生氣氣源，加工空氣量可減少到11 000 Nm3/h以下，氮氣提取率達(dá)到97%以上。③由于不需要氧氣產(chǎn)品，對氧純度無要求，因此主冷中液氧純度較低，不能直接取出作為副產(chǎn)品外售。通過增設(shè)氧精餾塔，以主冷中純度較低的液氧作為回流液，將小部分進(jìn)下塔前的空氣引入氧塔冷凝蒸發(fā)器，將主冷中純度較低的液氧進(jìn)一步精餾提純，在氧塔底部獲得高純液氧產(chǎn)品，引入液氧貯槽。通過小氧塔的精餾，實現(xiàn)了液氧自循環(huán)，防止液氧中碳?xì)浠衔锞植考郏黾恿酥骼涞陌踩浴?/p>

2.2純化系統(tǒng)

原有分子篩吸附器及蒸汽加熱器處理氣量大，可繼續(xù)使用；由于再生氣中氧含量較高(70%左右)，出于安全考慮，不再使用電加熱器，現(xiàn)場與系統(tǒng)隔離。同時在施工過程中對再生系統(tǒng)的所有管線、閥門等進(jìn)行了脫脂處理。

2.3預(yù)冷系統(tǒng)

原空分裝置預(yù)冷系統(tǒng)主要設(shè)備包括空冷塔、水冷塔、常溫水泵、低溫水泵、過濾器、冷水機組等，轉(zhuǎn)動設(shè)備多，流程復(fù)雜，操作難度大，由于運行時間較長，設(shè)備故障率高，維修費用大。由于我公司生產(chǎn)用5 ℃冷凍水產(chǎn)品有富余，通過耗水、耗電等方面進(jìn)行綜合分析，最終選擇用一臺空氣預(yù)冷換熱器(換熱面積為26 m2)及一臺水氣分離器(容積為2.1 m3)，替換原預(yù)冷系統(tǒng)所有設(shè)備，無任何用電消耗，5 ℃冷凍水消耗24 t/h，不僅降低了直接生產(chǎn)成本，而且減少了維修費用，簡化了操作，降低了勞動強度。

AF.過濾器　AC.空壓機　AT.空冷塔　WT.水冷塔　MS.吸附器　SH.蒸汽回?zé)崞?/p>

AF.過濾器　AC.空壓機　AL.空氣預(yù)冷器　BD.水分離器　MS.吸附器　SH.蒸汽回?zé)崞?/p>

2.4壓縮系統(tǒng)

原有空壓機為四級壓縮三級冷卻離心式空壓機，排氣壓力0.58 MPa，加工氣量為410 m3/min，配套電機功率2 500 kW，與改造后的空分裝置不匹配。根據(jù)進(jìn)塔空氣壓力、流量要求，新增一臺兩級壓縮兩級冷卻的離心式空氣壓縮機，排氣壓力0.42 MPa，加工氣量200 Nm3/min，配套電機1 120 kW，單臺設(shè)備耗電量減少50%以上。原有ZKL800自潔式過濾器處理氣量大，可以繼續(xù)使用，改造前后能源消耗對比見表1。

表1　改造前后能源消耗對比

3改造效果

單高制氮節(jié)能新工藝技術(shù)改造由開封黃河空分集團公司總承包設(shè)計、制造和施工，2014年8月7日一次試車成功，裝置運行至今，各項主要指標(biāo)均達(dá)到或好于設(shè)計值：壓縮空氣進(jìn)分子篩溫度7～8 ℃，進(jìn)塔氣量10 800～11 200 Nm3/h，氮氣產(chǎn)量穩(wěn)定在8 150～8 500 Nm3/h之間，氮氣在O2在8.0×10-6以下，最低可達(dá)到0.5 ×10-6，每天能夠提取液氧約2 t。

按電價0.6元/(kW·h)，循環(huán)水0.2元/t，冷凍水2.0元/t，蒸汽130元/t計算，每小時可節(jié)約運行費用873.6元。按照年運行8 600 h計算，每年可節(jié)約直接運行費用751.3萬元。

4結(jié)論和建議

項目實施后，空分裝置能耗降低超過50%，不僅降低了直接生產(chǎn)成本，而且更新了設(shè)備，有利于生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定及長周期運行，為企業(yè)的發(fā)展壯大提供了堅實的保障。使用除氮氣之外的其它全部廢氣作為分子篩再生氣的氣源，并提高其富氧含量，可以大大減少空分裝置進(jìn)塔空氣量，無疑是目前最節(jié)能的單高制氮工藝之一，只要在設(shè)計、施工和生產(chǎn)環(huán)節(jié)均加以嚴(yán)格控制，富氧空氣作為再生氣對裝置的安全影響是完全可以避免的。