国产低温深冷分离设备的节能改造

李东波

[摘 要]近年来，随着我国社会经济的稳定发展，国家越来越重视工业的安全生产。空气深冷分离行业是工业的重要组成部分，对其行业的典型危险及有害因素进行分析，及时发现空气分离存在的安全隐患，并处理能够提高空气分离过程的安全性，提升分离效果，推动空气深冷分离行业的快速发展。因此，相关技术人员应重视空气深冷分离的研究工作，严格控制分离工艺参数，降低安全事故的发生几率。

[关键词]低温深冷分离技术；分离设备；节能改造

中图分类号：S345 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0234-01

1.空气深冷法分离的基本原理

自然形成或人工合成的介质通常为混合物形式，混合物各组分分离提纯后均具有不同的利用价值。深冷分离系根据介质各组分沸点的差异，利用传热、传质设备使各组分分离。以空气分离为例，其基本原理如下：

原料空气在传热设备中进行热量交换至低温饱和状态后送入传质设备，在塔内逐级热质交换使各组分在操作压力和温度下液化、气化，空气在塔内变成液体聚积在塔底，利用氧、氮沸点之差使之分离，成为产品气和富氧空气。分离产品经主换热器复热后送出分馏塔，产品气使用点，富氧气一部分去纯化器再生，多于富氧气出分馏塔直接放空。空气的深冷分离过程是一个物理过程，空气冷却与液化并使冷箱内的各部分冷却到各自的工作温度并始终维持在各自的工作温度，所需要的“冷量”主要是膨胀机提供的。

2.深冷装置应用

2.1 聚乙烯装置中的应用

深冷分离回收烯烃成套装置于2012年10月交付中国石化中原石油化工有限責任公司，经过26天安装调试，一次投料试车成功。在验收合格后该装置目前已正式并入生产系统用以深度回收膜分离尾气中残存的有效组分。深冷分离回收烯烃装置工艺流程：来自膜分离装置的-10℃膜分离尾气，经过排放气缓冲罐（压力0.7MPa）后进入干燥过滤器预处理；然后进入保温冷箱换热器组逐级冷却，在冷却过程中膜分离尾气的温度逐渐降低至设计允许的最低值，此时气液两相的尾气进入低温气液分离器。

低温气液分离器底部分离出的液相混合烯烃经过减压阀节流返回换热器组换热后出保温冷箱，气液两相的混合烯烃产品送往产品气液分离器，经过分离的液相混合烯烃（-15℃，压力0.15MPa）经隔膜泵回收送至PE反应器，气相混合烯烃则送往乙烯裂解装置的压缩机入口。低温气液分离器顶部的尾气返回换热器组，经过主换热器换热进入透平膨胀机组绝热膨胀制取低温，膨胀后低温尾气压力达到0.03MPa，接着再次返回换热器组提供低温冷量，最后进入燃烧系统。

2.2 CO产品气提取中的应用

深冷分离采用分压冷凝工艺进行CO深冷分离，生产低压气态CO和高压富氢气体。醋酸合成采用低压羰基化反应法合成，即CH3OH和CO在催化剂的作用下合成醋酸；乙二醇合成采用羰基化、加氢两步间接合成法生产工艺，即以煤制气（CO、H2）为原料，通过一氧化碳羰基化合成草酸二甲酯，再用草酸二甲酯加氢生成乙二醇。深冷分离产出的低压气态CO，经低压CO压缩机升压后一部分供乙二醇使用，另一部分经高压CO和压缩机再次升压供醋酸合成使用；产出的富氢气体送至PSA界区提氢，PSA提取的高纯度氢气送至乙二醇合成。

生产合成醋酸仅需要合成气中的CO，而单一生产醋酸需要合成气全变换，对装置和催化剂要求更苛刻，醋酸和乙二醇装置联合生产，使用CO和H2能更好地调整变换深度，保证装置的可靠运行。

3.低温深冷分离设备改造

3.1 设备概况

某企业气化装置采用2台膜片式氮压机将0.5MPa、500m3/h的低压氮气压缩至13.2MPa，送入高压氮气储罐，供气化装置置换使用。该氮压机型号为GD4-300/4.5-132，电机功率为75kW，正常生产时1开1备。该氮压机在使用过程中故障频繁（平均每年检修26次），严重影响到装置运行安全。柱塞式低温液氮泵故障率低，维修量小，电耗低，且通过该泵加压空分液氮储槽的液氮至13.2MPa，汽化成高压气体后，完全可满足工艺需要。因此决定对高压氮气供气系统进行改造，使用低温液氮泵加压、汽化液氮来提供高压氮气。

3.2 改造内容

（1）新增2台柱塞式低温液氮泵（1用1备），将液氮加压至13.2MPa后，送至600m3/h的水浴式汽化器内，汽化成高压气体后，通过新增高压氮气管线送往气化装置高压氮气储罐。

（2）将气化装置的氮气储罐压力控制在11.0MPa～13.0MPa，在储罐压力低于11.0MPa时，自动启动液氮泵，高于13.0MPa时，自动停运液氮泵。

3.3 技改内容

原设计空分装置增压机一段抽出的1.20MPa、40℃、1320m3/h空气通过仪表空气外送阀V11/V12送至仪表空气管网。改造前后的磨煤机气动离合器供气示意图见图1（虚线部分为改造新增部分）。

为保证磨煤机正常运行，进行了以下技术改造：在空分装置增压机一段仪表空气抽出管道上引出DN20mm、PN2.5的碳钢管道至气化装置磨煤机厂房，作为磨煤机新的气源，该气源在进入磨煤机厂房后，先通过自力式压力调节阀V17进行减压，之后分3路分别进入3台储气罐，作为磨煤机气动离合器气源。为了保证气源稳定，将1#、2#空分装置增压机一段引出的气源并联，能够有效防止单套空分装置停车对磨煤机造成影响；同时气源引出点位于仪表空气减压阀（V7/V8）和仪表空气外送止回阀（V9/V10）之后，在单套空分装置紧急停车时，能够迅速将磨煤机气源与增压机进行有效隔离；双系统同时停车时，仪表空气通过仪表空气外送阀（V11/V12）进入磨煤机气动离合器气源管网，磨煤机小型空压机启动后关闭气源供给阀（V13/V14/V15/V16）。

V17为自力式压力调节阀，能够有效地将储气罐压力维持在1.0MPa，V18、V19、V20为3台磨机储气罐新增气源进口阀，分别与V1、V2、V3配合使用，可根据需要随时投用或切出新增气源。

4.改造后的效果

4.1 减少了小型空压机故障频次

改造前，小型空压机故障频繁，平均每年检修空压机10次。改造后，小型空压机处于热备状态，仅在空分装置开停车期间使用，改造后未发生设备故障。

4.2 延长了离合器使用寿命

改造前，平均每年更换3次离合器。改造后，由于新的气源压力稳定、清洁，离合器带水事故得到根除，自改造以来未发生因气源带水造成离合器损坏事件。

4.3 实现了节能目标

改造前，小型空压机平均每天运行12h，其功率为4kW，平均月消耗电1440kWh。改造后，以增压机一段压缩空气为气源，增压机一段循环气量为120000m3/h，一段抽出的仪表空气量为1320m3/h，而磨煤机消耗的气量仅为2m3/h，对于大型压缩机，该消耗可以忽略。每月可节电约1440kWh。

结语

通过增加高压氮气后备系统、改变气化装置磨煤机离合器气源供给方式以及连通两套空分加温空气管道的方式，有效降低了综合能耗，减少了设备检修频率，提高了装置安全运行保证能力。

参考文献

[1] 袁征.甲烷深冷分离工艺在煤化工中的应用[J].煤炭与化工，2017，40（08）：152-153+160.

[2] 吴艳东.浅析煤制甲醇过程中的空气深冷分离[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（16）：122-123.