白雪峰
（山西丰喜华瑞煤化工有限公司，山西 新绛043100）
［摘 要］山西丰喜华瑞煤化工有限公司240 kt/a合成氨装置以焦炉煤气与半水煤气为原料。2019年周边焦化厂供应丰喜华瑞的焦炉煤气气量由30 000 m3/h增至43 000 m3/h，转化系统无法处理多余的气体，PSA提氢系统需投入运行，夏季高温天气时用于原料气加压的4M20型活塞式压缩机（低压机）打气能力明显不足，焦炉煤气放空1 000～2 000 m3/h；采取提高低压机进气压力、在低压机进口管道上苫盖遮阳网、用一次水在低压机进口管道表面喷水等措施，但效果均不太理想。经分析与论证，决定在焦炉煤气湿法脱硫系统电捕焦油器与低压机气水分离器之间增设1台焦炉煤气冷却器，采用水气换热的方式，利用化产系统闲置的溴化锂制冷机组制取冷冻水对焦炉煤气进行降温。2020年6月焦炉煤气冷却器投运后，焦炉煤气低压机打气量增加，焦炉煤气放空量减少约2 000 m3/h，有效降低了合成氨装置的生产成本。
［关键词］合成氨装置；活塞式压缩机；焦炉煤气放空；技改方案；溴化锂制冷机组；焦炉煤气冷却器；运行情况
［中图分类号］TQ113.25 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）06-0044-03
0 引 言
山西丰喜华瑞煤化工有限公司（简称丰喜华瑞）“24·40”项目（240 kt/a合成氨、400 kt/a尿素）以焦炉煤气与半水煤气（间歇式固定床气化炉制气）为原料生产合成氨与尿素。其中，焦炉煤气脱硫采用常压改良ADA法脱硫工艺，焦炉煤气经罗茨鼓风机加压至30 kPa，送入湍流塔与脱硫塔脱硫至H2S含量＜10 mg/m3，脱硫后焦炉煤气进入冷却清洗塔清洗，防止煤气夹带脱硫液，接着通过电捕焦油器脱除煤气中的焦油等杂质、气水分离器脱除水分后，送往4M20型活塞式压缩机加压至2.0 MPa，之后去往干法脱硫系统，将焦炉煤气中剩余的有机硫利用铁钼催化剂加氢转化成无机硫（H2S），再通过氧化锰将其脱除，使出口气总硫≤20 mg/m3。用于原料气加压的4M20型活塞式压缩机（简称低压机）共7台，原设计1#、2#、3#低压机（两开一备）用于半水煤气加压，4#、5#、6#、7#低压机（三开一备）用于焦炉煤气加压。
2012年丰喜华瑞实施焦炉煤气综合利用挖潜改造，增加了1套焦炉煤气变压吸附提氢系统（PSA系统），设计处理焦炉煤气量25 000 m3/h（标况，下文无特别说明处气量均为标况），未增加低压机，只是将3#、4#低压机（两开无备）进出口管线进行改造，专供PSA系统使用，如此一来，半水煤气低压机仅剩1#、2#低压机（两开无备），焦炉煤气低压机仅剩5#、6#、7#低压机（三开无备）。活塞式压缩机排气容量为固定值，而气体在定压情况下，温度与体积成正比，在夏季高温天气，从湿法脱硫系统送往低压机的焦炉煤气管道白天被烈日暴晒，管道吸热后将热量传递给焦炉煤气，使得低压机一段进口焦炉煤气的温度显著升高，焦炉煤气体积膨胀，造成低压机吸气量减小，这在焦炉煤气气量不足的情况下对生产的影响并不显著，但在焦炉煤气充足的情况下，由于低压机吸气量下降，多余的焦炉煤气就需放空，在消耗相同焦炉煤气（含放空）的情况下合成氨产量明显降低，合成氨生产成本显著增高。
1 技改背景
2019年周边焦化厂供应丰喜华瑞的焦炉煤气量由30 000 m3/h增至43 000 m3/h，由于焦炉煤气转化系统设计焦炉煤气的处理能力为34 000 m3/h，在焦炉煤气量为30 000 m3/h的情况下转化系统完全可以处理，PSA提氢系统停用；但当焦炉煤气量达到43 000 m3/h时，转化系统无法处理多余的气体，PSA系统需投运。运行方案为，焦炉煤气从气柜出口分为两路，一路12 000 m3/h焦炉煤气送入PSA系统，提取6 480 m3/h氢气送往氨合成系统高压机入口，PSA系统产生的5 520 m3/h富甲烷气返回焦炉煤气气柜，与另一路31 000 m3/h焦炉煤气混合，混合后总气量为36 520 m3/h，其中2 000 m3/h作为燃烧气使用，其余送往转化系统。
丰喜华瑞焦炉煤气低压机型号均为4M20-220/23-BX，属四列四级对称平衡型活塞式压缩机，设计吸气温度40 ℃、吸气压力10 kPa、进口气量为11 100 m3/h。3台焦炉煤气低压机（5#、6#、7#低压机）在冬季气温较低时可满足生产需求，但在夏季高温天气情况下，低压机打气能力明显不足，焦炉煤气放空1 000～2 000 m3/h。换言之，半水煤气为丰喜华瑞自产，气量可调控，而焦炉煤气为周边焦化厂供应，其气量无法控制，在焦炉煤气气量超出低压机打气能力后，只能在气柜处放空，尤其是在夏季，放空频次增加，既浪费原料又污染环境。另外，近年来合成氨与尿素市场持续低迷，节能降耗、降本增效成为丰喜华瑞生产管理中的重点工作，为避免夏季高温天气焦炉煤气系统需开4台低压机，采取了提高低压机进气压力、在低压机进口管道上苫盖遮阳网、用一次水在焦炉煤气管道外表面喷水等措施，但效果均不太理想。
参考压缩机级间冷却的办法，丰喜华瑞考虑利用冷却水或冷冻水与焦炉煤气进行换热带走其一部分热量，以提升低压机的打气量。焦炉煤气经过湿法脱硫后，其中的水蒸气达到饱和状态，水蒸气的饱和温度与饱和压力是一一对应的，饱和温度升高，饱和蒸汽压也相应提高，据道尔顿分压定律可知，焦炉煤气中饱和蒸汽压与水蒸气的摩尔质量成正比，即焦炉煤气温度越高，饱和蒸汽压越高，焦炉煤气中的水蒸气越多，若要对焦炉煤气进行降温，必须将换热设备设置在气液分离器前，便于对冷凝液进行分离，防止冷凝液大量进入低压机而损坏设备。基于以上考虑，丰喜华瑞在低压机的气水分离器前增设1台列管式换热器给焦炉煤气降温，管程走焦炉煤气，壳程走冷却水；加之化产系统溴化锂制冷机组一直闲置，本技改考虑利用溴化锂制冷机组制取的冷冻水来冷却焦炉煤气，以缩小换热设备尺寸，减少投资。
2 技改方案
更多内容详见《中氮肥》2021年第6期