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CO深冷分离系统高负荷运行中冷箱工况波动原因分析及优化调整

[日期:2022-02-15] 来源:《中氮肥》2022年第1期  作者: [字体: ]

武红旗

(河南龙宇煤化工有限公司,河南 永城476600

 

 [摘  要]河南龙宇煤化工有限公司二期项目包括400 kt/a醋酸装置、200 kt/a乙二醇装置及其配套工程,其中,CO深冷分离系统采用法液空公司的技术,运行前期装置负荷较低,CO深冷分离系统运行比较稳定,2020年随着新建乙二醇装置的投运,CO深冷分离系统运行负荷达到110%时,冷箱出现工况紊乱的问题,严重影响后系统的生产运行。为此,从净化气中N2含量、精馏塔工况、尾气中H2含量、精馏塔底部流量控制阀、循环气压力、冷箱系统换热效果等方面查找原因,并采取了相应的优化调整措施。优化调整后,自2021年以来,CO深冷分离系统高负荷运行中再未出现冷箱工况波动的情况,为下一步CO深冷分离系统高负荷下的长周期、稳定运行积累了操作经验并奠定了基础。

[关键词]CO深冷分离系统;高负荷运行;冷箱;工况波动;精馏塔;原因分析;优化调整

[中图分类号]TB657.7   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202201-0069-04

 

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河南龙宇煤化工有限公司(简称龙宇煤化)二期项目包括400 kt/a醋酸装置、200 kt/a乙二醇装置及其配套工程,项目以煤为原料,配套2台五环炉生产粗煤气,粗煤气经变换系统调整氢碳比,之后进入低温甲醇洗系统脱除变换气中的H2SCO2,得到的净化气进入CO深冷分离系统冷箱进行气体分离,产出合格的COH2供下游醋酸装置和乙二醇装置使用。其中,CO深冷分离系统采用法液空公司的技术,利用不同液化气体沸点的差异,通过物理降温精馏的方式使各组分得以分离;CO深冷分离系统设计CO产能54 440 m3/h,系统操作弹性50%110%2016年深冷分离系统正常开车,系统负荷一直维持在80%左右,由于运行前期装置负荷较低,深冷分离系统运行比较稳定,2020年随着新建乙二醇装置的投运,深冷分离系统需要高负荷运行以满足后系统的用气需求,系统负荷达到110%,运行中出现了一系列问题,通过采取相应的优化调整措施,CO深冷分离系统实现了高负荷稳定运行。以下对有关情况作一介绍。

1  CO深冷分离系统工艺流程简述

低温甲醇洗系统来的净化气,首先进入CO深冷分离系统前端净化单元分子筛,脱除净化气中微量的甲醇和CO2等杂质(以免这些杂质在深冷设备中结冰形成冻堵)后进入换热器,复热后的净化气进入冷箱,经原料气冷却器(E031)和原料气冷凝器(E032)换热后进入高压合成气分离器(V031),气液在V031中进行分离:分离出的气相经换热后出冷箱,作为富氢气去变压吸附系统提纯H2;分离出的液相经节流阀膨胀后进入中压解吸气缓冲罐(V033),在V033中,大部分的H2和部分CO减压闪蒸分离出来,闪蒸气换热后回收利用,出V033的液相则分为两股,一股直接进入精馏塔(C031)中部作为进料进行气体分离,另一股进入精馏塔塔底再沸器(E038)作为热源,之后通过CO流量控制阀(FV315)调节并换热后去往C031中部。

精馏塔(C031)底部的纯CO输送至塔顶CO储罐(V309),从V309出来的CO经原料气冷凝器(E032)和原料气冷却器(E031)换热后作为CO产品气进入CO压缩机。V309中的液体CO通过精馏塔顶冷凝器(E039)对塔顶气进行冷凝,塔顶气冷凝后,一部分作为回流液返回C031,一部分作为尾气经换热后出冷箱外排。

进入CO压缩机的CO产品气温度为30 ℃、压力为005 MPa,压缩后的气体温度为30 ℃、压力为085 MPa,出CO压缩机的CO气作为循环气返回冷箱,循环气经原料气冷却器(E031)换热后分成三股:一股通过中压CO冷凝器(E034)冷凝后进入精馏塔塔顶CO储罐(V309),为精馏塔塔顶气冷凝提供冷量;一股通过原料气冷凝器(E032)换热后进入精馏塔(C031)底部,为C031塔底再沸器提供热量;一股通过原料气冷凝器(E032)换热后进入CO储罐(V309),以平衡系统冷量。

CO深冷分离系统工艺流程简图见图1

2  深冷分离系统运行中存在的问题

随着龙宇煤化2020年新建乙二醇装置的投运,深冷分离系统运行中多次出现冷箱工况大幅波动,系统波动时精馏塔压力从正常时的0.34 MPa最高上涨至0.60 MPa,精馏塔出口排放的尾气量激增,放空阀全开也无法维持正常压力,造成精馏塔塔压快速上涨,然后又快速下降,短时间、高频次地来回震荡造成精馏塔的压力大幅波动,塔压的波动又造成塔顶CO储罐(V309)液位不稳定,影响外送CO气的压力,进而影响进入冷箱循环气的压力,进一步造成冷箱系统工况紊乱,当冷箱工况出现波动时,后系统不得不降负荷运行,严重时甚至造成后系统停车,给整个生产系统的运行带来很大的影响,并造成一定的经济损失。

3  原因分析及优化调整措施

3.1  净化气中N2含量的影响

3.1.1  原因分析

进冷箱净化气N2含量设计值为1.96%,实际运行中会根据工况的变化进行适当地调整。龙宇煤化二期项目气化系统配套2台五环炉,为400 kt/a醋酸装置和200 kt/a乙二醇装置提供气源;龙宇煤化一期项目气化系统配套1台壳牌气化炉,为500 kt/a甲醇装置提供气源。为增加整个生产系统运行的稳定性和抗风险能力,龙宇煤化一、二期项目气化系统互联互通(即粗煤气可以相互联通)。二期项目五环炉产出的粗煤气经处理后得到的净化气中N2含量约1.3%,一期项目产出的粗煤气经处理后得到的净化气中N2含量约2.5%;正常运行过程中,二期400 kt/a醋酸装置和200 kt/a乙二醇装置采用五环炉供气,当五环炉单炉运行或供气量不足时,一期壳牌气化炉往二期装置倒气,净化气中的N2含量会随着倒气量的增加而增大。

另外,在二期项目气化炉(五环炉)烧嘴跳车时,会对系统补入氮气,也会造成系统的N2含量瞬时增加:当CO深冷分离系统冷箱低负荷运行时,由于增加的氮气总量偏少,系统操作弹性大,CO深冷分离系统运行比较稳定;但当冷箱高负荷(110%)运行而前系统气体组分中N2含量超出设计值时,系统操作调节弹性小,产生的解吸气总量超出系统的排放能力,就会造成系统压力波动,最终造成CO深冷分离系统工况紊乱。

3.1.2  优化调整措施

1)控制前系统气体组分中的N2含量,尽量保证净化气中的N2含量在设计值范围内,当前系统气体组分中的N2含量超出设计值时,CO深冷分离系统最好采取降负荷的措施,以保持系统工况的稳定。

2)控制精馏塔(C031)底部热源的稳定,控制阀(FV319FV315)不能进行大幅度地开关调节,开度调节要平稳;当净化气中的N2含量高时,控制适宜的放空阀开度,既要保证精馏塔尾气的外排量,又要防止尾气外排量激增,以免造成C031工况波动。

3.2  精馏塔工况的影响

3.2.1  原因分析

精馏塔顶部CO储罐(V309)内的液体CO通过精馏塔顶冷凝器(E039)对塔顶气进行冷凝,通过控制V309的液位来控制精馏塔的回流量。前期CO深冷分离系统冷箱负荷低,V309的液位控制较低,精馏塔的回流量小,有利于提高CO的纯度;后期CO深冷分离系统冷箱负荷提升后,若V309的液位未及时调整,就会造成精馏塔负荷、精馏塔塔底加热量、精馏塔塔顶回流量三者之间不匹配,精馏塔回流量过小、解吸气放空量大增,当放空量超过设计排放量时,精馏塔压力就无法控制,造成CO深冷分离系统冷箱工况的波动,加之CO深冷分离系统精馏塔未设计温度和压力测点,这就给精馏塔的操作带来了很大困难(经交流,法液空后来设计的精馏塔都带有温度和压差测点)——当精馏塔工况发生变化时(如精馏塔塔底加热量偏大或精馏塔塔顶回流量偏小),不能做到及时发现并及时进行调整,都会造成精馏塔工况波动,进一步造成冷箱系统工况紊乱。

3.2.2  优化调整措施

更多内容详见《中氮肥》2022年第1

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