李传明1，段享禄2
（1.杭州中泰深冷技术股份有限公司，浙江 杭州311402; 2.林德亚太工程有限公司，浙江 杭州310012）
［摘 要］早期国内在深冷分离技术工程化方面的研究较少，近年来随着国内深冷分离工艺技术及设备制造水平的不断提升，相关关键技术陆续得以掌握，国内深冷分离技术和设备制造商陆续开始承接深冷分离装置的研发设计与制造。2018年，杭州中泰深冷技术股份有限公司承接了湖北三宁化工股份有限公司1套“合成氨原料结构调整及联产600 kt/a乙二醇项目CO深冷分离装置”的研发设计任务，针对该套CO深冷分离装置规模大、工艺介质运行压力高的特点，杭州中泰在循环压缩机介质选择及一些关键项（包括高压板式换热器、脱氮塔顶冷凝器的设计以及避免甲烷固化冻堵风险、装置能效优化、装置安全保障措施）方面进行了充分地考虑和精心设计，使得这套目前国内规模最大的CO深冷分离装置实现了平稳运行，无论是产品气的产量、纯度，还是装置的能效水平，均达到或优于设计指标要求。
［关键词］CO深冷分离装置；循环压缩机；高压板式换热器；甲烷冻堵；装置能效；脱氮塔顶冷凝器；安全措施；运行情况
［中图分类号］TB657.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）01-0001-040
0 引 言
2018年，杭州中泰深冷技术股份有限公司（简称杭州中泰）承接了湖北三宁化工股份有限公司（简称湖北三宁）1套“合成氨原料结构调整及联产600 kt/a乙二醇项目CO深冷分离装置”的研发设计任务。该套CO深冷分离装置的任务是，将上游低温甲醇洗系统来的煤制合成气经过常温分子筛净化脱除其中的微量甲醇及CO2后，送入CO深冷分离装置，获取64 000 m3/h（标态，以下无特别说明处均为标态）、纯度＞99%、压力0.6 MPa的CO产品气，用于下游乙二醇合成系统。
合成气深冷分离制取CO产品气的原料气主要含H2和CO两种工艺介质，原料气中的各工艺介质物性差距很大，分离较为复杂，且H2属易燃易爆气体、CO为极度毒性气体，生产过程中存在爆炸和中毒风险，早期国内在深冷分离技术工程化方面的研究较少，国内相关行业新建的深冷分离装置在2014年前均依赖进口，近年来随着国内深冷分离工艺技术及设备制造水平的不断提升，相关关键技术陆续得以掌握，国内深冷分离技术和设备制造商才陆续承接深冷分离装置的研发设计与制造。
杭州中泰为湖北三宁研发、设计、制造（部分设备）的CO深冷分离装置于2021年初开车调试，至今已连续稳定运行1 a有余，是迄今国内深冷分离行业中研发设计并成功投运的最大的、工艺最为复杂的CO深冷分离装置。笔者亲自主持、参与了此套大型CO深冷分离装置的研发设计及调试过程，现就研发设计中一些关键项的考虑与设计作一分享。
1 原料气条件与产品指标及研发重点
湖北三宁的这套CO深冷分离装置原料气来自低温甲醇洗系统的未变换常温净化气，设计原料气压力为6.0 MPa、原料气流量为153 000 m3/h，原料气组分（摩尔分数）为CO 50.72%、H2 47.87%、Ar 0.26%、N2 0.86%（最大1.10%）、CH4 0.40%、CO2 20×10-6、CH3OH 50×10-6。
该套CO深冷分离装置要求CO产品气产量为64 000 m3/h、压力为0.6 MPa，CO产品气纯度＞99%，CO产品气中H2含量＜800×10-6、（N2+Ar）含量＜1%、CH4含量＜300×10-6；同时合同要求闪蒸气出界区压力不低于1.6 MPa。
从原料气条件及产品指标要求可以看出，该套CO深冷分离装置规模大、工艺介质运行压力高，这就对杭州中泰的高压板翅式换热器、大型高压精馏设备等关键设备的设计、制造提出了挑战，要使所设计的关键设备达到不低于外资公司引进设备的能效水平，工艺流程的研发面临两大关切点：一是如何通过流程的精心组织和高效耦合实现整套装置的高能效要求；二是需要考虑冷箱甲烷冻堵、工艺介质易燃易爆等安全方面的一系列问题。针对这些关切点，杭州中泰开展了深入的研发工作。
2 循环压缩机工艺介质的选择
为制取纯度99%以上的CO产品气，经分子筛净化后的原料气中的H2、CH4、（N2+Ar）必须脱除，为此设计采用三塔精馏流程，即由汽提塔、脱甲烷塔及脱氮塔分别脱除H2、CH4及多余的（N2+Ar）。
更多内容详见《中氮肥》2023年第1期