张晶晶，张诚，白举邦
（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）
［摘 要］伊犁新天煤化工有限责任公司煤制天然气项目化工主装置（两个系列）采用鲁奇碎煤加压气化、部分变换、林德低温甲醇洗、戴维甲烷化等工艺，配套3套杭氧51 500 m3/h空分装置（两开一备）。空分装置自原始开车以来，先后出现了液氮储罐容积小、空分装置短停/长停后开车时间长、液氮泵轴承温度低触发联锁、夏季高温时增效塔氮塞、夏季高温时氧气和氮气产量减少等问题。面对这些问题，新天煤化技术团队通过采取新增液氮储罐、向精馏塔补充液氮、将低温液氮泵密封气由仪表空气改为氮气、制定增效塔氮塞工艺调整操作指导书等优化改进措施，解决了影响空分装置长周期稳定运行的问题，并就空分装置夏季氧气、氮气产量减少问题提出了污氮气回收利用的优化建议。
［关键词］空分装置；液氮储罐容量小；开车时间长；液氮泵轴承温度低；增效塔氮塞；优化改造；氧气和氮气产量低；优化建议
［中图分类号］TB657.7 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）02-0077-04
0 引 言
伊犁新天煤化工有限责任公司（简称新天煤化）20×108 m3/a煤制天然气项目，热电装置配套4台煤粉锅炉（三开一备）、3台发电机组（两开一备）；化工主装置分为A、B两个系列，气化系统配套22台鲁奇碎煤加压气化炉（十八开四备），变换系统采用部分变换工艺（选用钴钼系耐硫变换催化剂），低温甲醇洗系统采用林德低温甲醇洗工艺，甲烷化系统采用戴维甲烷化工艺，甲烷化系统产出的合成天然气（SNG）经三甘醇干燥系统脱水并经天然气压缩机加压后送天然气输气管网。
伊犁新天煤制天然气项目配套3套空分装置（两开一备），采用杭氧深冷空气分离工艺，单套空分装置设计产能为氧气51 500 m3/h（标态，下同）、氮气26 000 m3/h。空分装置的任务主要是向气化系统、污水处理系统臭氧单元提供5.40 MPa的高压氧气，以及为全厂生产装置提供0.60 MPa仪表空气、0.50 MPa装置空气、2.50 MPa中压氮气、0.50 MPa低压氮气。化工主装置满负荷运行时，空分装置外供氧气2×51 000 m3/h、低压氮气2×33 000 m3/h、装置空气15 500 m3/h、仪表空气11 500 m3/h。
空分装置的稳定运行对全厂生产装置的稳定运行尤为重要，而实际生产中空分装置先后出现了液氮储罐容量小、空分装置短停/长停后开车时间长、液氮泵轴承温度低触发联锁、夏季高温时增效塔氮塞等诸多问题，近几年来通过不懈地努力，影响空分装置长周期稳定运行的问题得到有效解决，并对夏季高温时节氧气、氮气产量低的问题提出了优化建议。以下对有关情况作一介绍。
1 空分装置运行问题及处理措施
1.1 液氮储罐容量小
氮气管网包括2.50 MPa中压氮气管网和0.50 MPa低压氮气管网。其中，
产品液氮从
空分装置精馏塔下塔上部抽取，经过冷器后经节流送入液氮储罐（200 m3），通过液氮泵经水浴式汽化器复热（12 000 m3/h）至35 ℃送至氮气储罐（650 m3），出氮气储罐的氮气分为两路，一路进入2.50 MPa中压氮气管网，另一路经减压进入0.50 MPa低压氮气管网。
1.1.1 问题描述
新天煤化化工主装置双系列甲烷化系统使用预还原甲烷化催化剂，有系统开车需升温、停车超过1 h须降温的特殊要求，此两个阶段使用中压氮气量较大——每次单系列甲烷化系统开车用液氮量247.50 t、停车用液氮量343.75 t，每次单系列甲烷化系统开车需紧急采购液氮150 t、停车需紧急采购液氮250 t，按液氮市场价1 000元/t计，单系列甲烷化系统1次开/停车需40万元的液氮购置费，而新天煤化单系列甲烷化系统每年计划停车1次、非计划性停车不少于1次（据近几年的运行经验），双系列甲烷化系统每年开/停车次数不少于4次，即全年甲烷化系统开/停车的液氮购置费至少为160万元；另外，有时会因液氮采购、运输困难，导致甲烷化系统升温/降温时间过长。
1.1.2 原因分析
新天煤化化工主装置甲烷化系统所用的预还原甲烷化催化剂具有特殊性，系统停车超过1 h须使用中压氮气降温至50 ℃，降温时长约25 h，期间双系列甲烷化系统中压氮气用量为11 000 m3/h（受设计液氮泵额定流量的影响）；开车时甲烷化系统升温也需要用中压氮气，升温时长约18 h，期间双系列甲烷化系统中压氮气用量为11 000 m3/h（受设计液氮泵额定流量的影响）。而现有液氮储罐容量为200 m3，储存量较小，且配套的1台液氮泵外送中压氮气设计量仅为12 000 m3/h，满足不了生产所需。
1.1.3 优化改造措施及效果
新天煤化技术团队针对液氮采购量大且无法保证稳定供应的情况进行综合分析，提出新增1台1 000 m3液氮储罐并配套1台中压氮气外送量12 000 m3/h液氮泵的技改建议。2019年6月新增液氮储罐及配套液氮泵投运后，空分装置正常运行可产液氮9 t/h，运行111 h可将新液氮储罐存满液氮，空分装置停车前，2套在运空分装置产出液氮将2台液氮储罐充至高液位，液氮实际储存量可达（1000+200）×80%=960 m3，远大于单系列甲烷化系统开/停车所需，2台液氮泵同时运行时中压氮气外送量最大可达20 000 m3/h，完全可以保证甲烷化系统的降温/升温速率（50 ℃/h）要求，既保证了甲烷化系统的开/停车在计划时间内完成，又能节约费用（无需外购液氮）。
1.2 空分装置短停/长停后开车时间长
1.2.1 问题描述
单系列空分装置短停重启后，需4～8 h的吹除方可实现空气露点合格，导致单系列空分装置短停后重启耗时较长。另外，单系列空分装置长停后开车耗时长，期间电力、蒸汽、循环水等能源白白消耗而无产品产出，能源浪费大，各厂控指标（单耗）不断增长；同时，由于空分装置开车耗时长，外送氧气、氮气时间晚，化工主装置开车相对就晚，延长了产品天然气的产出与外送时间。
1.2.2 原因分析
更多内容详见《中氮肥》2023年第2期