神华乌头煤制烯烃项目开发实践

神华乌头煤制烯烃项目开发实践

神华包煤气田项目的主要技术采用目前流行的“一拖二”技术、全压裂弯精制、全精备土壤溶菌法、全团糟制备法和液相压缩法，为当前的空分行业提供前技术和技术参考。配套的关键动设备、低温阀门及高压板式换热器均采用进口产品,从而保证了装置的可靠性和氧产品的提取率。1空气增压—工艺流程常温分子筛净化空气膨胀内压缩空分流程见图1。在空分装置中,空气首先进入过滤器除去尘埃,再经过压缩机增压至0.575MPa,进入空气冷却塔进行冷却。冷却后的空气进入分子筛吸附器净化。净化后的空气分为2部分:1部分进入低压板式换热器,被返流污氮气及氮气冷却后出换热器底部进入下塔。另1部分净化空气送入空气增压机。从空气增压机中部抽出1股3.1MPa的空气进入增压透平膨胀机组的增压端增压,增压后的气体被冷却器冷却至常温后进入冷箱,在高压板式换热器中再次冷却,然后进增压透平膨胀机。膨胀后的含湿空气进入气液分离器,经气液分离器的空气与低压板式换热器的低压空气汇合后,一起进入分馏塔的下塔精馏。空气增压机最终出口的高压空气,经空气增压机末级冷器冷却至常温后进入冷箱的高压板式换热器中,与精馏塔出来的高压液氧进行换热冷却,使液氧气化。冷却后的空气经膨胀阀后大部分进入下塔中部作为回流液,另1部分减压后进入上塔中部作为回流液。空气在分馏塔的下塔经初步精馏后,获得液态空气、纯液氮和污液氮。经上塔进一步精馏后,在上塔底部获得液氧。下塔顶部的氮气冷凝得到液氮。在下塔顶部抽取0.49MPa的氮气,经低压板式换热器复热后出冷箱。从上塔的底部抽出液氧,通过高压液氧泵增压后进入高压板式换热器,加热至大气温度作为产品(高压氧气)送出。在上塔中部抽取一定量的氩馏份送入粗氩塔,粗氩塔在结构上分为2段,第2段粗氩塔底部的回流液体经循环液氩泵加压后送入第1段顶部作为回流液;氩馏份经粗氩塔精馏后得到粗液氩,并送入精氩塔中部,经精氩塔精馏后在塔底部得到精液氩。2技术特征分析2.1自洁式过滤器装置的3大主机(空压机、增压机和汽轮机)均为MAN-T公司提供,空压机型号为RIKT-125、加工气量为300000m3/h。MAN-T公司是世界著名压缩机供应商。由于受地域因素影响,汽轮机的冷却采用了空冷(双良公司的空冷器)而没有用水冷,仅此一项,4套空分就可节水12000m3/h。由于空气中含有灰尘等机械杂质,为保证压缩机的长期可靠运行,空气进入压缩机前必须要进行过滤,因此设置了目前流行的自洁式过滤器。该过滤器有过滤阻力小(0.3～0.8kPa)、过滤效率高(平均过滤效率对1μm粒子而言可达到99.5%)、适应性广、反吹耗气少(仅为0.1～0.5m3/min)、占地面积小、结构简单、防腐性能好和日常维护量小等优点。2.2预冷装置设计为保证后续净化单元工作的稳定性,需要将出空压机的压缩空气(80～90℃)进行换热降温,通过设置空气预冷系统可以有效地降低空气进入空分设备的温度,同时除去其中的大部分水溶性有害物质如NH3、HCl、SO2、NO2等。由于该项目氮气余量较大,因此在该装置中,预冷单元设置了空冷塔和水冷塔各1座,且均采用填料塔。利用上塔污氮和氮气干燥吸湿的特性,通过水冷塔与去空冷塔的喷淋水换热,达到降低喷淋水温度的目的。采用填料塔后,压力降小(阻力约为0.1kPa/m)能耗低、传热传质效果好、操作弹性更大,与筛板塔相比,塔径可以大大缩小。采用此流程,取消了冷水机组,简化了流程,在增加运行平稳性的同时降低了能耗。2.3再生污氮吸附系统该空分装置设置了2台卧式分子筛吸附器,运行时交替工作,其中1台工作时,另1台再生,再生系统采用饱和蒸汽加热再生污氮。为保证运行的可靠性,系统的切换阀均采用进口阀门。在吸附过程中,首先被吸附的是水分,然后是二氧化碳和其他碳氢化合物。采用双床层结构,下部为活性氧化铝、上部为分子筛吸附剂。活性氧化铝的机械强度较分子筛大,且具有很高的吸附水分的能力,在下部可以起到吸附剂支撑作用,在减少分子筛用量的同时还可以很好的分布气体和保护分子筛。2.4增压膨胀机单元膨胀机制冷(等熵膨胀)是空分装置冷量的主要来源,因此,该单元工艺的合理性和制冷效率非常重要。膨胀机经历了风机制动、电机制动和增压机制动几个历程。在该项目中,制冷单元采用了增压膨胀机(ACD公司产品),通过提高膨胀机入口压力(从电机制动的0.5MPa提高到增压制动的3.2MPa),增加了单位膨胀量的制冷量,从而降低能耗并提高了氧气提取率。由于采用了增压膨胀技术,使主换热器承受的压力(增压机2段出口压力可达7.1MPa),要比全低压流程高得多,为保证安全生产,采用了进口(CHART公司)的高压板式换热器。2.5上塔下塔分置构成精馏塔上塔采用了规整填料塔。设备上的低温调节阀均采用进口(美国弗洛索瓦)阀门。由于塔高的限制,采用了上、下塔分置的设计,通过液氧工艺循环泵将上下塔液体与主冷凝蒸发器相连。主冷凝蒸发器采用双层浴式、主冷温差≤1℃。2.6液压系统运行过程中,我国采用了液氧泵自动识别泵,根据具体的操作流程可实现连续供氧因煤化工氧气的消耗量大、压力等级比较高(8.5MPa),传统的外压缩流程已不适合,因此采用了液氧内压缩流程,用进口的高压液氧泵(克瑞斯大高压液体泵)代替了氧气压缩机且在线冷备用,若运行泵出故障,则备用泵在10s内自动达到工作负荷,所以内压缩流程的可靠性较高。内压缩流程取消了氧压机,因而无高温氧气,火险隐患小,安全性好。主冷机大量抽取液氧,保证碳氢化合物的积聚可能性降到最低程度。产品液氧在高压下蒸发,使烃类物质积累的可能性大大降低。特殊设计的液氧泵自动启动与运行程序,可有效地保证装置的安全运行与连续供氧。其优点为:投资小、占地面积小、安全可靠。由于采用从主冷机直接抽取液氧,增加了主冷机液氧的循环倍率,使得主冷机内碳氢化合物的含量非常低,从而防止了因碳氢化合物的聚积导致的主冷机爆炸事故的发生。2.7电子保护装置空分装置采用HoneywellPKS集散控制系统(DCS)进行生产控制。空压机组的控制系统(CCS)选用西门子控制系统,用于机组的调速、防喘振、联锁保护及常规控制。空压机透平设置了电子超速保护装置。空压机组的状态监测采用了本特利3500系统,该系统与CCS、DCS通过MODBUS进行协议数据通信,机组的轴位移信号引入了机组联锁控制。3提升氧提取率,提高系统性能从以上分析可以看出,该项目具有3个特点。(1)工艺先进。采用了目前空分行业最先进的工艺,使得氧气提取率达到99.78%、装置单位能耗仅为0.605kW·h/m3,达到国际先进水平。(2)设备配置高。关键设备均为进口的国际知名产品,从而确保了装置运行的可靠性、安全性和平稳性。(3)控制系统可靠。采用了先进的DCS集散控制系统和CCS压缩机控制系统。4新型吸附器和高效的吸附剂该装置在净化单元的设计上还仍有不足之处,目前只能使用卧式分子筛吸附器。由于空分装置规模的不断扩大,分子筛吸附