刘海燕1 段玉武2
陕西精益化工有限公司 榆林神木县 719300
摘要：随着“煤炼气”技术的出现，煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制氢、煤制氨等方面的化工产品生产制造获得了快速发展；然而，由于变换冷凝液汽提系统的设计中，变换装置的工艺流程复杂性与合成主要设备的自制性条件限定，仍然存在能源消耗相对较大、产量可提升空间相对较多、环保性能有待优化的实际问题。本文以此为背景，选取变换汽提气热量回收与利用作为研究题目，具体探讨中，介绍了工程概况。分析了低压闪蒸系统和变换汽提系统的工艺流程、运行状况，并以此为基础提出了具体的技改方案，评估了应用技改方案后的效果。
关键词：变换；汽提气；热量回收；利用
以某能源公司600kt／a甲醇项目为例，应用了多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术。其中，气化渣水系统主要以三级闪蒸工艺为准。由于低压闪蒸汽量超过了设计值，热量富余产较多，既造成了噪音污染，也导致了除氧器频率发生放空气带水现象。为了有效解决该问题，本次研究中提出了较有针对性的低压闪蒸气回收利用技改方案。具体分析如下：
1、低压闪蒸汽系统工艺流程及运行状况
首先，气化渣水处理系统三级闪蒸工艺中，第一级闪蒸用于溶解酸性气、回收利用冷凝液和闪蒸热量。第二级闪蒸能够满足热力除氧需求，为气化系统补充水量，溶解剩余气体，。第三级闪蒸为真空闪蒸系统，旨在降温与浓缩黑水，溶解剩余气体。从第一级到第三级闪蒸工艺的操作压力分别为0.78MPa、0.25 MPa、-0.056MPa。
其次，在低压闪蒸系统中设置了低压闪蒸罐，能够针对黑水溶解物及副产低压闪蒸气进行解吸。一方面，将低压闪蒸气用于热力除氧，可以达到热量回收目的，减少气化系统消耗蒸气的问题，实现对冷凝液的回收利用。另一方面，富余的低压闪蒸气相对较多，在这种条件下，造成了除氧器放空气带水现象，由于该现象频繁发生，给系统积累了大量的悬浮物质与离子。同时，激冷水因低压闪蒸气消耗受限，也无法实现增量目标，所以，降低了气化炉负荷，影响了装置的扩能。当外界气温相对较低时，如冬季到来后，设备周围因带出的水而结冰，给运维管理人员造成了较大阻碍。
2、变换汽提系统流程及运行状况
首先，副产氨由气化反应生成，由于氨量较大且易溶于水，所以，造成了废水氨氮排放超标问题。在这种情况下，既增加了企业污水处理成本，也造成了生物菌的大量死亡。变换汽提系统的功能体现在对洗氨塔洗涤液中的氨氮脱除方面。从流程设计方面看，主要包括“洗氨塔洗涤液——液位调节阀——汽提塔（预热段）——列管——汽提塔（汽提段）——汽提塔塔盘。”在列管中，主要与蒸气进行列管换热；在汽提塔塔盘，主要与低压蒸气进行质热交换。变换汽提塔中的低压蒸气为0.5MPa，简单讲，伴随着温度持续升高，在气相中氨分压降低后，洗氨液获得了解吸、释放。最后，硫化氢与氨共同进入硫回收系统。
其次，变换汽提塔由三部分组成，分别为立式列管式换热器、填料层、筛板塔。在上、中、下三塔结构中，上塔汽提后的蒸汽可预热洗氨液；并参与中、下塔中的蒸汽质热交换。随着温度逐层增加，气体分压降压，完成氨解吸。由于低温冷凝液中的氨氮含量在100mg/L以下，可以通过泵加压的方式，以系统补水的方式送入蒸发热水塔蒸发室。目前该公司的实践经验表明，氨氮汽提所需的蒸气消耗量约为3.8t/h。按年计算，假设其运行时间为8000小时，此时总消耗量约为3万吨。
3、低压闪蒸气回收与利用技改方案
首先，从业内实践经验看，在处理方法选择方面差异性较大。主要的方法包括低压闪蒸罐安全阀放空法、真空闪蒸吸收法、换热器冷凝回收法、蒸气喷射泵利用法。虽然方法不同，但是在目标方面存在一致性。因此，其差异主要体现在处理方式方面。经过对比分析后，发现四种方法均有缺陷，或经济性差、或操作复杂、或安全性低、或维护成本大等。所以，该公司在对比分析后，决定扩大生产系统检查范围，寻找合适的技改方案。
其次，气化装置中的低压闪蒸气之所以未能获得有效回收与利用，其主要原因在于低压闪蒸气中存在气量不稳定、细灰。该公司在系统性分析后，选择了用变换汽提塔下塔筛板代替低压蒸汽的办法。具体如下：
（1）设置低压闪蒸压力调节阀，使低压蒸气从阀门前引出。（2）于变换汽提塔调节阀后管线上，设置配管，使低压蒸气可以进入。（3）用温度调节阀代替原来的低压闪蒸压力调节阀，并将其与除氧器水温检测仪表进行关联。同时，于配管上增设压力控制阀，可以确保温度自动控制与压力稳定控制。（4）进入运行阶段，温度调节阀可以按照水温变化情况，为除氧器提供相应的闪蒸气流量，在满足热力除氧的同时，也可以对其增设的低压闪蒸系统进行有效的压力控制。比如，将其控制在0.25MPa后，变换汽提塔就可以将富余闪蒸气全部接收。（5）在变换汽提塔塔底温度信号——蒸气流量调节阀连接的情况下，完成对温度的合理控制（相当于设置了一个自动温度调节控制装置）。简单讲，变换汽提塔吸收了富余低压蒸气量，并且将其转换成了可资利用的热量。
4、技改方案应用效果
首先，通过技改方案，回收的富余低压蒸气，增加了该公司的2开1备蒸气锅炉运行模式下的蒸汽（2.5MPa）富余量。并将富余的热量转用到发电机组（该公司共有1台发电机组，3台150t/h蒸汽锅炉），满足了原始设计中全厂蒸气利用目标，减少了外购电力，节约了用电成本。
其次，技改方案实施后，低压闪蒸气与变换汽提塔汽提气进行转换，变换低温冷凝液氨氮含量并产生较大变化，仍在工艺规范标准限定条件之内。自调阀切换到手动控制操作后，气化装置、变换汽提系统的运行均十分稳定，变换汽提塔内的结垢现象与积灰现象也没有出现。除氧器放空气带水问题获得了有效解决，消除了噪音污染，化解了地面积水与冬季结冰的问题。
第三，技改投资共30万元，技改后变换汽提塔蒸汽（0.3MPa）年消耗量方面共节约30400t蒸气，将其转化为电能，外购电价0.70元/kW·h，根据2.5MPa蒸气计算，可以节约电费共计426.50万元。
结束语
总而言之，变换汽提气热量回收与利用相对复杂。若要较好的解决此类问题，应该从变换装置使用功能与目标定位出发，一方面，科学提高其能源利用效率；另一方面，做好节能降耗技术控制。通过以上初步分析可以看出，在变换汽提气热量回收与利用过程中，不同的项目可以采用不同的方案。结合以往实践经验分析，变换汽提气热量回收与利用效率的提升，既需要以装置本身出发，细致分析其中的低压蒸汽富余可能产生的后果；也应该通过合理的计算与设备改造，满足其改造或优化后的应用功能，保障其热量回收与利用的有效性。因此，建议在实践中，尽量将精细化计算与设备优化改造结合起来，提高装置改造方面的效用生产效率。
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