大型深冷工艺要点问题及改善对策

李小伟 ,佟凌芳,佟凌峰

内蒙古易高煤化科技有限公司   017100

摘要：随着我国深冷分离技术应用的增多，深冷分离普遍存在冷箱冻堵，换热效果差等问题；对于以上的问题进行分析，总结；通过技术改进、回收等措施，使其达到节能减排，操作过程简单，合成气冷箱达到设计产量。下面以某深冷分离分子筛、冷箱为例，对其运行情况及存在问题进行分析冷箱压差上升，换热效果差，分子筛切换气量波动大，工艺超指标，过滤器过滤效果差等,通过改进过滤器,更换分子筛,冷箱爆破吹扫,优化分子筛操作等措施,保证冷箱压差稳定和良好的换热效果。

关键词：冷箱、分子筛、冻堵、改善对策

在我国煤制合成气化工中大型深冷工艺使用非常普遍，冷箱的基本结构是板翅式换热器，他能把几组物料根据不同升降温度的需求组合在一个设备内。由于冷箱具有结构紧凑，通热量大，传热量温差低等优点。其使用范围逐步增大，特别在乙二醇装置中要求高，深冷冷箱冷量回收及利用上发挥了重要作用。

一、概述

该项目为某化工24万吨/年合成气制乙二醇的前工序，工艺分为原料气净化系统和CO 提纯冷箱系统。原料气净化系统是利用纯化器内吸附剂在不同压力和温度下吸附容量存在差异及选择性吸附的特性来将原料气中的 CO2、H2O 脱除,达到原料气预处理的目的;CO提纯冷箱系统在制冷工艺上，主要采用产品CO节流制冷的工艺原理为整个系统提供冷量。利用混合气中各组分凝点的不同,经过部分冷凝工艺冷凝下来的低温CO液体在CO精馏塔中精馏提纯。产品液体CO经节流阀送入CO精馏塔顶部,为冷凝器提供冷源，同时自身得以汽化,汽化后的CO经板翅式换热器复温后出冷箱,进入CO压缩机增压至产品所需压力。

二、简易流程

三、运行情况及存在问题

冷箱由于结构上的特殊性，致使他存在易堵塞的缺陷。在国内冷箱由于堵塞而导致冷箱报废的事故时有发生。堵塞会使其使用效果换热变差，达不到效果设计的换热能力，从而造成动力消耗增加和生产负荷受限。

冷箱压差变高，换热效果差的原因：

1. 纯化器分子筛再生不完全，原料气中的CO2随着时间运行推移，分子筛饱和穿透，co2进入冷箱冻结在管壁。
2. 进冷箱前的粉尘过滤器滤芯孔径大或损坏，微小粉尘附着在冷箱管壁。
3. PSA制氢的解析气经螺杆式压缩机油与气的混合打压气液分离后CO2含量变高进入冷箱。
4. 冷箱设计不合理，脱甲烷塔作用不突出，另现补充冷量液氮消耗大等等。

原料气净化系统不完善，设计未能满足工艺需求，原因如下：

1. 干燥器分子筛装填量小。
2. 干燥器程序有缺陷。
3. 再生气只满足再生解析的一个条件。
4. 阀门质量缺陷等。

四、改善对策

合成气经过冷箱节流制冷气体中的CO随着温度的下降，-185度时变成液态，以及凝固点温度较高的物质（如含有二氧化碳凝固点-56度），也会因为温度降低而逐渐析出并附着在冷箱内。运行时间长期附着物累积增多造成冷箱换热效果差，阻力增大。严重会造成冷箱冻堵，装置停车。对于运行情况及存在问题原因分析提出改善措施：

1. 在工艺包选用上合成气深冷分离前工序因考虑经济成本能耗等因素，选用水溶液脱出杂质CO2，从而进入纯化器分子筛含有微量的水分，水对分子筛相对甲醇比更有附着力和破坏力，不易解析，易使分子筛粉化；前工序的CO2处理低温甲醇洗更加出色，微量甲醇更容易解析。
2. 对于纯化器装填量小可通过计算分子筛吸附CO2量技改请购满足要求的纯化器。
3. 某深冷分子筛时间程序为：吸附、升压、加热、冷却、泄压，在进行切换时会造成原再生好的的纯化器中气量瞬时进入冷箱，造成气量波动过大，需改进阀门开关速率，增设并联运行等。
4. 对于分子筛低温、高压有利于吸附，高温、低压有利于解析，而某深冷分子筛再生为高温，跟原料气同压进行再生，缺少一条件从而再生不完全，而补充这一条件就要将原再生气是从冷箱出来的闪蒸汽经压缩机打压完作为再生气去纯化器分子筛再生改为从冷箱出来的闪蒸汽直接作为再生气去分子筛再生完再经压缩机打压并回前工序。同时还需考虑的是分子筛程控阀要求高，无内漏，承受高压差等要求，符合条件有如轨道球阀等。
5. 进冷箱前的最后一道保障为粉尘过滤器，因气量波动大，或滤芯设计材质缺陷等未完全过滤掉粉尘，造就冷箱换热效果差，需改进滤芯或新增一台来回切换及时清理来保证冷箱。
6. PSA制氢的解析气经螺杆式压机提压进冷箱，油气混合再分离时由于压缩产生高温使其产生油烟气，而油烟气的主要成份为CO2，进冷箱导致冻堵，换热效果差。改善措施为压缩机采用无油完全隔离无污染型(离心式等），或在其出口增设分子筛再次吸附CO2解析再生。
7. 深冷分离如有上述现象均会造成能耗高，产生生产瓶颈，分离效果差，回收率不高等等，而冷箱出现这样情况解决方案就得更换冷箱，冷箱反式爆破吹扫，化学清洗等。更换冷箱，化学清洗成本太高费时费力，还有可能损失设备，最为稳妥的方法就是吹扫，虽然吹扫做不到彻底的清理但能大大改善。根据具体情况决定。
8. 对于现冷箱里的CO回收率低，脱甲烷的分离效果不明显来看可通过设计CO精馏塔将压力设计为高中低压，回流节流制冷到塔顶气化提纯的CO>98.5%为低压，塔底液相为高压，经节流至脱甲烷塔为中压，再通过精馏原理变至低压CO>98.5%节流制冷为整个冷箱提供冷量。同时脱出甲烷，甲烷中含有大量CO可通过技改送回至前工序回收利用。提高压力，分段节流可使混合气相中的两种或多种物质的熔沸点提高，间距扩大，节省能耗控制成本，以较低的能耗，达到分离的效果。多次分段节流制冷可节约外补冷量液氮的消耗。

四、总结

原料气中的杂质含量直接决定了冷箱的能耗，并随着杂质的附着含量增多也明显呈线性能耗增大趋势，所以减少进气中的杂质是解决冷箱能耗，提高CO回收率，节能环保的重要措施。根据不同的工艺需求，气相工艺选择合适的工艺路线，合理利用了原料气，达到了节能减排，为公司减少能耗，进一步持续发展。

参考文献

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《化工装置实用操作技术指南》（HG20231-2014）

《气体深冷分离工》化学工业出版社  陈兆元 主编