不透性石墨換熱器在降低壓縮機(jī)一入半水煤氣溫度中的應(yīng)用

鄧芝強(qiáng)

（南通貝思特石墨設(shè)備有限公司，江蘇 南通 226011）

造氣生產(chǎn)的半水煤氣經(jīng)洗氣塔冷卻進(jìn)入氣柜，經(jīng)脫硫塔、洗氣塔、靜電除焦塔除去硫沫及煤焦油后直接進(jìn)入分離器分離水，之后進(jìn)壓縮機(jī)一入總管。

多年來，在我國平原及南部夏季氣候比較炎熱的地區(qū)，壓縮機(jī)一段人口的半水煤氣溫度在夏季較高，一般在40～45℃，有的地區(qū)甚至高達(dá)50℃，導(dǎo)致壓縮機(jī)打氣量大幅下降，合成氨電耗直線上升。針對該問題，為了減少因夏季溫度給生產(chǎn)帶來的影響，必須對半水煤氣采取降溫措施。

1 工藝流程的選擇

1.1 直接冷卻［1］

半水煤氣本身就是含有飽和水蒸汽的濕煤氣，可與水直接接觸，因而選用直接接觸式冷卻塔，這樣傳熱效率高，可以較大限度地利用水的冷量來達(dá)到降低半水煤氣溫度的目的。

填料塔是使用最廣泛的直接接觸式的氣液傳質(zhì)及傳熱設(shè)備，由填料、塔內(nèi)件和塔體構(gòu)成。半水煤氣在壓力差的推動(dòng)下，自下而上通過填料間的間隙由塔的底部流向頂部，設(shè)置在塔頂部的除沫裝置分離出塔煤氣中夾帶的水滴、液膜。一次冷卻水自填料層頂部分散后，沿填料表面流下而潤濕填料表面形成液膜。氣液兩相間傳熱是在填料表面的氣液相界面上進(jìn)行的。工藝流程如圖1。

圖1 直接冷卻半水煤氣

填料塔具有操作彈性大、阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)一次冷卻水的用量相當(dāng)大，冷卻效果受制于一次水的溫度限制，并且合成氨有效氣體的損失增加。出塔的一次水溫度升高后進(jìn)入造氣循環(huán)水繼續(xù)使用。

1.2 間接冷卻

1.2.1 冷媒來源于液氨氣化

對于聯(lián)堿或生產(chǎn)硝酸銨的企業(yè)，可以直接用低溫的氣氨作為冷媒來冷卻溫度較高的半水煤氣，換熱后的氣氨再去聯(lián)堿吸氨崗位或硝酸銨吸氨崗位。

在聯(lián)堿合成去吸氨的氣氨管路上串聯(lián)氣氨冷卻器，由低溫的氣氨冷卻一入半水煤氣后送入聯(lián)堿吸氨工段［2］。工藝流程如圖2。

圖2 氣氨冷卻半水煤氣

另一種方法是將液氨氣化在氨冷器中與脫鹽水進(jìn)行換熱，降低脫鹽水的溫度后，再用脫鹽水與半水煤氣進(jìn)行換熱，降低半水煤氣溫度，溫度升高的脫鹽水循環(huán)回到氨冷器中降低溫度后循環(huán)與半水煤氣進(jìn)行換熱［3］。工藝流程如圖3。

圖3 脫鹽水與半水煤氣進(jìn)行換熱

1.2.2 冷媒來源于溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組

有尿素裝置的企業(yè)在減少循環(huán)冷卻水的同時(shí)可以通過溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組制得7℃的冷水來對半水煤氣進(jìn)行降溫。

尿素裝置的一吸冷卻器換熱脫鹽水的低位熱能不能得到充分回收，多余部分熱水利用循環(huán)冷卻水進(jìn)行降溫，如果將該熱水用于溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組回收該工段低位熱能，不僅可以降低半水煤氣溫度，還可以節(jié)約該工段循環(huán)水用量［4］。該工藝投資相對較大。工藝流程如圖4。

圖4 溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組循環(huán)水冷卻半水煤氣

1.2.3 冷媒來源于低溫一次水

我國大部分地區(qū)的企業(yè)用水依靠地下水，地下水溫度一般溫度在18℃左右，該水需經(jīng)過軟化處理才能使用。在軟化處理使用前，將該水用于半水煤氣降溫是個(gè)很好的選擇。這樣做的作用是不僅降低了半水煤氣的溫度，同時(shí)軟化水的溫度升高到27℃去給鍋爐使用。工藝流程如圖5。

圖5 地下水冷卻半水煤氣

2 換熱設(shè)備的選擇

半水煤氣雖然經(jīng)過了脫硫塔、洗氣塔、靜電除焦塔凈化，仍含有較多的焦油、煤灰等雜質(zhì)，且硫化氫含量、水蒸汽的分壓都比較高，這都決定了半水煤氣換熱器容易堵塞、腐蝕、傳熱效果較差的特點(diǎn)，這也是脫硫工序普遍采用氣液直接接觸的方法來冷卻半水煤氣的原因，所以換熱設(shè)備選取時(shí)必須考慮以上因素。

不透性石墨是一種由人造石墨及合成樹脂通過浸漬、壓制、澆鑄等方法制得的新型結(jié)構(gòu)材料，利用不透性石墨材料制作的換熱設(shè)備用于半水煤氣的換熱具有以下特點(diǎn)：

1）具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性能。除了強(qiáng)氧化性酸及堿外，對大部分化學(xué)介質(zhì)都是耐腐蝕的，特別是對含氯離子的介質(zhì)。

2）具有極高的導(dǎo)熱性能。石墨的導(dǎo)熱系數(shù)為（100～110）W／m·K，其導(dǎo)熱系數(shù)和銅、鋁相仿，是普通碳鋼的2.5倍以上，是不銹鋼的6倍以上。

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3）在熱穩(wěn)定性方面，石墨的使用溫度可達(dá)到170℃，且其熱膨脹系數(shù)很小，大約為（0.40～4.5）×10－6／℃，不容易受溫差應(yīng)力的影響。該石墨換熱器的石墨管兩端采用無粘接連接，做到每根管束都能自行進(jìn)行熱脹冷縮，徹底消除了管板與石墨管之間的內(nèi)應(yīng)力，大大減少了設(shè)備損壞和維修的幾率；石墨管束能夠做到現(xiàn)場更換，保證了設(shè)備有效面積不減少，確保了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

4）由于石墨管內(nèi)外壁很光滑，其絕對粗糙度僅是金屬管的1／20～1／50，阻力降不超400Pa；且石墨屬于非金屬，決定了石墨管跟大多數(shù)介質(zhì)之間“親和力”極小，不會(huì)污染介質(zhì)，管壁也不易結(jié)垢，因而大大的擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

用于半水煤氣的冷卻最大的優(yōu)勢就是解決了焦油掛壁影響換熱效果的問題。

5）與處理同樣半水煤氣量的不銹鋼列管換熱器相比較，價(jià)格只有后者的一半。

3 結(jié) 論

由于直接冷卻消耗大量不可回收的一次水，且有效氨損失增大，半水煤氣的降溫還是以間接冷卻為主。換熱設(shè)備選擇投資小，阻力降小的不透性石墨換熱器，無論選擇哪種工藝，半水煤氣的溫度都可以下降10℃左右，可以大大提高壓縮機(jī)的打氣量，增加合成氨裝置能力，節(jié)約合成氨的電耗。

各個(gè)企業(yè)針對自己實(shí)際情況，合理利用低位熱能來降低半水煤氣的溫度，更可以起到事半功倍的效果。

［1］ 白仁川.半水煤氣直冷塔的計(jì)算與設(shè)計(jì)［J］.化肥設(shè)計(jì)，2010，48（2）：11－15

［2］ 王淑云.聯(lián)堿生產(chǎn)中不同品位冷量的合理利用［J］.純堿工業(yè)，2009（4）：11－13

［3］ 劉力源，寧海文.降低壓縮機(jī)一入煤氣溫度的技改小結(jié)［J］.化肥設(shè)計(jì)，2010，48（6）：57

［4］ 張毅，孔祥一.溴化鋰制冷機(jī)組運(yùn)行情況總結(jié)［J］.化肥工業(yè)，2012，39（2）：67－68