合成氨尾氣生產LNG項目的工藝運行總結

朱星科

(甘肅金昌化學工業集團有限公司，甘肅金昌 737000)

合成氨尾氣生產LNG項目的工藝運行總結

朱星科

(甘肅金昌化學工業集團有限公司，甘肅金昌 737000)

通過對我公司合成氨尾氣生產LNG項目的工藝生產試運行，對試運行過程中出現的問題進行分析、判斷，逐步解決一些工藝運行問題，使該項目工藝運行趨于正常。

合成氨尾氣；LNG；工藝運行；總結

合成氨是化學工業的基礎，也是我國化學工業發展的重要先驅，在我國國民經濟中發揮著重要作用。在合成氨生產過程中合成氣循環使用，甲烷濃度不能過高，因此必須有部分含氨、甲烷等尾氣排放(弛放氣)，以控制甲烷濃度，保證氨合成反應的正常進行。弛放氣主要成分是甲烷、氫氣和氮氣。甲烷是一種溫室氣體，每噸甲烷造成全球暖化的威力比二氧化碳高出25倍，以前的弛放氣處理方式一般為直接排放或膜提氫后送至鍋爐燃燒，造成環境污染和資源浪費，增加合成氨消耗。因此，我公司于2012年采用中國科學院理化技術研究所提供的深冷分離工藝，充分利用合成氨尾氣中的有效組分，將甲烷提純液化得到LNG產品，副產的氫氮氣可返回系統作為合成氨原料。該項目試生產運行后產能達不到預期效果，生產中不斷出現問題，通過崗位操作人員不斷摸索操作經驗，現在生產逐步穩定，產能逐步提高達到設計要求。本文就合成氨尾氣生產LNG項目生產運行中出現的問題、原因及解決辦法逐一分析、總結。

1 工藝流程

1.1 工藝流程圖

本項目工藝生產裝置主要包括：脫水、液化分離和產品輸送、控制及安全系統。工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 合成氨尾氣生產LNG工藝流程簡圖

1.2 工藝流程簡述

合成氨膜提氫尾氣先通過吸附塔進行干燥凈化，凈化后的膜提氫尾氣溫度約40 ℃，壓力約5.4 MPa，進入冷箱，依次經過一級板翅式換熱器、二級板翅式換熱器充分換熱后經過初步減壓至0.8 MPa后，進入低溫氣液分離器，以氫氣、氮氣為主的氣態流體從分離器頂部出來，進入二級換熱器復熱后進入氣體透平膨脹機膨脹降溫后依次進入二級、一級換熱器，最后出冷箱。從氣液分離器底部出來的液體經過二次減壓后，進入低溫精餾塔。在LNG精餾塔通過熱質交換，越往下，甲烷純度越高，最后從塔底出來的液體甲烷純度高于98%，經過二級換熱器過冷器后，成為過冷LNG產品經過減壓送往LNG儲槽。

2 主要設計指標

2.1 原料指標

本項目主要的原料為合成氨的放空氣(即膜分離非滲透尾氣)，由管道輸送至裝置界區，其組成如表1所示。

表1 合成氨尾氣組分及含量

界區壓力 5.5 MPa(G)

界區溫度 35 ℃

界區流量 1 500 Nm3/h

2.2 產品指標

本項目的產品液化天然氣滿足《液化天然氣一般特性GB/T 19204-2003》的技術規格。分離后的氫氮氣組成如表2所示。

表2 分離后的氫氮氣組成

3 主要設備

1)吸附塔

吸附塔采用變溫變壓吸附(PTSA)原理，利用復合床層的吸附劑在不同壓力和溫度下吸附容量存在差異和選擇吸附的特性，脫除工藝氣體中的水分及雜質以滿足LNG單元要求。

2)LNG冷箱

LNG冷箱是液化工序的核心設備，外部是鋼制保溫箱，內裝鋁制板翅式主換熱器，液化器、冷凝器、再沸器及精餾塔，然后充填珠光砂保溫。

4 存在問題及處理方法

1)再生氣分離器不斷帶水，原料氣露點波動大，干燥塔吸附與再生時間段不斷縮短。

項目運行不到一個月便出現此問題，經分析判斷：若再生氣加熱器發生內漏，管內的中壓蒸汽壓力為2.0 MPa，管外的再生氣壓力為0.1～0.3 MPa，在干燥塔加熱步序時，蒸汽串入再生氣，不但起不到干燥分子篩的作用，反而使干燥塔帶水，吹冷步序時再將帶入干燥塔水全部從分子篩吹出來，初步判斷再生氣加熱器可能內漏。

2012年10月底，借助公司合成氨系統全部停車之際，對該崗位再生氣加熱器打壓試漏，水壓試驗壓力為2.0 MPa，結果發現加熱器列管之間有裂縫三處，隨即對裂縫進行了堵漏。

檢修完再生氣加熱器，LNG崗位開車后，再生氣分離器未發現帶水現象，原料氣露點穩定在 -78 ℃左右，生產穩定。

2)再生氣中甲烷含量過高，再生氣一直送入生活氣柜進行燃燒，不能進行氫氣回收進入生產系統，造成有效氣體的浪費。

此問題從開車一直出現，經過幾方面影響因素判斷，懷疑是干燥系統串氣，可能是甲烷含量為30%的原料氣直接串入大量再生氣中。2013年元月對干燥系統及冷箱進出口氣體進行全面取樣分析，結果為冷箱出口的再生氣甲烷含量為7%左右，應該為甲烷含量7%的再生氣通過加熱器、干燥塔、冷卻器、分離器之后去氣柜的甲烷含量也應該為7%左右，但實際通過加熱器的氣體甲烷含量為7%左右，再通過干燥塔的甲烷含量突然升至20%左右，由此判斷在干燥塔前后原料氣串入了再生氣。于是對干燥塔前后的閥門進行摸排分析，最后得出結論為：再生氣進干燥塔的閥門裝反，導致A塔吸附時(塔內2.5 MPa的原料氣)氣體大量串入正在再生的B塔(塔內0.2 MPa的再生氣)。

通過對再生氣進干燥塔的兩進口程控閥調換進出口位置進行重新安裝，從根本上解決了系統串氣現象，原料氣甲烷含量為7%左右，出工段至氣柜的再生氣甲烷仍為7%左右，再生氣全部送入生產氣柜，氫氣得以回收，達到了LNG設計要求，即再生氣回收以生產合成氨的目的。

3)N2系統粉塵、鐵銹過多，N2膨脹機頻繁出現機械故障，LNG崗位頻繁停車。

由于LNG崗位設于公司型煤、造氣作業區附近，周圍生產環境差，而N2膨脹機為精密機械，制N2系統空壓機所吸入的空氣中煤塵較多，粉塵過濾器不能完全除掉吸入的粉塵，一部分粉塵帶入制N2系統，進入膨脹機內，造成膨脹機的嚴重磨損，而且會造成軸承氣壓力在0.65～0.75 MPa之間，被迫停膨脹機，檢修粉塵過濾器。再之，設備安裝時N2系統冷箱外的管道為普通鐵管，內壁鐵銹未經特殊處理，管內的焊渣、鐵銹自開車以來一直存在，雖每次停車都對系統進行吹凈清掃，但一直未得到徹底解決，導致N2膨脹機事故頻發，制約了LNG崗位的長周期運行。

針對以上問題采取如下措施：①利用檢修機會，由儀表空氣總管配一趟空氣管線至空壓機吸入口，從而使進入空壓機的空氣轉為干燥清潔。②在制N2系統之后與壓縮機一段之間的管線上新裝一套粉塵過濾器，確保粉塵不再進入N2系統，防止N2膨脹機的損壞。③利用停車檢修機會，對N2系統冷箱外的管道更換為不銹鋼管道。

經過以上三方面的處理，現階段N2系統內已無粉塵、鐵銹及焊渣，可以保證N2膨脹機長周期穩定運行。

4)N2系統壓差大，損壞N2膨脹機。

正常生產情況下，N2膨脹機增壓端壓力與膨脹機進口壓力壓差應該在0.1 MPa以內，在生產過程中發現隨時間推移，壓差越來越大，膨脹機嚴重損壞。

經分析主要原因為：①進入系統的粉塵、焊渣等進入膨脹機進口前的粉塵過濾器內，導致粉塵過濾器堵塞。②N2壓縮機活塞環為無油潤滑，活塞環與托架、氣缸之間的磨損物(石墨材料)進入膨脹機過濾器導致過濾器堵塞。(注：此粉塵過濾器在冷箱內的下部，若清洗必須放掉冷箱內的全部珍珠巖)

針對上述問題，對冷箱內的珍珠巖全部扒出，對N2膨脹機進口過濾器進行徹底檢查，發現濾網已徹底堵塞，對濾網進行了清理。并自制兩套粉塵過濾器安裝在N2壓縮機二段出口管道上，將管道內的粉塵全部過濾，杜絕將粉塵帶入冷箱內的粉塵過濾器，并且兩套過濾器可一開一備，隨時更換內芯清理，即使前后壓差大也不必要在停車處理，可以隨時清理雜物。現階段對壓縮機二段出口過濾器進行定期清理，從而避免N2膨脹機進口粉塵過濾器、軸承氣過濾器的堵塞問題，可以保證壓差不在增大，崗位不再因此停車。

5)制N2系統干燥塔過小，導致進入系統的N2露點降不下來，開車后冷箱內有水。

通過在制N2系統與壓縮機之間自制一套干燥塔，內裝分子篩，對制N2系統后的N2進行干燥。結果，N2的露點由原來的-45 ℃左右降至-75 ℃左右，工藝指標為-65 ℃，從而避免N2系統結冰，大大縮短了置換時間，為正常開車建立了條件。

5 結 語

該裝置在生產試運行期間通過對以上幾方面問題的判斷處理，現在，合成氨尾氣制LNG項目工藝運行正逐步趨于正常，各項工藝指標和設計產能達到了預期效果，真正實現了將合成氨尾氣中的有效組分甲烷提純液化得到LNG產品，副產的氫氮氣可返回系統作為合成氨原料的循環經濟。

X781.4

B

1005-8370(2017)02-43-03

2016-12-29

朱星科(1976—)，甘肅慶陽人，工程師。1999年畢業于西北師范大學化學化工學院化學工程專業。畢業后一直在甘肅金昌化學工業集團有限公司從事生產技術管理工作。