丙烯压缩制冷与氨压缩制冷对比

丙烯压缩制冷与氨压缩制冷对比

王国春

内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰025350

摘要：本文主要对低温甲醇洗配套制冷系统进行了介绍，并且对目前常用的丙烯压缩制冷与氨压缩制冷进行经济技术比较，择优选择适合煤制氢项目低温甲醇洗的配套制冷系统。

关键词：丙烯压缩制冷；氨压缩制冷；对比

引言

随着生活的提高，人们对天然气的使用量在增加，也要有环境保护意识。氨无毒，但它有强刺激性气味的有毒物质，空气中若达到5.3毫钠时，人就有反应。氨对水的溶解度极高。溶解后成碱性有较强的腐蚀性。被人吸入会发生肺水肿，严重的甚至会死亡，同时也会对人体造成伤害。而丙烯无毒，对人体没有伤害无腐蚀性的，可以安全使用。

1、制冷技术分析

煤制天然气配套的低温甲醇洗工艺装置使用的丙烯压缩制冷的装备有水煤浆气化装备、合成气体的净化装置，气化主要是用“非催化部分氧化法”工艺流程，以氨气和丙烯为生产原料，与氧气和水在高强度的强温强压下进行气化反应产生粗合成气体后的净化装置。在合成气体的装置同时，合成气体后经过一氧化碳耐硫交换单位制取交换器，然后在经过酸性气体去除单位二氧化碳和硫化氢等酸性的气体组成成分，而后在得到粗氢气，最后再经过甲烷化单位制取来满足炼厂所需要的氢气。煤制冷的装备中酸性气体的制取去除单位主要是采用低温甲醇洗工艺，这个工艺它需要一定量的冷量补充来确保甲醇在较低的温度下能保证对酸性气体的组成成分有很好的吸收作用，所以我们需要配套的新型的制冷装备，来供给冷量。现在制冷技术主要是吸收制冷、压缩制冷、混合制冷。

从对多个采用氨吸收制冷的化工企业调研结果看，氨吸收制冷的稳定性不如压缩制冷，制冷效果常达不到理想状态；工艺流程较长，设备多，占地面积较大。吸收制冷要消耗大量蒸汽和循环水，制冷效率较低，只有在流程中有大量低位热能或低压蒸汽找不到用途时，才显示其优越性。根据本项目蒸汽平衡情况，无多余的低压蒸汽。压缩制冷技术比较成熟、应用范围广泛，大型的压缩制冷系统通常采用离心式压缩机，其制冷量大、可靠性高、结构紧凑，占地面积小。煤制氢项目变换单元通常副产4．1MPa中压（绝压）蒸汽，可用于驱动离心压缩机。

2、工艺流程对比

2.1、丙烯压缩制冷流程

对于丙烯冷却器来说，它的壳流动的是气态的丙烯，管内流动的是循环水，再考虑到换热管会炸裂的情况，我们在循环水管道上按照了安全器，利用高压液体再低压下蒸发，在等温度从外界获取热量，利用液体的气化的相互变化的热吸收热量，来达到制冷的效果，蒸发器里面的液体吸热后会蒸发成气现冷凝压力至蒸发压力的压降，同时控制制冷剂的流量。感温包的饱和蒸汽压力Pb，弹簧给针阀向上以压力Pt及冷冻剂进入蒸发器是压力P0，三者维持一动态平衡即Pb≥P0+Pt。当感温包检测出蒸发器的低压气态冷冻剂温度升高，由于热涨原理Pb增大，针阀向后移动膨胀阀开度增加，进入膨胀阀冷冻剂量增加，气化吸热后，感温包处检测到冷冻剂温度降低Pb减小。

机组因入口压力低报联锁停机，在检查冷媒量正常后，首先怀疑膨胀阀故障，由于膨胀阀杂物堵塞或结冰堵塞将导致冷冻剂不能顺利进入蒸发器，冷冻剂循环量降低，进而会使压缩机入口压力低报。通过检查更换冷冻剂干燥器滤芯，未见干燥器滤芯内有明水或杂质，判断膨胀阀未堵塞。

膨胀阀过热度设置不当，也可导致机组工作异常。由于膨胀阀调节螺钉设置不当，即Pt值过大，也可导致进入蒸发器冷冻剂量不足，引起冷冻机入口压力低报。通过手动间歇调整调节螺钉，压缩机工况未好转，排除膨胀阀设置不当原因。

2.2、氨压缩制冷

氨压缩机为三段压缩，从低温甲醇洗单元来的－40℃饱和氨气进入压缩机一段入口分离罐，分离气体中的液相后，氨气进入压缩机一段进行压缩，一段压缩机出口氨气温度为139．2℃、压力（绝压）为0．414MPa；通过冷却器降温至43℃与从氨过冷器来的4℃闪蒸氨气一起进入压缩机二段进行压缩，二段压缩机出口氨气温度为105℃、压力（绝压）为0．748MPa；通过冷却器降温至43℃进入压缩机三段进行压缩，三段压缩机出口氨气温度为146℃、压力（绝压）为1．912MPa。压缩后的高温高压氨气经压缩机出口冷却器、冷凝器被循环水冷却、液化成液氨，随后进入液氨收集罐。收集罐中的液氨经氨过冷器利用氨自身闪蒸冷却到10℃，送往低温甲醇洗的各个蒸发器（蒸发温度为－40℃），闪蒸的氨气约为4℃、压力（绝压）为0．495MPa，进入压缩机二段入口分液罐分液。从低温甲醇洗蒸发器出来的－40℃气氨返回一段入口分离罐，分离后的气体送入压缩机一段入口，该罐对应压力（绝压）为57．4kPa，然后进入二段和三段压缩，由此构成整个氨压缩制冷循环系统。

氨压缩机压比较大，且氨的绝热指数比丙烯大，氨压缩后升温较快，为了控制氨压缩机每级出口温度、提高压缩机效率，氨压缩机选择三级离心式压缩机并设置级间冷却器；丙烯压缩机的压比较小，采用两级压缩，一段出口温度较低，不需设置级间冷却器。

3、能耗、操作费用对比

3.1、丙烯消耗的分析

丙烯制冷压缩机的一段入口温度和二段出口压力是主要控制指标，影响该指标的因素除了压缩机转速和冷凝器冷凝效果外，还有系统中的氮气含量。冷冻站系统原始开车前或退丙烯检修后开车，必须先进行气密性试验、氮气置换。按常规设计，氮气置换合格后，系统引入丙烯，丙烯的引入一般采用7．0MPa中压氮气压入系统丙烯储罐和闪蒸罐。这一系列过程使得系统中充入了大量的氮气，丙烯压缩机开车后，氮气作为不凝气存在，在向低温甲醇洗系统供冷量前，应将氮气排放掉，保证丙烯纯度达到99．2%(体积分数)以上，故损失了大量的丙烯原料，还严重污染了环境。另外，按原设计，丙烯压缩机开车前，一级密封气也是用0．4MPa氮气作为气源，通过增压泵加压后供一级密封气，一级密封气大部分进入压缩机丙烯气体侧，并从出口排出进入系统，这也使氮气进入丙烯介质。

3.2、氨压缩制冷能耗分析

氨压缩制冷的主要设备投资略高。氨压缩机的进气量虽然较小，但由于其选用的是三段压缩，导致压缩机的价格较高；丙烯压缩制冷的循环气量较大，导致其罐的尺寸略大一些，且丙烯压缩制冷系统部分罐、换热器的设计温度较低，材料价格高一些，因此丙烯制冷系统换热器、罐的投资较高。

结论

制冷系统的选择还应考虑可利用的公用工程设施。本项目如采用氨制冷系统，则需要新增氨火炬及液氨储罐，附加投资较高，而采用丙烯制冷则可利用煤制氢装置低压火炬，附加投资较少。

丙烯压缩制冷和氨压缩制冷都有较多的应用业绩，技术成熟可靠，并有各自的优势。采用何种方式的制冷技术需结合项目制冷规模、提供冷量的温度，进行能耗、投资对比，择优选定。

制冷剂的选择还需考虑制冷剂的来源情况，合成氨项目以氨作为制冷剂来源方便，选择氨做制冷剂更合适；而对于煤制烯烃和煤制甲醇项目，选择丙烯做制冷剂有其优越性。

参考文献：

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