合成氨装置变换运行中出现的问题及对策

袁慧萍 ， 孙建余

(安徽晋煤中能化工股份有限公司 ， 安徽 临泉　236400)



合成氨装置变换运行中出现的问题及对策

袁慧萍 ， 孙建余

(安徽晋煤中能化工股份有限公司 ， 安徽 临泉236400)

摘要：通过对工艺和设备的不断优化和改进，安徽晋煤中能化工股份有限公司航天炉粉煤气化变换系统的运行周期和稳定性不断提高，从工艺和设备改造两方面对变换系统运行中出现问题进行解决。

关键词：航天炉变换 ； 长周期稳定运行 ； 工艺改造

0前言

安徽晋煤中能化工股份有限公司(以下简称晋煤中能公司)二期200 kt/a合成氨装置于2009年开工建设，2011年12月开始系统联动试车，2012年1月4日投料运行至今。该装置采用航天炉加压粉煤气化技术制气、一氧化碳耐硫变换、低温甲醇洗脱硫脱碳及液氮洗精制，氨合成系统。

1变换系统

根据甲醇和合成氨生产工艺中对变换深度要求的不同，晋煤中能公司二期合成氨装置变换系统采用QDB系列催化剂高水汽比耐硫深度变换工艺，将含CO体积分数高达64%(干基)的粗煤气依次通过4台变换炉进行深度变换，通过调节催化剂装填量和合理分配变换炉上、下段气量来控制变换炉炉温，使变换气中CO体积分数≤0.8%(干基)，满足了700 t/d合成氨装置的工艺要求。流程中设有多台换热器和废热锅炉对热量进行回收利用。

2存在问题

①粗煤气中夹带的大量粉尘，进入变换系统后，粉尘沉积于设备管道及变换炉中，变换岗位的系统阻力也逐月逐年地增加，2013年最高时达540 kPa，其中变换系统进口处一台气液分离器S2001阻力最高时达到40 kPa。在一次停车检修期间，检查S2001丝网里面，发现丝网已经严重堵塞，其排液阀更是在运行中经常性出现堵塞需要维修工清理，否则在遇到粗煤气发生带水现象时，排液阀无法进行排水，易发生变换炉带水事故。

②气化装置灰水系统易结垢，调查原因其中之一是变换岗位分离器S2002、S2003分离的冷凝液中NH3-N含量高，电导率超过5 000 mS/cm，将分离出来的冷凝液再送到变换汽提塔，将溶解在冷凝液中的NH3和CO2解吸出来后送往气化岗位除氧槽。由于气化岗位除氧槽设置在渣水处理框架，离地面约30 m高，这条输水管线送往气化需要经过管廊几个拐角，有近200 m远，输送管线长，阻力大，变换汽提塔压力需要控制在0.6 MPa才能将冷凝液送往气化装置除氧槽。由于汽提塔压力控制高，溶解在冷凝液中的NH3和CO2在汽提塔中不易解吸出来，或是解吸不完全，造成冷凝液碱度偏高，送往气化除氧槽后引起了气化装置灰水系统结垢速率加快，影响了气化装置稳定运行。

3整改措施

①为了稳定生产，保证变换系统安全运行，针对出现的问题，调整了对工艺和设备的不断优化和改进，在2013年11月检修期间采取了对阻力大的几台设备包括脱毒槽R2005、1#喷水净化器S2005、2#喷水净化器S2006、3#变换炉R2003进行技改：将1#变换炉前脱毒槽R2005内吸附剂QXB-1进行更换，由原先的16 m3更换减少为12 m3，阻力由70kPa降为20 kPa。更换喷水净化器S2005、S2006内瓷球，改装填Φ25不锈钢鲍尔环填料，阻力由40 kPa降到10 kPa以下。

由于喷水净化器内瓷球粉化，粉末带进3#变换炉R2003、R2003阻力上升到120 kPa。为此，在停车期间扒出3#变换炉催化剂，过筛除尘重装，清理积灰，对催化剂支撑由原来的支撑梁改用格栅篦子板支撑，扩大集气盒孔眼由6 mm扩大到8 mm等，阻力由停车前的150 kPa降为20 kPa；针对变换系统进口的气液分离器S2001易积灰，丝网堵塞，阻力大的问题，则另外配置一股高压水(管道DN25 mm，水温240 ℃，流量1.0 m3/h)对S2001进行喷淋，这路水一方面起到了清洗粗煤气灰尘的作用，另一方面对粗煤气也起到增湿升温的作用，提高了入变换炉气体的汽气比，节约了变换外加蒸汽量，运行至今，效果良好，S2001的阻力一直稳定在10 kPa左右。2013年变换系统改造前后阻力见表1。

表1　2013年改造前后变换系统阻力　　　　　　　　　　　　　　　kPa

进入2015年后，因为变换催化剂使用寿命进入后期，变换炉阻力有所增长，系统阻力一直稳定在320 kPa左右。

在原有设备基础上，2014年6月变换系统新增1台汽提塔和1台冷凝液增压泵(在汽提塔底部)。将冷凝液中的NH3和CO2在低压(100 kPa)下解吸完全，冷凝液水质合格后，通过增压泵将冷凝液送往气化装置除氧槽。为了确保增压泵稳定运行，将汽提塔内温度控制在100 ℃以下，管径由原来的50 mm扩大至80 mm， 避免其产生汽蚀现象。改造前后变换冷凝液和气化岗位灰水水质见表2。

表2　改造前后变换冷凝液和气化灰水水质

4改造后效益

变换系统经改造后，降低了变换阻力，低温甲醇洗系统的进口压力由原来2.6 MPa提高至2.8 MPa以上，提高了甲醇的吸收能力，吸收甲醇循环量由230 m3/h降至220 m3/h，由于吸收甲醇循环量的降低，减少了低温甲醇洗系统冷量的损失，降低了低温甲醇洗岗位吨氨甲醇消耗，同时降低了低温甲醇洗系统各泵的动力消耗。

由于变换阻力的降低，液氮洗系统出口合成气压力由2.4 MPa提高至2.55 MPa，降低了合成汽轮机的蒸汽消耗，蒸汽消耗由原来31 000 kg/h降至29 000 kg/h，经济效益明显。按全年320 d有效生产时间、4.9 MPa蒸汽成本按150元/t计，全年可节约资金230.4万元。2013年技改开车满负荷生产后，变换系统阻力<240 kPa，达到了改造预期目的。技改后运行至今，仅在2015年7月对脱毒槽吸附剂重新进行更换，变换催化剂使用寿命进入后期，变换炉阻力增长慢，系统阻力一直都稳定在320 kPa左右，为合成氨装置系统长周期稳定运行提供了保障。

作者简介：袁慧萍(1977-)，女，助理工程师，从事生产设备管理工作，电话：15055833899。

收稿日期：2015-10-31

中图分类号：TQ050.7

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2015)12-0048-02