甲醇联氨装置氢氮比调节问题改进简

甲醇联氨装置氢氮比调节问题改进

刘珍 ， 年里珂

(河南能源化工集团煤气化公司 义马气化厂 ， 河南 义马472300)

摘要：氢氮比是合成氨生产过程中一个极为重要的控制指标，直接影响到合成氨产量、能耗、原料消耗及生产过程的稳定性。根据合成氨装置在试车过程中氢氮比调节遇到的问题，进行原因分析，并提出相关的改进措施。

关键词：氢氮比 ； 调节 ； 改进

中图分类号：TQ050.7文献标识码：B

收稿日期：2014-09-27

作者简介：刘珍(1986-)，助理工程师，从事化工生产管理工作，电话：13419831125。

义马气化厂12万t/a合成氨装置采用甲醇弛放气联氨工艺，来自甲醇的弛放气经过膜分离、变压吸附装置提出纯度99.9%、压力2.2 MPa的氢气，再与来自空分的2.2 MPa中压氮气混合成新鲜气，经过离心式压缩机压缩后送入氨合成系统进行反应，装置的工艺流程见图1。合成氨新鲜气氢氮比控制采用比率自动调节，设定氢氮比，氮气量随氢气量变化通过氢氮比调节阀FV630003自动调节。在装置试车过程中，氢氮比大幅度波动，对压缩机组的运行及催化剂的升温还原造成了一定的影响，本文将根据实际生产操作情况介绍合成氨氢氮比调节遇到的问题及相关改进措施。

图1　装置的工艺流程

1存在的问题

合成氨原料氢气、中压氮气通过管线直接混合成新鲜气，无混合缓冲装置。在合成氨装置试车过程中，氢气、氮气流量呈周期性脉动，新鲜气氢氮比大幅度波动，氢氮比调节阀FV630003在手动和自动状态下均无法控制新鲜气氢氮比稳定，导致离心式压缩机进口新鲜气组分呈周期性波动。由于离心式压缩机组受吸入气体组分变化的影响较大，所以造成压缩机运行时始终处于不稳定状态。当新鲜气组分中氢气含量偏高时，机组运行落入防喘振区。气体组分波动频率高，防喘振阀、回流阀频繁打开，机组打气量波动大，导致合成氨系统新鲜气补入量及组分波动大，严重限制了入氨合成塔循环气中氢氮比的调整，对离心式压缩机组运行、氨合成装置的升温还原及正常生产有较大影响。同时，由于整个系统的波动，导致变压吸附产品氢气压力调节阀PV619B05频繁打开放空，变压吸附产出的氢气量不能完全消耗，不仅造成了原料的浪费，而且加剧了系统的波动。

2原因分析

2.1　工艺操作原因

中控人员操作离心式压缩机的经验较少，机组提速与升压操作未匹配好，导致机组运行频繁靠近防喘振线，防喘振阀频繁打开，造成机组负荷波动，合成氨系统新鲜气补入量波动，循环气中氢氮比失调。另外，氢气流量由氢气管线上DN250的截止阀控制，阀门较大，合成氨负荷低，现场人员手动操作阀门时幅度偏大，对氢气流量影响较大，新鲜气氢氮比调节阀FV630003无法及时跟踪调节。

2.2　工艺参数波动

在实际生产操作中，氢气、氮气压力的上下波动也会导致新鲜气氢氮比的失调。氢气压力由变压吸附系统放空阀PV619B05自动控制，氢气压力呈周

期性波动(约180 s波动一次)；而合成氨用的氮气由空分中压氮气管网提供，如果管网上其他用户用量变化也会导致氮气压力波动。

2.3　设计缺陷

氢氮比调节阀FV630003及氢气流量手动控制阀调节精度差。在实际生产操作中，氢氮比调节阀FV630003(调节氮气流量)口径选择偏大，开度由2.4%变化为2.5%，氮气流量就有4 000~5 000 Nm3/h的变化，调节阀调节精度低，控制性能差，而且容易受系统冲击和振荡，不能够准确地调节氮气流量。另外，氢气流量由氢气管线上DN250的截止阀手动调节，也不能及时准确地调节，并且增加了操作人员的劳动强度。

3氢氮比调节的改进措施

新鲜气氢氮比的波动致使合成氨循环气中氢氮比失调，延长了催化剂的还原时间，影响了机组的平稳运行，增加了装置操作的难度。为此做出了相应的改进。

3.1　稳定工艺参数

根据变压吸附产品氢气压力波动趋势，总结压力变化规律，调整放空阀PV619B05的PID参数，同时，与生产调度做好沟通协调，稳定氮气压力，减小氢气、氮气压力的波动对新鲜气氢氮比调节的影响。

3.2　改进氢氮比调节装置

在升温还原结束，系统隔离后，合成氨氢氮比调节装置进行了技术改造。将原设计DN150的氢氮比调节阀组FV630003技改成DN100的调节阀组；并将原DN150的氢氮比调节阀组FV630003安装到氢气管线DN250手动阀前，来保证氨合成压缩机进口氢气压力、流量的稳定，见图2。

图2　改造后的氢氮比调节装置

3.3　加强培训，优化操作

加强员工理论知识及实践操作培训，优化离心式压缩机组的操作，严格按照“先升速后升压，升速升压交替进行”、“先关低压缸防喘振阀再关高压缸防喘振阀”的原则，防止压缩机运行进入喘振区域，控制压缩机入口新鲜气的压力低于氢气、氮气压力，保证氢气、氮气始终处于吸入状态。

4结束语

改造后的氢氮比调节装置投入正常生产后，新鲜气氢氮比调节准确稳定，能够根据生产要求及循环气中氢氮比的变化更快、更准地调整新鲜气的氢氮比，减小了系统的波动。改造后正常生产的新鲜气、循环气分析指标如表1所示，数据为2014年8月份及9月份部分数据。

表1　新鲜气、循环气分析指标　　　　%

新鲜气、循环气组分的稳定也保证了合成气压缩机运行稳定，合成氨负荷稳定，机组能耗下降，原料消耗减少，吨液氨耗高压蒸汽由改造前3.4 t降低到改造后1.68 t，吨液氨耗氢气由改造前2 290 Nm3降低到改造后1 950 Nm3，实现了装置安全平稳节能生产。另外，改造后，新鲜气氢氮比调节可以实现自动控制，氢气流量也可以通过调节阀进行调节，也大大减轻了工艺操作人员的劳动强度。