净化系统运行方式的优化创新

于德玲,韩 强,马凡波

(兖矿新疆煤化工有限公司，乌鲁木齐 830000)

兖矿新疆煤化工有限公司60万t/a醇氨联产项目是由天辰设计院设计，主要产品为30万t/a甲醇，以及30万t/a合成氨配套生产52万t/a尿素。该项目于2012年10月正式投入生产，在8a的实践中，不断对净化装置运行模式进行优化调整以适应系统突发状况，增加系统抗风险能力，减少停车次数。

1 简介

净化装置设计分为甲醇净化及氨净化两部分。其中，甲醇净化装置分为甲醇变换、低温甲醇洗工序；氨净化装置分为氨变换、低温甲醇洗、液氮洗工序；另外配有制冷氨冰机系统及酸性气尾气处理硫回收装置。其中低温甲醇洗装置为2台主洗塔(氨净化及甲醇净化)共用1套溶液再生系统。

甲醇变换采用是配气流程[1],氨变换采用的是中温变换串低温变换流程。

低温甲醇装置采用大连理工大学开发的低温甲醇洗工艺。

硫回收装置采用丹麦托普所公司提供的湿法制硫酸工艺。

简要流程见图1所示。

图1 60万t/a醇氨联产工艺流程简图

2 存在的问题及优化方案

2.1 存在的问题

因各种原因，原有系统有时需要1台气化炉运行，因此一直尝试由1台气化炉的气量维持甲醇、合成氨、尿素3套生产系统的运行。在前系统波动时尽可能减少全系统停车次数，提高系统抗风险能力。

1台气化炉带2套系统运行，每套系统的气量会减半甚至更多，基本在40%～50%负荷下运行。低负荷生产过程中，以下问题限制了新的运行模式长周期安全高效运行。

(1) 低负荷生产时，甲醇变换催化剂出现超温现象[2]，运行温度最高为470 ℃。

(2) 低负荷生产时，低温甲醇洗出口净化气中，CO2体积分数过低(<1%)且不易控制，造成甲醇合成入口氢碳比[3]严重失调，影响甲醇的合成反应。

(3) 低温甲醇洗中产出的成品CO2气量少，不足以满足尿素低负荷生产的需求。

2.2 优化方案

笔者仅就甲醇变换炉超温的问题进行讨论。

甲醇变换为部分变换，为控制其变换深度，通过废热锅炉将变换炉入口的水煤气水气比[4]设计值控制在1.0，但由于废热锅炉换热面积设计过大，造成实际运行时水煤气的水气比过低。

进甲醇变换炉的水煤气水气比实际运行指标见表1，与设计指标偏差较大。

表1 实际生产中水煤气温度与压力对应表

经过计算，进变换炉水气比为0.6～0.7，远远低于1.0的设计值，影响了变换催化剂CO转换率。而进变换水煤气中的水气比约为1.3，与1.4的设计值相差不大，考虑是水煤气废热锅炉设计问题造成了入变换炉水煤气水气比过低。

2.2.1 改造方案

方案一：调整水煤气废热锅炉副产蒸汽。水煤气废热锅炉设计的主要目的就是调整入变化炉水气比。原始设计中，由变换的低压锅炉水泵提供锅炉水，副产的1.3 MPa蒸汽并入1.3 MPa蒸汽管网。如果提高废热锅炉操作压力，无论是锅炉水管线、锅炉水泵、出口蒸汽管线、控压蒸汽阀门都需要重新变更，投资过大。

方案二：水煤气废热锅炉增加副线。水气比过小是由于水煤气废热锅炉换热面积过大造成的，因此考虑增加水煤气废热锅炉副线来调整入变换炉的水煤气水气比。此方案较方案一投资少。

2.2.2 方案实施

计算配置副线管径尺寸要将实际与设计数据相结合。实际运行中，入工段压力为6.0 MPa时，入工段温度为238～239 ℃，出水煤气废热锅炉温度为210 ℃。设计要求出水煤气废热锅炉温度为234 ℃，计算所需副线管径为300 mm。

2.2.3 降低变换炉入口温度

原设计流程中在中温换热器进出口设计有1套自调副线阀组TV2003用于调整变换炉温度。当低负荷生产时将TV2003及副线阀门全开，变换炉入口温度依然为273～275 ℃，变换炉床层出现超温现象。

经过不断摸索最终发现：共同调整进中温换热器的入口工艺气阀和温度自调阀组，变换炉入口温度下降效果更加明显且易于操作。调整后变换炉工艺进出口流程图见图2。

图2 变换炉工艺气进出口流程图

低负荷生产时，温度自调阀组全开，进中温换热器工艺气阀门逐渐关小，将入口温度降至要求，防止变换床层超温。注意：为保护变换催化剂，一般要求进变换炉温度要比露点温度高20～25 ℃，以防止带水入炉，破坏催化剂。

3 结语

对进变换炉工艺气水气比以及变换炉进口温度的调整方式进行优化，使变换系统的操作更加灵活。该改造不仅仅适用于低负荷下变换生产的需求，同时也可应用于变换高负荷生产的调整。经过改造优化，在低负荷生产时，甲醇变换炉床层没有再出现超温现象，为1套气化炉带3套生产装置操作模式的成功奠定了基础。