合成氨装置变换运行中出现的问题及对策

合成氨装置变换运行中出现的问题及对策

杨豹刘天亮

安徽晋煤中能化工股份有限公司

前言

晋煤中能二期200kt/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，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700t/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540kPa，其中变换系统进口处一台气液分离器S2001阻力最高时达到40kPa。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5000mS/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30m高，这条输水管线送往气化需要经过管廊几个拐角，有近400m远，输送管线长，阻力大，变换汽提塔压力需要控制在0．6MPa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16m3更换减少为12m3，阻力由70kPa降为20kPa。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40kPa降到10kPa以下。

由于喷水净化器内瓷球粉化，粉末带进3#变换炉Ｒ2003阻力上升到120kPa。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6mm扩大到8mm等，阻力由停车前的150kPa降为20kPa;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DN25mm，水温240℃，流量1．0m3/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10kPa左右。

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320kPa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(100kPa)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50mm扩大至80mm，避免其产生汽蚀现象。

4改造后效益

变换系统经改造后，降低了变换阻力，低温甲醇洗系统压力提高后，甲醇吸收能力提高，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2.6MPa提高至2.8MPa，降低了合成汽轮机的蒸汽消耗，蒸汽消耗由原来31000kg/h降至29000kg/h，经济效益明显。按全年320d有效生产时间、4.9MPa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＜240kPa，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320kPa左右，为合成氨装置系统长周期稳定运行提供了保障。

参考文献

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