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150kt/a氨厂无饱和热水塔变换设计与运行总结点击：1746 日期：[ 2014-04-26 21:08:27 ] |
| 150kt/a氨厂无饱和热水塔变换设计与运行总结 陈育 (柳州化工股份有限公司，广西柳州545002) ［摘要］介绍了广西柳州化工股份有限公司150 kt/a合成氨装置无饱和热水塔变换系统的设计、工艺流程及主要设备，对系统生产运行情况进行了总结，找出了尚存在的问题。 ［关键词］合成氨;变换;无饱和热水塔工艺 ［中图分类号］TQ 113.26+4［文献标识码］B［文章编号］1004－9932(2012)03－0018－03 我公司一氨厂造气分厂于2009年12月对部分气化炉进行了改造，把原间歇气化工艺改为富氧连续气化工艺，使产气量大大提高，具备了扩大产能的条件;2010年初，净化分厂、合成分厂也陆续进行了相应的工艺改造。笔者所在的净化分厂原有2套2.0 MPa饱和热水塔全低变工艺装置，是按年产合成氨250 kt设计的，为了将合成氨产能提高到400 kt/a，决定增加1套变换装置。经多次论证后，最后采用了湖北双雄公司设计的无饱和热水塔全低变工艺方案，并采用了其提供的工艺软件包，所使用的低变催化剂选用该公司生产的SB303Q耐硫变换催化剂。该套变换装置的设计与运行情况如下。 1·工艺设计目标 (1)系统装置进口半水煤气以富氧气化工艺为主，其成分为:CO 28.1%，H236.0%，CO2 18.0%，N216.0%，O20.4%，CH4+Ar1.5%，总硫≤500 mg/m3。 (2)处理半水煤气量为68 000 m3/h，系统负荷弹性15%～110%。 (3)系统进口压力≤2.20 MPa，系统阻力≤0.07 MPa。 (4)公用工程中，中压蒸汽温度为220～320℃，除氧水进系统温度为85℃，经换热升温后提至210～220℃。 (5)变换气中CO≤3.4%(体积分数)，吨氨消耗中压蒸汽165～180 kg。 2·工艺方案选择 在讨论工艺方案时，设计方提供了多套方案，主要的区别在于变换炉的段数设计上，是选择三段炉还是选择四段炉?三段炉的优点是系统设备少、设备制做成本低、催化剂填装量少、流程及操作简单，缺点是反应平衡温度高、系统蒸汽消耗偏高、有机硫转化率低;而四段炉的优缺点刚好与三段炉相反。 我公司净化分厂在用的变换装置都是三段炉，在工艺操作方面三段炉操作起来轻车熟路，所以在综合考虑各方面的因素后，最终选择了三段变换炉工艺方案。具体流程如图1。三段变换炉催化剂装填分别为:一段12.2 m3抗毒剂(SB303QK)+14.2 m3催化剂，二段2 m3抗毒剂(SB303QK)+21.4 m3催化剂，三段为32.6m3催化剂。 3·主要设备及参数(见表1) 4·系统实际运行情况分析 系统于2010年6月23日一次开车成功后，因压缩机的原因，生产一直处于26 000 m3/h左右的低负荷，直至9月5日才有机会加量至满负荷并运行至7日(共3 d)。3 d满负荷运行时的系统变换炉运行数据见表2，系统蒸汽消耗数据见表3。 从系统的运行数据来看，68 000 m3/h满负荷生产的设计目标已达到，但存在2个主要问题:一是吨氨蒸汽消耗偏高，二是系统阻力偏大。设计吨氨汽耗为165～180 kg，实际消耗却为217.9 kg。消耗偏高主要是设计时没有充分考虑到富氧气化半水煤气中CO2含量较高影响反应平衡和换热效果下降的问题，还有就是系统的保温效果不好，导致热损失较大。系统阻力在系统负荷达到68 000 m3/h左右时达到了0.12MPa，比设计的0.07 MPa大了将近1倍，影响到了系统的高负荷生产并增加了消耗。 该系统由于没有饱和热水塔和热水循环泵，在工艺操作上也就少了饱和热水塔的液位调节，增加了操作的安全性。同时由于减少了饱和热水塔加氨调节热水pH的氨耗和热水塔的废水排放，也降低了吨氨成本。除了部分导淋需要到现场排放外，系统的工艺操作几乎可以全部在操作室内完成，保证了系统生产的稳定性，降低了操作人员的劳动强度。 5·尚存在的问题 由于在方案设计时考虑不够全面，造成系统投入生产运行后存在以下几个问题。 (1)增湿器未设计有上、中部测温点增湿器只设计有底部测温点，缺少上、中部测温点，而底部测温点因靠近增湿器的导淋处，不能实时反映增湿器在负荷调整进而调整冷激喷水量后煤气温度的变化情况，即显示的温度滞后，导致操作不稳定、催化剂层温度和变换气CO含量波动大。 (2)除氧水槽设计压力偏低 除氧水槽在设计之初考虑压力容器的类别(等级)因素把设计压力降低至3.3 MPa，工作压力为3.0 MPa，并设置、安装了安全阀，其安全起跳压力设定为3.0 MPa。在系统高负荷时，为尽量降低蒸汽消耗，经过换热后的除氧水温度被提高至218℃左右操作，因此冷激喷水量较大，达到了将近12 m3/h。为防止安全阀起跳，进除氧水槽的压力只能控制在2.8～2.9 MPa(除氧水总管压力为6.0 MPa)，此时因喷水量过大而压力偏低，造成水量偏少，出现增湿器间相互抢水的情况，如增湿器Ⅲ调节阀开度加大后，增湿器Ⅰ即使及时同时加大调节阀开度，也会出现喷水量急剧减少的情况，也就造成了催化剂层温度和变换气CO含量波动大。 (3)系统阻力偏大系统满负荷68 000 m3/h条件下运行测定的系统各点阻力数据如表4。 从表4中可以看出:变换炉的阻力、变换炉出口至分离器出口处阻力都比较小，主要的阻力集中在半水煤气煤气换热器Ⅰ出口至换热器Ⅱ出口之间(中间管道安装有DN400闸阀)，阻力达到了0.05 MPa。分析原因可能为:①DN400闸阀阀板没有完全提起;②换热器Ⅱ设计时没有考虑到半水煤气经过换热器Ⅰ换热后体积会变大，这可能是双方在设计时缺乏沟通造成的(湖北双雄公司提出工艺条件，设备设计由设计院完成)。 |
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