李 舫

(1.青島科技大學(xué) 山東青島266042； 2.兗礦魯南化肥廠 山東滕州277527)

0 前言

兗礦魯南化肥廠240 kt/a氨合成裝置的原料氣是由新型氣化爐產(chǎn)生的水煤氣經(jīng)耐硫變換、NHD法脫硫脫碳、甲烷化除去殘留CO及CO2后制得的合格精制氣；采用變溫變壓吸附(TSA)法從精制氣中除去H2O，CO及CO2，以達(dá)到指標(biāo)：φ(CO2)<1×10-6，φ(CO)<4×10-6，φ(H2O)≤0.5×10-6；TSA系統(tǒng)壓差≤0.15 MPa，再生氣直接返回凈化系統(tǒng)甲烷化裝置。

1 工藝流程及特點(diǎn)

1.1 工藝流程

工藝氣流程：甲烷化系統(tǒng)來(lái)的精制氣(40 ℃，3.05 MPa)與氫回收系統(tǒng)來(lái)的氫氣(40 ℃，3.50 MPa)進(jìn)入壓縮機(jī)一段加壓至7.10 MPa后送往分子篩系統(tǒng)，經(jīng)HX5A-98H分子篩吸附凈化的合成氣(5 ℃、6.90 MPa)進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)高壓缸，與氨合成系統(tǒng)來(lái)的循環(huán)氣混合加壓到15.45 MPa 后送至合成氨系統(tǒng)。

TSA系統(tǒng)流程：自界區(qū)外來(lái)的精制氣(40 ℃)首先經(jīng)過(guò)氨冷器冷卻至5 ℃，然后經(jīng)過(guò)原料分液罐緩沖并除去液滴，從自塔底部進(jìn)入吸附塔(T6711A～B)中正處于吸附工況的吸附塔內(nèi)，在多種吸附劑組成的復(fù)合吸附床的依次選擇吸附下，其中的H2O，CO及CO2等雜質(zhì)被吸附，未被吸附的氣體從塔頂流出，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)壓后，送至過(guò)濾器除去2 μm以上的粉塵，產(chǎn)品氣出界區(qū)。干燥系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，1臺(tái)吸附塔始終處于吸附狀態(tài)，而另1臺(tái)吸附塔則始終處于再生狀態(tài)，2臺(tái)吸附塔交替操作，以保證連續(xù)輸出干燥氫氣。吸附塔的吸附與再生工藝切換過(guò)程均通過(guò)12 只程控閥按一定的工藝步序和順序進(jìn)行開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。干燥后的氫氣經(jīng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥送出界區(qū)。

1.2 工藝技術(shù)特點(diǎn)

(1)采用雙塔TSA法，流程簡(jiǎn)單；采用HXSI-01專用吸附劑(Φ2～4 mm)，可滿足運(yùn)行要求。

(2)選用高性能高壓程控閥，可保證裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)再生氣直接返回甲烷化系統(tǒng)，無(wú)任何有效氣體損失；再生氣不經(jīng)過(guò)冷卻，熱量可直接用于甲烷化，故總體能耗低。

2 存在的問(wèn)題

2.1 入塔氣中水分超標(biāo)造成合成塔溫度下降

入塔氣中水的脫除主要是通過(guò)分子篩系統(tǒng)，而吸附水分后的分子篩主要通過(guò)加熱再生。通過(guò)全面排查，2臺(tái)分子篩吸附塔再生時(shí)的加熱溫度均比較低，達(dá)不到要求指標(biāo)。原因是再生氣加熱器的操作不當(dāng)所致，即由于加熱器出口冷凝液管道振動(dòng)大而人為地對(duì)冷凝液進(jìn)行了限量，致使分子篩加熱再生不充分，再生后的分子篩中仍吸附有大量的水分，造成分子篩重新進(jìn)行吸附操作時(shí)活性下降，對(duì)H2O，CO及CO2等吸附能力變?nèi)?，使入塔氣中水分含量超?biāo)，造成合成塔溫度下降。

2.2 精制氣中微量(CO+CO2)超標(biāo)造成催化劑床層溫度下降

精制氣中微量(CO+CO2)超標(biāo)原因是凈化CO變換及CO2脫除不徹底、甲烷化系統(tǒng)的甲烷化催化劑活性不好、甲烷化系統(tǒng)出口的在線微量分析儀器損壞、甲烷化換熱器內(nèi)漏等，均使精制氣中微量(CO+CO2)嚴(yán)重超標(biāo)，造成合成塔催化劑床層溫度下降。

3 整改措施

3.1 防止分子篩再生不徹底

(1)流程改造：分子篩加熱再生不徹底的主要原因是加熱器出口冷凝液管道振動(dòng)較大，將冷凝液閥門開(kāi)度限量，故對(duì)加熱器出口冷凝液管道進(jìn)行改造，不再并入冷凝液管網(wǎng)，而是重新配管至廢熱鍋爐，既可以提高加熱器溫度，又可以節(jié)約一部分鍋爐用水，降低系統(tǒng)消耗。

(2)根據(jù)TSA系統(tǒng)出口氣體中水含量指標(biāo)情況對(duì)分子篩運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整：由于分子篩吸附劑再生使用的氣體為合成氣壓縮機(jī)二段入口工藝氣。裝置原運(yùn)行周期為24 h，由于切換頻繁會(huì)造成合成氣壓縮機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，影響壓縮機(jī)消耗，因此，在運(yùn)行前期延長(zhǎng)了分子篩運(yùn)行時(shí)間，引起吸附物穿透而造成吸附能力下降，故需重新作調(diào)整，縮短了吸附時(shí)間，以充分地利用吸附劑的吸附能力，保證TSA系統(tǒng)出口氣中水分含量達(dá)標(biāo)。

3.2 防止精制氣中微量(CO+CO2)超標(biāo)

針對(duì)精制氣中微量(CO+CO2)嚴(yán)重超標(biāo)，采取優(yōu)化變換及脫碳工藝指標(biāo)、更換甲烷化催化劑、修復(fù)甲烷化系統(tǒng)出口的在線微量分析儀及甲烷化換熱器等措施，使精制氣中微量指標(biāo)控制在工藝指標(biāo)內(nèi)。

3.3 加強(qiáng)分液罐排液

吸附塔吸附前有1臺(tái)分液罐，可分離氣體中部分水分，如果不按時(shí)排液會(huì)使液位升高，容易造成進(jìn)入吸附塔水分增多，加重吸附塔的負(fù)荷。故加強(qiáng)了分離器排液，保證其液位在低限操作。

3.4 分子篩系統(tǒng)氨冷器和再生氣加熱器的操作

氨冷器操作溫度過(guò)低，容易造成TSA系統(tǒng)阻力大，增加壓縮機(jī)系統(tǒng)的能耗。由于沒(méi)有設(shè)置分子篩系統(tǒng)氨冷器氣氨壓力顯示器，只能靠調(diào)節(jié)液氨的加入量來(lái)調(diào)整工藝氣溫度；氨冷器操作溫度過(guò)高，則帶水較多，增加吸附塔負(fù)荷。因此，增加氨冷器氣氨的壓力顯示器，可確保氨冷器操作溫度嚴(yán)格控制在5～10 ℃。

由于改造后再生氣加熱器的蒸汽冷凝液送至廢熱鍋爐，廢熱鍋爐蒸汽壓力為3.2 MPa，所以當(dāng)蒸汽管網(wǎng)壓力低于3.3 MPa時(shí)，可適當(dāng)降低廢熱鍋爐蒸汽壓力，以保證冷凝液和廢熱鍋爐之間的壓差，從而保證穩(wěn)定運(yùn)行。