吳 飛

(廣西柳州化工股分有限公司合成分廠 廣西柳州545002)

廣西柳州化工股分有限公司合成分廠(以下簡稱柳化合成分廠)合成氨原料氣的凈化精制原采用傳統(tǒng)的銅洗工藝。銅洗工藝的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在操作不穩(wěn)定、設(shè)備檢修頻繁、生產(chǎn)運(yùn)行及檢修費(fèi)用高、現(xiàn)場環(huán)境差且污染嚴(yán)重等。為了保護(hù)環(huán)境、降低生產(chǎn)成本、節(jié)能減排，柳化合成分廠決定采用湖南安淳高新技術(shù)有限公司(以下簡稱安淳公司)的醇烴化工藝代替銅洗工藝，該裝置于2011年 9月正式投入運(yùn)行。

1 工藝流程及主要設(shè)備

1.1 醇化工藝流程

來自高壓機(jī)五段的脫碳?xì)?≤12.5 MPa)與循環(huán)氣匯合進(jìn)入油水分離器分離油污，然后分成2股：1股氣體從底部進(jìn)入醇化塔環(huán)隙，與冷管段反應(yīng)熱氣換熱，移走第3段的反應(yīng)熱，再經(jīng)上升管送至混合分布器Ⅱ，還有少量氣體用作零米冷激氣和層間冷激氣；另1股氣體進(jìn)醇化預(yù)熱器管間預(yù)熱后，由底部進(jìn)醇化塔換熱器管內(nèi)，與管間出塔氣換熱后溫度升至190～210 ℃，經(jīng)中心管進(jìn)入催化床層反應(yīng)。出第1段的氣體進(jìn)入混合分布器 Ⅱ，與由冷管來的冷氣混合，降溫后進(jìn)入第2段反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體進(jìn)入混合分布器Ⅰ，與從大蓋引入的少量冷氣混合后進(jìn)入第3段繼續(xù)進(jìn)行醇化反應(yīng)。反應(yīng)后的氣體經(jīng)徑向集氣罩匯合，沿內(nèi)件管壁與徑向筐筒體之間的環(huán)隙，從圓周方向流至徑向筐中部的換熱器外殼，進(jìn)入換熱器管間，由上折流而下與管內(nèi)從塔外熱交換器來的氣體換熱，溫度降低后出塔，進(jìn)入塔外熱交換器管內(nèi)，與塔外油水分離器來的冷氣繼續(xù)換熱，自身溫度降至80 ℃以下后去醇化水冷器進(jìn)一步降溫，再進(jìn)入醇化分離器，分離下來的甲醇被送至粗醇中間槽；分離甲醇后的醇后氣，一部分送循環(huán)機(jī)打循環(huán)，另一部分送往烴化工段。

1.2 烴化工藝流程

來自醇化分離器的原料氣，大部分進(jìn)入烴化塔內(nèi)外筒環(huán)隙(下進(jìn)上出)，與部分主線氣體匯合后進(jìn)入塔前預(yù)熱器；極小一部分從大蓋外引入混合分布器，在升溫還原過程中，用以控制第2絕熱層以下的催化劑溫度。氣體再次提溫后由塔下部進(jìn)入烴化塔，與出塔氣體換熱后經(jīng)中心管進(jìn)上絕熱層反應(yīng)，出上絕熱層的氣體進(jìn)入集氣罩，與從塔頂引入的少量醇后冷氣混合，降溫后進(jìn)入徑向分氣筒，從圓周方向流經(jīng)徑向筐，反應(yīng)后的氣體經(jīng)徑向筐與內(nèi)筒之間的環(huán)隙流出，進(jìn)入下部換熱器管內(nèi)與冷氣換熱后出塔。出塔氣體進(jìn)入烴化塔前預(yù)熱器管內(nèi)(上進(jìn)下出)繼續(xù)降溫，然后進(jìn)入烴化物分離器分離部分液態(tài)烴，再依次進(jìn)入烴化水冷器、氨冷器，氣體被進(jìn)一步降溫后進(jìn)入烴化水分離器，分離烴化水后的氣體[φ(CO+CO2)≤25×10-6]送高壓機(jī)六段。

1.3 主要設(shè)備

主要設(shè)備參數(shù)見表1。

2 運(yùn)行情況

2.1 催化劑升溫還原

醇化催化劑選用南化院C207 型催化劑，裝填量27.5 m3；烴化催化劑選用安淳公司XAC 型烴化催化劑，裝填量31.3 m3。

2.2 醇化催化劑升溫還原

采用高氫還原，從高壓機(jī)69管短接處引用精制氣[φ(CO+CO2)≤30×10-6]進(jìn)行升溫還原。當(dāng)系統(tǒng)壓力升至0.5 MPa 時(shí)，啟用2 臺循環(huán)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)循環(huán)，直到壓力升至5.0 MPa。按照催化劑供應(yīng)商的方案，升溫還原以低溫下出水為原則，以每小時(shí)出水量為指導(dǎo)，不可盲目強(qiáng)調(diào)升溫速率。

由于該套工藝裝置只有2 臺循環(huán)機(jī)，循環(huán)量不能滿足2臺塔催化劑同時(shí)升溫還原，故先升溫還原醇化塔催化劑，這也省去了醇化系統(tǒng)和烴化系統(tǒng)之間用盲板隔離的工作。升溫還原結(jié)束后，自然冷卻至100 ℃以下。烴化催化劑升溫還原時(shí)，應(yīng)保證醇化系統(tǒng)比烴化系統(tǒng)的壓力要高，防止閥門有內(nèi)漏，否則會造成烴化系統(tǒng)生成的氨泄漏到醇化系統(tǒng)，從而影響烴化催化劑活性。

表1 主要設(shè)備參數(shù)

設(shè)備名稱設(shè)備參數(shù)醇化塔DN1 800 mm,H凈=18 m,催化劑筐容積27.5 m3,1臺醇化預(yù)熱器DN1 200 mm,H凈=16 m,F=2 017 m2,1臺醇化水冷器Φ 1 920 mm,L=11 962 mm,F=1 000 m2,臥式,1臺醇化分離器DN 1 400 mm,H凈=11 500 mm,1臺油水分離器DN 1 400 mm,H凈=8 500 mm,1臺烴化塔DN 1 800 mm,H凈=18 m,催化劑筐容積31.3 m3,1臺烴化預(yù)熱器DN 1 200 mm,H凈=16 m,F=2 017 m2,1臺烴化水冷器Φ 1 920 mm,L=10 182 mm,F=800 m2,臥式,1臺烴化氨冷器Φ 1 900/Φ 1 836 mm,L=11 118 mm,F=300 m2,1臺烴化物分離器DN1 400 mm,H凈=8 500 mm,1臺烴化水分離器DN1 400 mm,H凈=8 500 mm,1臺烴化物中間槽DN2 200 mm,H凈=4 688 mm,1臺循環(huán)機(jī)JBD20-14/125-145,750 kW,2臺

2.3 烴化催化劑升溫還原

升溫還原過程中維持壓力、溫度均衡，嚴(yán)禁出現(xiàn)壓力、溫度波動。按照升溫還原方案，當(dāng)水汽濃度≤0.2 g /m3、累計(jì)出水量接近或達(dá)到計(jì)劃出水量時(shí)，連續(xù)恒溫8 h，各點(diǎn)溫度都達(dá)到指標(biāo)后，標(biāo)志催化劑升溫還原結(jié)束。催化劑升溫還原結(jié)束后，還應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行降溫和置換。降溫時(shí)，應(yīng)保證降溫速率≤40 ℃ /h。熱點(diǎn)溫度降至280 ℃后，開始用合格的醇后氣置換系統(tǒng)，待系統(tǒng)出口氨體積分?jǐn)?shù)<2.0%且微量合格時(shí)，可以向合成塔送氣。

在烴化催化劑升溫還原結(jié)束后，醇化催化劑開始升溫，升溫至210 ℃后，開始送原料氣，氣體切換必須緩慢。生產(chǎn)系統(tǒng)輕負(fù)荷運(yùn)行2 d后，即可全部投入系統(tǒng)生產(chǎn)。

醇烴化裝置采用DCS系統(tǒng)控制，全部通過微機(jī)進(jìn)行操作，操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定，工藝指標(biāo)控制平穩(wěn)，其實(shí)際運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 醇烴化裝置實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

項(xiàng) 目醇化塔壓力/MPa流量/(m3·h-1)醇化塔熱點(diǎn)溫度/℃醇前氣/%φ(CO)φ(CO2)烴化塔熱點(diǎn)溫度/℃烴后氣中φ(CO+CO2)/(×10-6)2012-10-11 T 09:0011.2111 0002272.00.22292.12012-10-11 T 10:0010.1109 0002251.80.22271.92012-10-12 T 09:0011.2111 1002291.90.22272.12012-10-12 T 10:0010.5110 5002271.90.22272.02012-10-13 T 09:0010.7110 9002251.90.22292.02012-10-13 T 10:0010.2109 9002281.80.22261.92012-10-14 T 09:0010.8111 1002251.90.22222.02012-10-14 T 10:0010.9111 1002261.90.22232.12012-10-15 T 09:0011.1112 0002312.00.22232.32012-10-15 T 10:0010.5110 4002261.80.22282.1

3 正常操作要點(diǎn)

3.1 醇化系統(tǒng)

主要應(yīng)控制好催化床層溫度，確保醇后氣中CO+CO2含量合格，同時(shí)副產(chǎn)粗甲醇。

(1)若零米溫度過高，可用零米冷激閥控制：根據(jù)原料氣中CO含量，第1段熱點(diǎn)溫度可通過調(diào)節(jié)循環(huán)量和零米溫度加以控制；第3絕熱層溫度可用冷激氣進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(2)當(dāng)催化劑床層溫度合理后，冷激閥的開度不能作太大的調(diào)節(jié)，其上層熱點(diǎn)溫度隨原料氣成分的變化、生產(chǎn)負(fù)荷的變化及醇氨比的調(diào)整而發(fā)生波動時(shí)，可用增減循環(huán)量和冷激氣進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(3)控制好醇后氣中CO+CO2指標(biāo)是醇化系統(tǒng)的主要任務(wù)之一。在調(diào)整好催化劑床層溫度分布后，控制一定的循環(huán)量，將熱點(diǎn)溫度穩(wěn)定在合適范圍內(nèi)。

3.2 烴化系統(tǒng)

(1)氣體進(jìn)入上絕熱層，反應(yīng)溫度上升；在混合分布器中加入一定冷氣后，中絕熱層進(jìn)口溫度會下降，中、下層各點(diǎn)溫度就可控制在所要求的范圍內(nèi)。

(2)控制烴后氣中CO+CO2指標(biāo)是烴化系統(tǒng)的主要任務(wù)。在調(diào)整好催化劑床層溫度分布后，用微調(diào)電加熱器方式將熱點(diǎn)溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，烴后氣中φ(CO+CO2)≤15×10-6。

4 效果分析

該醇烴化裝置運(yùn)行1年來，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，操作簡單，比銅洗法有明顯優(yōu)點(diǎn)。

(1)現(xiàn)場環(huán)境干凈。銅洗法采用的是循環(huán)銅液與氣體接觸反應(yīng)，銅液易灑滴到地上，而后排入地溝，污染環(huán)境；而醇烴化裝置操作現(xiàn)場環(huán)境比較干凈。

(2)操作簡單。銅洗法操作控制指標(biāo)多、難調(diào)節(jié)，銅液組分要保證，而且出口氣體中微量控制難度大，稍不注意，銅塔易帶液；而醇烴化裝置操作只需控制好催化劑床層溫度和出口微量合格。

(3)能耗降低。銅洗法操作原料種類多，噸氨消耗總費(fèi)用達(dá)100元；而醇烴化裝置運(yùn)行只有催化劑、電、冷卻水等消耗，噸氨消耗總費(fèi)用約60元，以年生產(chǎn)320 kt合成氨計(jì)，則年可節(jié)約費(fèi)用1 280萬元。

綜上所述，醇烴化工藝精制法比傳統(tǒng)銅洗法具有明顯的操作優(yōu)越性，而且有較好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，醇烴化工藝是凈化、精制合成氨原料氣的優(yōu)選工藝之一，值得兄弟企業(yè)借鑒。