陳 超

(陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司 山西運(yùn)城 044100)

陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司一分廠2#和3#系統(tǒng)原合成氨產(chǎn)能為660 t/d，其變換系統(tǒng)由3套0.8 MPa的變換裝置組成。3套變換裝置均采用絕熱固定床反應(yīng)器，經(jīng)多次技術(shù)改造，變換工藝由原來(lái)的中溫變換變更為中串低，后又改為全低變工藝，但存在能耗高、安全性差等問(wèn)題。2016年1月采用壓力等級(jí)2.0 MPa的等溫變換技術(shù)將3套變換裝置合并為1套，設(shè)計(jì)合成氨產(chǎn)能擴(kuò)大至750 t/d。

1 技術(shù)原理

該等溫變換技術(shù)所采用的可控移熱變換爐是利用埋設(shè)在催化劑床層內(nèi)部的移熱水管束將催化劑床層反應(yīng)熱及時(shí)移出，從而確保催化劑床層溫度可調(diào)控。埋設(shè)在可控移熱變換爐催化劑床層內(nèi)的換熱管利用水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝姆绞?，將變換反應(yīng)熱加以回收利用，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的；同時(shí)，利用飽和蒸汽壓力一定時(shí)其飽和溫度也相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，控制催化劑床層溫度，操作方便。

可控移熱變換爐內(nèi)的水來(lái)自汽包下降管，經(jīng)催化劑床層內(nèi)的換熱管加熱后，水受熱汽化為蒸汽，汽水混合物經(jīng)上升管進(jìn)入汽包，經(jīng)分離后蒸汽去蒸汽緩沖罐，不含蒸汽的水經(jīng)汽包下降管進(jìn)入下一輪循環(huán)?？煽匾茻嶙儞Q爐設(shè)置2個(gè)不同壓力等級(jí)的汽包(1#和2#汽包)，副產(chǎn)不同壓力等級(jí)的蒸汽。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

裝置合成氨生產(chǎn)規(guī)模：750 t/d。

處理氣量：103 125 m3/h。

裝置操作彈性：50%～110%。

年操作時(shí)間：≥8 000 h。

原料氣：壓力2.1 MPa，溫度35 ℃，φ(CO)=32.0%，φ(H2)=42.0%，φ(CO2)=7.0%，φ(N2)=17.1%，φ(O2)=0.4%，φ(CH4+Ar)=1.5%。

變換系統(tǒng)出口變換氣中φ(CO):≤1.5%。

壓力指標(biāo)：系統(tǒng)進(jìn)口煤氣壓力≤2.1 MPa，添加蒸汽壓力≥2.5 MPa，高壓汽包副產(chǎn)蒸汽壓力2.3～2.5 MPa，低壓汽包副產(chǎn)蒸汽壓力0.8～1.2 MPa。

溫度指標(biāo)：預(yù)變換爐進(jìn)口氣體溫度200～230 ℃，預(yù)變換爐出口氣體溫度330～360 ℃，可控移熱變換爐進(jìn)口氣體溫度200～220 ℃，可控移熱變換爐出口氣體溫度190～200 ℃。

2.2 目前運(yùn)行參數(shù)

原料氣：壓力1.98 MPa，溫度32.5 ℃，流量74 573 m3/h(標(biāo)態(tài))，φ(CO)=29.8%，φ(H2)=45.7%，φ(CO2)=6.9%，φ(N2)=16.1%，φ(O2)=0.5%，φ(CH4+Ar)=1.0%。

變換系統(tǒng)出口變換氣中φ(CO)：1.5%。

壓力指標(biāo)：系統(tǒng)進(jìn)口煤氣壓力1.98 MPa，添加蒸汽壓力2.3 MPa，高壓汽包副產(chǎn)蒸汽壓力2.2 MPa，低壓汽包副產(chǎn)蒸汽壓力1.2 MPa。

溫度指標(biāo)：預(yù)變換爐進(jìn)口氣體溫度202 ℃，預(yù)變換爐出口氣體溫度332 ℃，可控移熱變換爐進(jìn)口氣體溫度210 ℃，可控移熱變換爐出口氣體溫度190 ℃。

3 操作要點(diǎn)

(1)可控移熱變換爐的進(jìn)口氣體溫度通過(guò)噴水增濕器的噴水量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，溫度低時(shí)可適當(dāng)減少噴水量，溫度高時(shí)可適當(dāng)增加噴水量。液態(tài)水與催化劑接觸會(huì)使催化劑粉化并使其活性組分流失，因此噴水量不能過(guò)大，應(yīng)盡量微調(diào)勤調(diào)，閥門開度不能忽大忽小，防止部分水滴未能及時(shí)蒸發(fā)而隨氣體進(jìn)入催化劑床層。一旦發(fā)現(xiàn)有噴水未蒸發(fā)完全，應(yīng)及時(shí)減少噴水量并加強(qiáng)排污，以防止液態(tài)水被帶入催化劑床層。

(2)正常情況下，可控移熱變換爐催化劑床層溫度主要與汽包的蒸汽壓力有關(guān)，汽包蒸汽壓力一定時(shí)，催化劑床層的溫度就可以保持一定。如果生產(chǎn)負(fù)荷發(fā)生變化，應(yīng)及時(shí)調(diào)整蒸汽輸出量，確保蒸汽壓力在一個(gè)穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，即：當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷降低時(shí)，CO反應(yīng)量少，催化劑床層反應(yīng)熱減少，副產(chǎn)蒸汽量降低，將造成汽包蒸汽壓力下降，繼而導(dǎo)致催化劑床層溫度下降，此時(shí)應(yīng)減小汽包外供蒸汽閥開度以提高汽包蒸汽壓力和催化劑床層換熱管內(nèi)的水溫，從而保持床層溫度的穩(wěn)定；當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷增大時(shí)，CO反應(yīng)量增多，床層內(nèi)反應(yīng)熱增加，副產(chǎn)蒸汽量增大，將造成汽包蒸汽壓力上升，繼而導(dǎo)致催化劑床層溫度升高，此時(shí)應(yīng)增大汽包外供蒸汽閥開度以降低汽包蒸汽壓力，從而保持催化劑床層溫度的穩(wěn)定。

(3)變換系統(tǒng)出口變換氣中CO濃度的控制主要依靠蒸汽添加量進(jìn)行調(diào)節(jié)，生產(chǎn)負(fù)荷增大、出口變換氣中CO濃度上升時(shí)，可增加蒸汽添加量以提高反應(yīng)物的濃度，從而提高CO的轉(zhuǎn)化率，降低出口變換氣中CO濃度。但系統(tǒng)出口變換氣中CO濃度不宜降得過(guò)低，滿足工藝指標(biāo)即可，長(zhǎng)期保持高水汽比操作易使催化劑出現(xiàn)反硫化現(xiàn)象，從而影響催化劑的活性和使用壽命。

(4)變換系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷過(guò)輕，若汽包外供蒸汽閥開度減小后爐溫仍不能保證在指標(biāo)范圍內(nèi)時(shí)，可采用2.5 MPa飽和蒸汽補(bǔ)充1#汽包壓力以提高催化劑床層溫度，確?？煽匾茻嶙儞Q爐的熱平衡。

(5)系統(tǒng)升降壓速率過(guò)快會(huì)對(duì)催化劑床層造成瞬時(shí)附加壓差，特別是瞬時(shí)逆放會(huì)導(dǎo)致催化劑床層底部壓力遠(yuǎn)高于頂部壓力，反沖力不僅會(huì)使催化劑床層松動(dòng)，甚至?xí)?dǎo)致催化劑破碎，造成催化劑床層阻力升高。在系統(tǒng)停車卸壓時(shí)，須防止氣體倒流，應(yīng)打開系統(tǒng)出口放空閥，禁止開啟系統(tǒng)進(jìn)口放空閥，以防止催化劑被吹翻和破碎。系統(tǒng)升降壓速率以控制在0.02 MPa/min為宜。

(6)停車時(shí)如蒸汽閥泄漏或未用干氣置換，則催化劑床層的氣相中仍會(huì)有蒸汽，溫度下降后會(huì)使催化劑的微孔內(nèi)充滿冷凝水，再次開車時(shí)催化劑受熱后會(huì)部分甚至大部分粉化。因此，停車時(shí)一定要先關(guān)閉蒸汽閥，再用干氣或惰性氣體置換并保持爐內(nèi)處于正壓狀態(tài)。

(7)汽包壓力的調(diào)節(jié)應(yīng)緩慢，同時(shí)應(yīng)密切注意催化劑床層氣液兩側(cè)的壓差。高壓汽包的壓力控制在比變換系統(tǒng)壓力高0.2～0.3 MPa即可，盡可能多副產(chǎn)高壓蒸汽供變換系統(tǒng)自用；低壓汽包壓力根據(jù)可控移熱變換爐出口變換氣溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證出口變換氣溫度在190～200 ℃，此時(shí)的汽包壓力應(yīng)維持在0.8～1.0 MPa，壓力太高會(huì)造成出口變換氣體溫度升高，從而增加蒸汽消耗。

(8)正常生產(chǎn)時(shí)，汽包液位應(yīng)控制在正常指標(biāo)范圍以內(nèi)，并定期沖洗液位計(jì)，防止出現(xiàn)假液位；按時(shí)對(duì)汽包及下降管進(jìn)行排污，定時(shí)分析汽包水質(zhì)，確保水質(zhì)符合要求。

(9)生產(chǎn)過(guò)程中如遇突然減量或短期停車，必須及時(shí)減少或切斷蒸汽的供給。關(guān)停蒸汽滯后、蒸汽閥門泄漏等，會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)因蒸汽添加量過(guò)大而引起催化劑的反硫化，從而降低催化劑的活性。這點(diǎn)與中變催化劑的操作不同，須引起足夠的重視。

(10)在生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)負(fù)荷、系統(tǒng)壓力及汽包蒸汽壓力均應(yīng)保持穩(wěn)定，調(diào)節(jié)幅度應(yīng)緩慢；系統(tǒng)負(fù)荷及壓力變化過(guò)快，會(huì)使可控移熱變換爐內(nèi)部換熱管及連接部位產(chǎn)生熱應(yīng)力及壓差應(yīng)力，易使金屬焊接部位產(chǎn)生疲勞而出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成換熱管泄漏。

4 常見(jiàn)問(wèn)題分析及處理

(1)催化劑床層溫度升高

原因：生產(chǎn)負(fù)荷大、副產(chǎn)蒸汽量大、汽包壓力高。

措施：增大汽包出汽閥開度，適當(dāng)降低汽包蒸汽壓力。

(2)催化劑床層溫度降低

原因：生產(chǎn)負(fù)荷低、副產(chǎn)蒸汽量小、汽包壓力低；汽包進(jìn)水溫度低、進(jìn)水量大、液位高。

措施：開系統(tǒng)冷副線；適當(dāng)減小汽包外送蒸汽閥開度，提高汽包壓力；提高進(jìn)水溫度并減少進(jìn)水量，打開汽包排污閥以降低液位。

(3)汽包副產(chǎn)蒸汽量少，床層移熱效果差

原因：汽包進(jìn)水量少、液位低。

措施：提高汽包進(jìn)水壓力，增大汽包進(jìn)水閥開度，恢復(fù)汽包液位至正常。

(4)測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫?cái)?shù)值不準(zhǔn)

原因：測(cè)溫?zé)犭娕继坠軆?nèi)有水汽存在。

措施：清除測(cè)溫?zé)犭娕继坠軆?nèi)水汽，重新校核熱電偶。

(5)催化劑活性降低

原因：催化劑活性組分發(fā)生流失；催化劑長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，晶體長(zhǎng)大，晶型發(fā)生變化；催化劑發(fā)生反硫化。

措施：加強(qiáng)系統(tǒng)導(dǎo)淋的排放，防止工藝氣體帶水；嚴(yán)格控制可控移熱變換爐內(nèi)溫度，避免長(zhǎng)期高溫操作；防止超溫和過(guò)量添加蒸汽；更換催化劑，重新進(jìn)行升溫硫化。

(6)催化劑床層阻力增大

原因：催化劑表面結(jié)塊、粉化，導(dǎo)致氣體分布器堵塞。

措施：利用停車檢修機(jī)會(huì)，用干煤氣或惰性氣體反吹，或停車卸出催化劑，過(guò)篩后重新裝入或者更換催化劑。

(7)催化劑床層同平面溫差增大

原因：催化劑裝填不均勻。

措施：利用停車檢修機(jī)會(huì)，用振動(dòng)器重新振實(shí)。

(8)可控移熱變換爐換熱管泄漏

措施：按正常停車步驟停車后，吊出內(nèi)件進(jìn)行修復(fù)。

(9)變換系統(tǒng)出口變換氣中CO濃度高

原因：進(jìn)口粗煤氣水汽比過(guò)??；前熱交換器換熱管破裂，粗煤氣泄漏。

措施：向系統(tǒng)進(jìn)口添加外供蒸汽或汽包副產(chǎn)蒸汽，提高進(jìn)口粗煤氣水汽比至正常指標(biāo)范圍內(nèi)；對(duì)熱交器進(jìn)行堵漏。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，可控移熱變換爐溫度容易控制，變換系統(tǒng)出口CO濃度相對(duì)穩(wěn)定，而且可以副產(chǎn)不同等級(jí)的蒸汽，與傳統(tǒng)絕熱變換爐相比，更安全、更經(jīng)濟(jì)。