布朗合成氨裝置一次開車過程中的優化操作

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(中國石油天然氣股份有限公司烏魯木齊石化公司，新疆 烏魯木齊 830019)

我公司化肥廠二化肥裝置采用布朗流程。脫氧槽(V-29)的脫鹽水由鍋爐給水泵(P-14)分別送往一段爐(H-1)及鍋爐水預熱器(E-11)，送往H-1的爐水獲取熱量后進入汽包(V-7)；送往E-11的爐水經過加熱后與鍋爐水自循環泵(P-1)出口混合。V-7中的爐水通過P-1送到四個廢熱鍋爐E-8及E-42，43，53吸收余熱。V-7液面上方的蒸汽再兩次通過H-1加熱，最終得到高壓蒸汽，送合成，為合成氣壓縮機CT-2做功。

空氣加入二段爐(R-1)中與可燃氣體反應，為轉化反應提供熱量，多余的熱量由E-8提供給爐水；合成反應放出的熱量由E-42，43，53傳遞給爐水。一段爐的熱量來源是三種氣體的燃燒，分別是凈化工段廢氣，合成弛放氣，還有界區來的天然氣。高壓蒸汽熱量來源如圖1所示。

1 出現的問題及操作應對措施

2014年4月裝置在經歷了一個冬天的停工之后開車。開車過程中主要數據如圖2。20:38工藝氣系統壓力(PC-131)為2.398 MPa，高壓蒸汽(PC-172)的壓力為12.36 MPa，空氣量(FC-105)為62.09 km3/h。為了維持裝置的氨產量，系統負荷一直維持在95%，但工藝氣系統放空閥PC-131一直有放空。與此同時，H-1多個測點處于超溫狀態，也就是說H-1的熱負荷不能再提高。此種情況下，我們試用增加空氣量的辦法，來調節應對。

圖1 高壓蒸汽熱量來源簡圖

圖2 開工過程中主要的數據

從圖中我們可以清楚地看到從21:08開始，隨著空氣量提高到63 km3/h，高壓蒸汽壓力逐漸提高到了12.40 MPa以上，系統壓力逐漸下降到了3.7 MPa以下，從而使系統放空閥實現了關閉。整個過程中，只改變了空氣量，其他的熱量都沒有發生變化。

2 措施分析

在二段爐(R-1)中進行的燃燒反應主要有：

這三個燃燒反應為以下兩個反應提供熱量。

在操作過程中，通過空氣量的增加實現了高壓蒸汽壓力的上漲，增加了合成氣壓縮機(C-2)的驅動力。我覺得主要是這樣的過程，在R-1頂部的燃燒反應中以H2與空氣中的O2反應速率最快，要比其他兩個反應的速率快103～104。所以，R-1頂部多加入的O2優先與H2反應放出熱量。一方面，H2的燃燒反應是強放熱反應，不但滿足烷烴的轉化反應需求，而且多余的熱量可以提高R-1的出口工藝氣溫度，將熱量傳給高壓蒸汽。另一方面，隨著在R-1中H2耗量的增加，進入到合成塔中的H2少了，所以，減輕了合成工段的負荷。因此，通過提高空氣量的優化操作實現了系統放空閥的關閉。

3 結 語

通過開車過程中的優化操作可以看出，因為在停車過程中對H-1的Ni催化劑進行了鈍化處理，在開車過程中H-1內進行的轉化反應并沒有在催化劑活性完全恢復時速率快，H-1內的吸熱轉化反應一定程度上轉移到了R-1內。通過R-1內加入過量的空氣，使空氣中的O2與H2燃燒，一方面為高壓蒸汽提供了熱量，另一方面也降低了合成工段的負荷。從而，實現了工藝氣系統放空閥的關閉。