合成氨全低變技改經驗總結

向 宏 官列鋒

(湖北新洋豐合成氨廠湖北荊門448150)

合成氨全低變技改經驗總結

向 宏 官列鋒

(湖北新洋豐合成氨廠湖北荊門448150)

湖北新洋豐合成氨廠年產液氨150 kt，其變換系統原采用中低低變換工藝。因中變爐催化劑床層溫度高，導致中變塔出口管道溫度較高(一般達470 ℃)，曾多次出現溫差應力拉裂現象，致使2015年2次停車處理，經濟損失達100余萬元，而且嚴重威脅安全生產；中低低流程噸氨消耗蒸汽達550 kg，導致液氨生產成本較高。2015年10月，若不進行變換系統技改，則需更換變換催化劑，需資金約150萬元，而進行技改只需要增加費用約50萬元。為確保安全生產，并達到節能降耗的目的，2015年10月，利用全廠大修的機會，對變換系統進行了低低變技改，收到了較好的效果。

1 技改前流程

壓縮機來的半水煤氣→油水分離器→飽和熱水塔與循環熱水傳質、傳熱→氣水分離器添加蒸汽后分離液態水→主熱交換器與中變二段出口的變換氣換熱后升溫→中變一段→中變二段→主熱交換器換熱→一段水冷卻器降溫→低變一段→低變二段→二段水冷卻器器→第1水加熱器→熱水塔→第2水加熱器→第3水加熱器→冷卻器→出口分離器→后工段。

熱水塔出口熱水經循環水泵加壓，經第1水加熱器加熱后進入飽和塔。

2 技改方案

(1) 變換爐分段。原中變爐一、二段分別作為全低變的一、二段；原低變爐的一、二段分別作為全低變的三、四段；抗毒劑主要放在一段。

(2) 熱水塔與水分離器的技改。采用增濕流程可以有效降低飽和熱水塔的負荷，但原有DN2 600 mm飽和熱水塔偏小，阻力略大，故技改時將原有DN2 200 mm氣水分離器更換為1臺DN3 000 mm氣水分離器，以有效分離液態水，防止帶入催化劑床層造成結塊。原DN2 200 mm氣水分離器置于飽和塔前與原除油器并聯使用。

(3) 變換爐更換催化劑前準備工作。中變爐、低變爐在裝催化劑前，認真檢查內保溫，保障氣體進、出口分布器符合要求，防止發生氣體偏流現象。因中變爐使用溫度下降至350 ℃以下，技改時將中變爐及低變爐內保溫適當減薄，以適當多裝催化劑，確保長周期穩定運行及減小催化劑床層阻力。

(4) 增加了1臺增濕器。增濕器規格為Ф 2 600 mm×13 000 mm二段增濕器，其單獨用2臺DG6- 150×4型工業鍋爐多級離心泵給水。

(5) 提高溴化鋰機組入口水溫。熱水塔出口變換氣溫度降至約72 ℃后，無多余熱量供溴化鋰機組出口循環水提溫，故另增加3.0～3.3 t/h蒸汽量用于熱力除氧，以提高溴化鋰水冷機組入口水溫。

(6) 水系統分離。因飽和熱水塔循環水中ρ(Cl-)為50～80 mg/L，嚴重偏高，技改時將半脫后的水洗與造氣的水洗分開，單獨使用。

3 變換塔抗毒劑及催化劑裝填方案

變換一段(原中變上段)：15 m3抗毒劑+25 m3催化劑；

變換二段(原中變下段)：28 m3催化劑；

變換三段(原低變上段)：30 m3催化劑；

變換四段(原低變下段)：3 m3抗毒劑+41 m3催化劑。

4 技改后流程

壓縮機來的半水煤氣→油水分離器→除油器除油→飽和熱水塔與循環熱水傳質、傳熱→氣水分離器添加蒸汽后分離液態水→主熱交換器與變換三段出口的變換氣換熱后升溫→變換一段→噴水增濕→變換二段→噴水增濕→變換三段→主熱交換熱器→變換四段→第1水加熱器(原第1水加熱器與原二段冷卻器并聯﹚降溫→熱水塔→第2水加熱器→冷卻器→出口分離器→后工段。

熱水塔出口熱水經循環水泵加壓，由第1水加熱器加熱后進入飽和塔。

采用該方案后，理論噸氨外加蒸汽消耗約為150 kg，考慮到熱損及飽和熱水塔偏小造成熱回收不理想等，實際噸氨蒸汽消耗≤250 kg。

5 技改后工藝參數

(1) 入變換系統半水煤氣成分：φ(CO)28%，φ(CO2)12%，φ(H2)39%，φ(CH4)1.5%，φ(N2+Ar)21%，φ(O2)0.4%。

(2) 正常情況下，入系統半水煤氣氣體壓力約為0.8 MPa。

(3) 工藝指標：來自鍋爐的脫鹽除氧水電導率≤0.5 μS/cm，ρ(懸浮物)≤1 g/m3；飽和熱水塔循環水pH為8～9，ρ(總固體)<500 mg/L，ρ(Cl-)<30 mg/L；進系統蒸汽壓力約為1.0 MPa，溫度為(200±10)℃；變換出口氣體中ρ(H2S)≥150 mg/m3(標態)。

(4) 經過技術改造后，變換系統處理半水煤氣氣量為75 000 m3/h(標態)，變換出口φ(CO)為1.0%～1.2%。

6 效益分析

6.1 安全效益

技改后，變換系統管道溫度更低，運行更安全。變換爐進出口管道溫度大幅下降，全低變進口管道溫度240 ℃，催化劑層溫度380 ℃，一變換爐出口管道溫度320 ℃，降溫100～150 ℃，溫差應力大大降低，運行更安全，徹底杜絕了因管道溫度過高引發的溫差應力所導致的停車事故的發生，保障了生產的穩定。

6.2 經濟效益

技改后，噸氨蒸汽消耗大幅下降，降低了生產成本。

(1) 技改投入。增加水分離器和增濕器各1臺，水泵2臺，低變催化劑、抗毒劑共100 m3，加上管道、土建、安裝及設計費用，共約190萬元。

(2) 技改后經濟效益。全低變流程噸氨蒸汽消耗250 kg，降低了300 kg，按每年生產120 kt液氨計算，可節約蒸汽費用360萬元。技改后，年增加給水泵電費6.15萬元，溴化鋰系統及變換系統補水年增加蒸汽費用180萬元。綜上所述，可年增加效益173.85萬元，3個月即可收回技改增加的44.4萬元投資。

7 采用低低變工藝需注意事項

全低變工藝催化劑對氧極其敏感，需嚴格控制半水煤氣中的氧含量。在實際生產過程中，半水煤氣中氧體積分數應控制在≤0.5%。一旦爐溫異常而可能導致氧含量上升時，主操作工應及時作停爐處理。

8 結語

技改歷時1個月，2015年11月合成氨廠開車至2016年1月，變換系統運行穩定，各項指標均達到了預期目標，至2016年1月底即可收回增加的投資，安全與經濟效益十分顯著，可為其他未采用全低變工藝的企業借鑒。

2016- 08- 19)