合成氨變換系統帶灰問題的發現與解決

郭志強

（兗礦貴州開陽化工有限公司，貴州開陽 550306）

合成氨變換系統帶灰問題的發現與解決

郭志強

（兗礦貴州開陽化工有限公司，貴州開陽 550306）

根據某年產500 kt大型合成氨裝置凈化系統異常發現了氣化來水煤氣帶灰并影響生產正常進行的問題，可以通過第1水分離器就地排水，觀察水質、分析懸浮物是否異常，第1中溫換熱器換熱效果是否變差，第1中溫變換爐壓差增大和上層催化劑活性是否減弱等方法判斷水煤氣是否帶灰。通過清洗中溫換熱器列管、更換第1中溫變換爐催化劑和方法，使生產恢復正常。

凈化；水煤氣；帶灰；措施

某年產500 kt大型合成氨裝置，主生產系統包括氣化、凈化及合成車間。從氣化來水煤氣經凈化3臺變換爐后產出合格變換氣（CO的體積分數≤1%）送往低溫甲醇洗工序脫碳除硫。

前期開車階段因氣化系統運行欠佳，從氣化來水煤氣出現帶灰現象，帶灰的水煤氣經過煤氣水分離器V2001、中溫換熱器直接進入第1中溫變換爐，并在其上層催化劑表面形成灰層。隨著系統運行，灰層逐漸向下延伸，阻力帶逐漸擴大，催化劑空隙亦被逐漸堵塞，導致上層催化劑活性變差，第1中溫變換爐反應率亦隨之降低，嚴重影響生產正常進行。

通過觀察與分析發現變換系統煤氣水分離器排水呈白色且帶粘性、中溫換熱器換熱效果逐漸變差、第1中溫變換爐上層催化劑活性變差、第1中溫變換爐整體阻力增大等系列問題。

1　現象與分析

1.1中溫換熱器換熱效果變差

中溫換熱器內置閥，作用是調節入第1中溫變換爐工藝氣溫度。由于氣化來水煤氣持續帶灰造成該閥與隔板套筒間堵塞嚴重，故只能在70%以下緩慢動作。中溫換熱器列管內大量煤灰導致該換熱器換熱效果明顯差，1周內進出口溫差Δθ的變化情況見圖1。

圖1　中溫換熱器進出口溫度及溫差

從圖1可以看出，4月22日進出口溫差急劇下降，從正常的30～40℃減為1℃，且再無升勢。23日因空分跳車，生產系統短暫停車。24日再開車后（水煤氣帶灰更嚴重），中溫換熱器基本無換熱效果，已無法保證入爐溫度220℃。

1.2第1中溫變換爐壓差升高

鑒于影響壓差的因素較多，為了較好的反應水煤氣帶灰前后第1中溫變換爐壓差變化，用壓差Δp與合成精制氣體積流量qV的比來反應第1中溫變換爐整體阻力變化趨勢，1周內的數據見圖2。

從圖2可以看出，正常運行期間Δp/qV應該在0.4 Pa·h/m3左右。22日7：00升至0.54，開始出現帶灰，持續約16 h后，因空分跳車整個生產系統停車。24日9:00變換接氣后，中溫換熱器溫差降為-1.1℃，直至12:00變換出合格工藝氣第1中溫變換爐壓差升至107 kPa，而該溫差Δθ仍處在1～2℃，Δp/qV為1.85 Pa·h/m3，證明水煤氣仍持續帶灰且有加大趨勢，當日16:00系統被迫停車。

圖2 第1中溫變換爐阻力變化趨勢

2　問題的解決

2.1清洗中溫換熱器列管更換第1中溫變換爐催化劑

4月25日—5月6日系統檢修，氣化車間檢修洗滌塔，凈化車間清洗中溫換熱器。中溫換熱器人孔打開后，發現與前期分析相符：自調閥套筒與隔板一半被煤灰堵死，換熱管內部與管板上均不同程度分布著煤灰。徹底清洗中溫換熱器內部煤灰，投入使用后，進出口溫差恢復正常。見圖3。

圖3　清洗后的中溫換熱器進出口溫度及溫差

2.2更換第1中溫變換爐催化劑

利用大修時更換第1中溫變換爐催化劑，總量82.6 m3。

如果單是氣化水煤氣帶灰，由于持續時間較短，第1中溫變換爐上層催化劑重新扒卸過篩除灰即可，便沒有必要全部更換。鑒于前期開車期間系統不穩，開停車頻繁造成催化劑升溫降溫頻繁，導致催化劑活性變差、存在結塊粉化及偏流等系列問題，因此決定全部更換第1中溫變換爐催化劑。

再開車后第1中溫變換爐后壓差趨于正常，見圖4。

圖4　第1中溫變換爐更換催化劑后壓差

3　結論

氣化水煤氣帶灰問題屬于合成氨生產中相當嚴重的問題，一旦出現應及時停車，否則將造成后系統設備堵塞，更嚴重的是會造成生產系統長期無法加量或催化劑全部失活等。水煤氣是否帶灰，可以通過第1水分離器就地排水，觀察水質、分析懸浮物是否異常，第1中溫換熱器換熱效果是否變差，第1中溫變換爐壓差增大和上層催化劑活性是否減弱等方法判斷。

為盡量避免合成氨變換系統帶灰，使氣化水煤氣灰分的質量濃度達到≤1 mg/m3的設計指標，前面的氣化系統應適當加大水洗塔上部高壓脫氧水洗滌量，定期分析灰水（黑水處理后的洗滌水）水質以提高水洗塔中下部灰水質量，避免灰水中攜帶大量絮凝劑及顆粒物；在每次檢修中檢查水洗塔泡帽是否有脫落、腐蝕或吹翻現象，定期清洗塔盤及泡罩；把好煤質關，降低灰分，穩定氣化爐操作。

TQ 113.26+4.2

B

10.3969/j.issn.1006-6829.2016.01.013

2015-11-21