降低氨合成塔催化劑層熱點(diǎn)溫度改造總結(jié)

何歡歡，周 翔，吳 培，劉 偉，龔普勤

(河南心連心化肥有限公司 河南新鄉(xiāng) 453731)

?

降低氨合成塔催化劑層熱點(diǎn)溫度改造總結(jié)

何歡歡，周 翔，吳 培，劉 偉，龔普勤

(河南心連心化肥有限公司 河南新鄉(xiāng) 453731)

針對(duì)ⅢJD-3500Φ2 200 mm氨合成塔催化劑層熱點(diǎn)溫度超過設(shè)計(jì)溫度指標(biāo)的問題，在不改變氨合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)并保證氨合成塔安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下進(jìn)行了技術(shù)改造。改造后，不僅合成塔催化劑層熱點(diǎn)溫度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且平均每天可多產(chǎn)合成氨225.12 t。

氨合成塔 爐溫 改造

河南心連心化肥有限公司“45·80”項(xiàng)目(450 kt/a合成氨、800 kt/a尿素)中氨合成系統(tǒng)采用ⅢJD- 3500Φ2 200 mm氨合成塔，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，但在一段時(shí)間內(nèi)存在氨合成塔催化劑床層熱點(diǎn)溫度過高的問題，直接影響合成氨產(chǎn)量和氨合成催化劑活性。為此，對(duì)氨合成塔進(jìn)行了技術(shù)改造，以保證氨合成系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 氨合成塔工藝氣體流程

氨合成塔采用一軸三徑結(jié)構(gòu)，內(nèi)置上、中、下3臺(tái)換熱器，凈空高22 000 mm，直徑2 200 mm，壁厚為158 mm。

1.1 塔外工藝氣體流程

來自液氮洗裝置的氫氮?dú)馓釅汉筮M(jìn)入氨合成系統(tǒng)補(bǔ)氣油分離器分離氣體中攜帶的油污，然后與來自循環(huán)機(jī)并經(jīng)循環(huán)氣油分離器分離油污后的循環(huán)氣匯合；匯合后的氣體分為2股，一股分流氣體作為爐溫操作控制的冷副線氣；另一股分流氣體作為主進(jìn)氣進(jìn)入熱交換器殼程，與來自廢熱鍋爐的氣體進(jìn)行換熱，換熱后的主進(jìn)氣再分為2股，一股作為爐溫操作控制的熱副線氣，另一股從合成塔下部兩側(cè)進(jìn)入氨合成塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。

反應(yīng)后氣體從氨合成塔下部兩側(cè)出塔，經(jīng)廢熱鍋爐后進(jìn)入熱交換器管程與來自循環(huán)氣油分離器的氣體換熱，然后依次經(jīng)軟水加熱器、循環(huán)水水冷卻器、溴化鋰水冷卻器換熱降溫，降溫后的氣體進(jìn)入冷交換器管間與來自氨分離器的氣體換熱后分離液氨，然后氣體經(jīng)一級(jí)和二級(jí)氨冷卻器進(jìn)一步降溫后進(jìn)入臥式氨分離器分離液氨，再進(jìn)入冷交換器管內(nèi)與來自管間溴化鋰水冷卻器的氣體換熱，溫度提高至15 ℃左右進(jìn)入循環(huán)機(jī)。

1.2 塔內(nèi)工藝氣體流程

工藝氣體分4股進(jìn)入合成塔內(nèi)。第1股氣體為經(jīng)合成塔塔外熱交換器殼程加熱的循環(huán)氣，在合成塔下?lián)Q熱器與來自合成塔第3徑向?qū)臃磻?yīng)后的出口氣換熱后，由中心管進(jìn)入“零米”。第2股氣體為中換熱器入口氣，由1股冷副線氣和1股熱副線氣組成(可根據(jù)需要單獨(dú)開啟任意1股副線氣或2股副線氣同時(shí)開啟)，2股氣體在合成塔外匯合后入塔，經(jīng)與合成塔第2徑向?qū)臃磻?yīng)后的氣體換熱后，在中心管與第1股氣體匯合，然后進(jìn)入合成塔的“零米”。第3股氣體為上換熱器入口氣，由1股冷副線氣和1股熱副線氣組成(可根據(jù)需要單獨(dú)開啟任意1股副線氣或2股副線氣同時(shí)開啟)，2股氣體在合成塔外匯合后經(jīng)冷管閥入塔，與合成塔第1徑向?qū)臃磻?yīng)后的氣體換熱后，由2根上升管引出進(jìn)入合成塔的“零米”。第4股氣體為“零米”冷激氣，由1股冷副線氣和1股熱副線氣組成(可根據(jù)需要單獨(dú)開啟任意1股副線氣或2股副線氣同時(shí)開啟)，2股氣體在合成塔外匯合后入塔，通過設(shè)置在催化劑筐蓋上的冷激氣孔噴入“零米”，以降低軸向?qū)尤肟跉怏w溫度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)軸向?qū)雍铣蓽囟鹊哪康摹?/p>

經(jīng)“零米”匯合后的氣體分別經(jīng)過第1床軸向段、第1床徑向段、上換熱器殼程、第2床徑向段、中換熱器殼程、第3床徑向段、下?lián)Q熱器殼程進(jìn)行反應(yīng)，然后出合成塔進(jìn)入廢熱鍋爐。

2 存在的問題

“45·80”項(xiàng)目有2套氨合成系統(tǒng)(1#和2#系統(tǒng))，合成塔內(nèi)催化劑分為4層，共設(shè)12個(gè)測溫點(diǎn)，測溫點(diǎn)1～3為軸向?qū)拥?個(gè)測溫點(diǎn)，測溫點(diǎn)4～6為第1徑向?qū)拥?個(gè)測溫點(diǎn)(測溫點(diǎn)5是催化劑層熱點(diǎn)溫度測點(diǎn))，測溫點(diǎn)7～9為第2徑向?qū)拥?個(gè)測溫點(diǎn)，測溫點(diǎn)10～12是第3徑向?qū)拥?個(gè)測溫點(diǎn)。改造前氨合成塔催化劑層溫度見表1。

由表1可以看出，改造前2套系統(tǒng)的氨合成塔的催化劑層熱點(diǎn)溫度均高于500 ℃，超過了設(shè)計(jì)值(495±5 ℃)。通過調(diào)節(jié)進(jìn)入合成塔的冷副線氣量，溫度下降不明顯，催化劑層熱點(diǎn)溫度仍高于設(shè)計(jì)值，這不僅會(huì)降低催化劑活性，而且影響設(shè)備的使用壽命，存在一定的安全隱患。

表1 改造前氨合成塔催化劑層溫度

3 改造措施

為達(dá)到降低合成塔催化劑層熱點(diǎn)溫度的目的，對(duì)氨合成塔及其附屬管道進(jìn)行了技術(shù)改造。

(1)在氨合成塔催化劑筐蓋上增加了4個(gè)DN108 mm冷激氣孔，提高“零米”冷激氣過氣量。

(2)在廢熱鍋爐至熱交換器管段上增設(shè)直接去軟水加熱器的管段，以降低廢熱鍋爐氣體對(duì)熱交換器殼程氣體的預(yù)熱溫度，進(jìn)而降低入塔氣體溫度。

4 改造效果

改造后氨合成塔催化劑層溫度見表2，改造前、后氨合成塔進(jìn)出口氣體中含氨體積分?jǐn)?shù)分析結(jié)果見表3。

表2 改造后氨合成塔催化劑層溫度

項(xiàng) 目溫度/℃1#系統(tǒng)2#系統(tǒng)軸向?qū)訙y溫點(diǎn)182.880.3測溫點(diǎn)2388.6387.5測溫點(diǎn)3419.0424.3第1徑向?qū)訙y溫點(diǎn)4496.3496.3測溫點(diǎn)5497.5498.2測溫點(diǎn)6496.5497.4第2徑向?qū)訙y溫點(diǎn)7387.2385.6測溫點(diǎn)8448.0439.3測溫點(diǎn)9451.2448.3第3徑向?qū)訙y溫點(diǎn)10434.6433.3測溫點(diǎn)11407.5421.0測溫點(diǎn)12421.3425.3

表3 改造前、后氨合成塔進(jìn)出口氣體含氨體積分?jǐn)?shù)分析結(jié)果 %

通過改造，氨合成塔催化劑層熱點(diǎn)溫度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；改造后，由于氨凈值提高，平均每天可多產(chǎn)合成氨225.12 t。

5 結(jié)語

在不改變氨合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)的前提下，通過增加催化劑筐蓋冷激氣孔數(shù)并適當(dāng)調(diào)整工藝氣體流程，達(dá)到了降低氨合成塔催化劑層熱點(diǎn)溫度的目的，并使合成氨平均產(chǎn)量增加225.12 t/d。此改造方式不僅投資費(fèi)用低、見效快，而且保證了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

Sum-Up of Renovation of Lowering Catalyst Layer Hot-Spot Temperature of Ammonia Converter

HE Huanhuan, ZHOU Xiang, WU Pei, LIU Wei, GONG Puqin

(Henan Xinlianxin Fertilizer Co., Ltd. Henan Xinxiang 453731)

In connection with the problem that catalyst layer hot-spot temperature exceeds designed temperature specification, a technical renovation is carried out on the premise that the structure of the ammonia converter internals remains unchanged and safe and smooth operation of the ammonia converter is ensured. After the revamp, not only the catalyst layer hot-spot temperature of the ammonia converter reaches the design requirement, but also the ammonia output increases by 225.12 t per day.

ammonia converter furnace temperature renovation

何歡歡(1988—)，女，助理工程師，碩士研究生，河南心連心化肥有限公司工程技術(shù)研究中心研究員，從事氨合成技術(shù)研究工作；hehuanhuan0105@163.com。

TQ113.25+2

B

1006- 7779(2016)05- 0050- 03

2015-10-30)