第4代可控移熱變換技術的應用

岳續成 薛 嬌

(山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限責任公司山西運城044000)

第4代可控移熱變換技術的應用

岳續成 薛 嬌

(山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限責任公司山西運城044000)

1 改造前情況

山西陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司一分廠2#和3#變換系統共由3套0.8 MPa的變換裝置組成。3套變換裝置通過多次技術改造，2#和3#變換系統由原來的中溫變換工藝改為中串低工藝，后又改為全低變工藝，但仍存在以下問題：①系統套數多，規模小，最小的1套變換裝置僅能配置40 kt/a氨；②操作人員多，管理困難；③壓力等級低，動力電耗高，蒸汽消耗高；④系統阻力大，催化劑后期系統阻力>0.12 MPa。

為了提高一廠2#和3#凈化系統連續運行水平，確保安全生產，降低生產能耗，提高企業效益，對2#和3#變換系統節能優化改造勢在必行。

2 改造內容

將3套變換裝置整合，新建1套采用第4代可控移熱變換技術、壓力等級2.1 MPa的變換、變脫裝置，設計產能擴大至750 t/d氨。考慮到可控移熱變換催化劑床層溫度相對低，有機硫轉化不完全，在變換爐出口增加有機硫水解槽，減少對脫碳NHD液的污染。改造前、后合成氨系統工藝流程分別見圖1和圖2(虛線內為改造部分)。

圖1 改造前合成氨系統工藝流程

圖2 改造后合成氨系統工藝流程

3 改造后工藝流程

3.1 變換系統

(1)工藝氣流程：分離油水后的半水煤氣進入除油器，除油后半水煤氣經前熱交換器換熱后進入后熱交換器，在后熱交換器后加入2.5 MPa 蒸汽使溫度升至約200 ℃進入預變爐，預變爐出口變換氣進入后熱交換器與半水煤氣換熱降溫，經增濕器噴水和添加蒸汽后，溫度至約200 ℃后進入可控移熱變換爐進行反應。出可控移熱變換爐的變換氣中CO體積分數降至1.5%后，經除氧水加熱器換熱，再經水解槽將有機硫完全轉化成H2S后，進入前熱交換器降溫至約87 ℃，經蒸發水冷器冷卻后的變換氣(溫度<40 ℃)再經分離器分離冷凝水后進入變脫系統。

(2)水流程：界區外來的約80 ℃除氧水經除氧水加熱器加熱至約170 ℃，分別供噴水增濕器和可控移熱變換爐的2 臺汽包使用，其中1 臺汽包副產2.5 MPa 蒸汽并送至本裝置蒸汽緩沖罐自用；另1臺汽包副產1.0～1.3 MPa 蒸汽送至界區外。

改造后變換系統工藝流程見圖3。

圖3 改造后變換系統工藝流程

3.2 變脫系統

來自變換系統的2.0 MPa變換氣先進入二次脫硫塔，氣體在二次脫硫塔內與自上而下的DDS脫硫液逆流接觸，吸收氣體中的H2S及部分有機硫，使氣體中H2S質量濃度由300 mg/m3(標態)降低至5.0 mg/m3(標態)以下；再通過干法脫硫槽使氣體中H2S質量濃度由5.0 mg/m3(標態)降低至1.5 mg/m3(標態)，然后送往2#變壓吸附脫碳系統和3#NHD脫碳系統。

4 可控移熱變換的技術特點

(1)設備數量減少。可控移熱變換爐催化劑床框內設置了中溫反應區、次中溫熱能回收區和低溫平衡區，埋入催化劑床層中的換熱管束為2組，分別副產2.5 MPa及1.0 MPa壓力等級的飽和蒸汽，1臺設備取代了傳統絕熱變換工藝中的二段變換爐、三段變換爐、四段變換爐以及各級之間直接或間接移熱等設備。

(2)蒸汽消耗降低。通過控制平衡段出口溫度，有效降低了變換系統所需的水氣比，在滿足變換反應蒸汽需要的情況下，降低了蒸汽消耗。

(3)催化劑使用周期延長。低變催化劑出口溫度始終控制在200 ℃，不會出現反硫化現象，催化劑始終在相對平穩的溫度下反應，有利于延長催化劑壽命。

(4)水氣比低，溫度平穩，易控制。采用水移熱方式移出變換反應熱，平衡段溫度穩定易控制。變換氣出口溫度低、增大平衡溫距，不僅有利于降低蒸汽消耗，而且實現了在低水氣比條件下CO深度轉化。

(5)未參與反應的蒸汽量減少。既減少了最后一段催化劑床層出口變換氣中夾帶的蒸汽量，又降低了變換氣的露點溫度，減輕了設備的露點腐蝕程度。

(6)操作簡單。可控移熱變換反應催化劑床層溫度僅與副產蒸汽壓力有關，只要通過控制汽包副產的蒸汽壓就可控制催化劑床層的溫度，操作簡單，誤操作少。

5 改造后凈化系統運行效果

山西陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司一分廠2#和3#變換系統采用了第4代可控移熱變換技術進行節能優化改造，該裝置(2#和3#)從2016年2月3日開始試運行，目前運行平穩，其優越性明顯。裝置工藝指標能達到設計要求；變換系統出口變換氣中CO 體積分數為1.5%；干法脫硫槽出口氣體中H2S質量分數<1.0 mg/m3(標態)。

改造前、后主要技術經濟指標對比見表1。

表1 改造前、后主要技術經濟指標對比

注： 1. 單套變換系統產量660 t/d，電價格0.48元/(kW·h)，蒸汽價格105元/t； 2. 單套變脫系統電耗增加原因是按設計產量750 t/d，選用泵流量大

2016- 12- 15)