等溫變換開車試運(yùn)行探討

劉宏偉，羅 松，張 彪，方 國

(1.安徽泉盛化工有限公司，安徽 滁州 233290；2.湖南安淳高新技術(shù)有限公司，湖南 長沙 410205)

安徽泉盛化工有限公司(以下簡稱安徽泉盛)成立于2008年6月，是安徽晉煤中能全資子公司。安徽泉盛是以煤化工為主的綜合型化工企業(yè)，位于滁州市定遠(yuǎn)縣爐橋鎮(zhèn)，坐落在省級(jí)鹽化工業(yè)園內(nèi)(定遠(yuǎn)鹽化工業(yè)園)。安徽泉盛的年產(chǎn)32萬t氨醇裝置，原料和動(dòng)力結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目以煤為原料生產(chǎn)合成氨。裝置氣化采用航天粉煤加壓氣化技術(shù)、變換采用湖南安淳兩級(jí)等溫變換工藝、氣體精制采用液氮洗工藝、脫除酸性氣體采用低溫甲醇洗工藝、合成采用低壓氨合成工藝、各壓縮機(jī)采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)組，整個(gè)工藝過程技術(shù)先進(jìn)、能耗低、污染小、自動(dòng)化程度高，符合現(xiàn)代煤化工的發(fā)展要求。該項(xiàng)目等溫變換裝置于2022 年7月26日一次開車成功，2022年7月30日打通全流程，產(chǎn)出合格液氨產(chǎn)品。

1 等溫變換工藝流程

從氣化工段來的～3.72MPa(g)、～202℃、φ(CO)為～62.7%(干基)的粗煤氣，經(jīng)第一水分離器分離其中夾帶的冷凝水后進(jìn)入過濾器，然后經(jīng)進(jìn)料換熱器加熱至250℃，補(bǔ)加蒸汽調(diào)整汽氣比后，進(jìn)脫毒槽除去粗煤氣中的粉塵、砷等對(duì)變換催化劑有毒的物質(zhì)，然后進(jìn)入一級(jí)等溫變換爐內(nèi)外筒環(huán)隙，通過徑向催化層，邊反應(yīng)邊移熱，溫度恒定在270℃，φ(CO)降至～3%(干基)，反應(yīng)后的270℃熱氣從爐底出來，進(jìn)入進(jìn)料換熱器溫度降至235℃，經(jīng)二級(jí)冷凝液預(yù)熱器回收熱量后溫度降至～220℃，然后經(jīng)二級(jí)等溫變換爐內(nèi)外筒環(huán)隙，通過徑向催化層，邊反應(yīng)邊移熱，溫度恒定在200℃，φ(CO)降至～0.4%(干基)。反應(yīng)后的200℃熱氣從爐底出來，變換氣分成兩股，一股經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器回收余熱，另一股經(jīng)一級(jí)冷凝液預(yù)熱器回收余熱，然后匯合后進(jìn)入第二水分離器分離工藝?yán)淠海僖来谓?jīng)第一脫鹽水預(yù)熱器和第二脫鹽水預(yù)熱器，降溫至70℃，分離冷凝液后，再經(jīng)水冷器降溫至40℃，進(jìn)入洗氨塔分離冷凝液后去低溫甲醇洗工段。

圖1 等溫變換流程示意注：S-2001—第一水分離器；V-2001A/B—過濾器；E-2001—進(jìn)料換熱器；R-2001A/B—凈化爐；V-2002—中壓汽包；R-2002—一級(jí)等溫變換爐；V-2003—低壓汽包；R-2003—二級(jí)等溫變換爐；E-2002—冷凝液預(yù)熱器；E-2004—鍋爐水預(yù)熱器；S-2002—第二水分離器；E-2006—第一脫鹽水預(yù)熱器；E-2007—第二脫鹽水預(yù)熱器；E-2008—變換水冷器；C-2001—洗氨塔

2 變換系統(tǒng)設(shè)備配置

等溫變換系統(tǒng)設(shè)備配置見表1。

表1 變換系統(tǒng)設(shè)備配置

3 原始開車流程

3.1 升溫階段

(1)升溫介質(zhì)為氮?dú)狻?/p>

(2)升溫速率為25℃/h，在90～120℃物理水釋放高峰區(qū)間，適當(dāng)恒溫。

(3)催化劑床層溫度升至180℃時(shí)，配入氫氣或干煤氣，直至循環(huán)氣中氫氣體積分?jǐn)?shù)在20%～30%，控制變換系統(tǒng)壓力為～0.20MPa。

(4)一級(jí)等溫變換爐床層溫度升至220～230℃，調(diào)整空速和溫度，使二級(jí)等溫變換爐床層溫度達(dá)180℃以上。

3.2 硫化主期

(1)各爐床層溫度達(dá)到要求時(shí)，少量配入CS2，開始串聯(lián)硫化。

(2)在控制溫升不大的情況下，邊觀察邊逐步加大CS2加入量。

(3)邊硫化邊緩慢升溫，啟用硫化電加熱器升溫和增加CS2加入量不應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，催化劑床層溫度控制不超過300℃。

(4)每小時(shí)分析一次進(jìn)口H2S含量，每半小時(shí)分析一次出口H2S含量，當(dāng)出口H2S≥3g/Nm3時(shí)，表示床層已穿透，出口H2S的分析移至下一爐的出口。

(5)每半小時(shí)排放一次冷凝水。

3.3 硫化強(qiáng)化期

(1)一級(jí)等溫變換爐已穿透，緩慢提溫進(jìn)入強(qiáng)化期，繼續(xù)加大CS2加入量，二級(jí)等溫變換爐繼續(xù)在主期硫化。

(2)當(dāng)強(qiáng)化期升溫速率≤10℃/h，床層吸收H2S反應(yīng)的速度明顯減弱時(shí)，適當(dāng)升溫，強(qiáng)制硫化。

(3)當(dāng)一級(jí)等溫變換爐床層各點(diǎn)溫度均勻且達(dá)到或接近400℃、爐子出口H2S≥15g/Nm3以上時(shí)，恒溫4h，一級(jí)等溫變換爐強(qiáng)化結(jié)束。

(4)二級(jí)等溫變換爐溫度接近300℃、出口H2S≥3g/Nm3，且主期時(shí)間在48h以上，提溫進(jìn)入強(qiáng)化期。

(5)一、二級(jí)等溫變換爐溫度、出口H2S指標(biāo)、恒溫時(shí)間均已達(dá)強(qiáng)化期要求，CS2總計(jì)使用量在15.52t，強(qiáng)化結(jié)束。

3.4 降溫置換

(1)按≤30℃/h速率降溫，床層溫度在400～300℃區(qū)間繼續(xù)加CS2。

(2)床層溫度低于300℃，停加CS2，加大系統(tǒng)氮?dú)饧尤肓?，加大放空量，邊降溫邊排硫，?dāng)一級(jí)等溫變換爐床層溫度降至～120℃時(shí)，分析一級(jí)等溫變換爐出口H2S≤0.5g/Nm3，將一級(jí)等溫變換爐退出，二級(jí)等溫變換爐繼續(xù)降溫排硫。

(3)二級(jí)等溫變換爐床層溫度降至～120℃以下，分析二級(jí)等溫變換爐出口H2S≤0.5g/Nm3，降溫排硫工作結(jié)束。

3.5 系統(tǒng)接氣及輕負(fù)荷運(yùn)行

(1)拆除水汽系統(tǒng)的盲板，汽包開始加入80℃以上的鍋爐水至正常液位。

(2)汽包恢復(fù)正常液位，開啟開工蒸汽、中壓熱水循環(huán)泵和低壓熱水循環(huán)泵，輔助一、二級(jí)等溫變換爐催化劑床層升溫。

(3)使用羅茨風(fēng)機(jī)和硫化電加熱器，進(jìn)行凈化爐、一級(jí)、二級(jí)等溫變換爐催化劑的升溫。

(4)凈化爐溫度升至250℃，待正常接氣后使用。

(5)系統(tǒng)卸壓置換，充氮?dú)獗Ｎ⒄龎?，將升溫硫化副線所有盲板全部調(diào)至“盲”位，保證硫化系統(tǒng)與工藝系統(tǒng)完全隔離，將一級(jí)等溫變換爐工藝氣進(jìn)口及二級(jí)等溫變換爐工藝出口管上 “8”字盲板恢復(fù)至 “通”位，低壓氮?dú)馀c系統(tǒng)各連接管線盲板調(diào)成“盲”位。

(6)慢慢開啟系統(tǒng)進(jìn)口閥，倒入粗煤氣，開啟各爐出口放空閥；利用進(jìn)料換熱器調(diào)溫副線、入系統(tǒng)氣量、汽包蒸汽壓力及汽氣比等多種因素調(diào)節(jié)各爐溫度，逐漸將各爐床層溫度控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，前爐溫度基本合格，可逐步關(guān)小直至關(guān)閉該爐系統(tǒng)出口放空閥，同時(shí)開大后一個(gè)爐子出口放空閥，直至各爐溫度均在指標(biāo)范圍內(nèi)。同時(shí)，將等溫變換爐出口各換熱降溫設(shè)備投入正常運(yùn)行。

(7)變換系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行正常，系統(tǒng)出口φ(CO)≤0.4%，打開變換出口，關(guān)放空，向后工段送氣。

4 開車運(yùn)行情況

4.1 試運(yùn)行參數(shù)

該項(xiàng)目等溫變換裝置于2022 年7月26日一次開車成功，試運(yùn)行期間參數(shù)見表2。

表2 試運(yùn)行參數(shù)

4.2 試運(yùn)行遇到的問題及解決方法

(1)高溫工藝?yán)淠褐邪焙扛?。原因?yàn)镃o-Mo耐硫變換催化劑在生產(chǎn)過程中帶入氨，運(yùn)行時(shí)隨變換氣進(jìn)入工藝?yán)淠??？刹扇〉拇胧樵诖呋瘎┻\(yùn)行初期，引一部分高溫工藝?yán)淠哼M(jìn)汽提塔汽提后回氣化裝置。

(2)汽提水冷器冷卻后的不凝氣溫度較難控制。原因?yàn)槠崴淦靼?00%負(fù)荷設(shè)計(jì)，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)換熱面積大，造成不凝氣溫度偏低?？刹扇〉拇胧樵谘h(huán)水管線增加溫度調(diào)節(jié)副線，通過調(diào)節(jié)閥控制不凝氣溫度。

5 結(jié)語

安徽泉盛等溫變換裝置于2022 年7月26日一次開車成功，2022年7月30日打通全流程，產(chǎn)出合格液氨產(chǎn)品，等溫變換裝置當(dāng)前負(fù)荷下各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于試運(yùn)行期間存在的問題還將進(jìn)一步優(yōu)化，為系統(tǒng)的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行提供更有力的保障，希望安徽泉盛變換系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可為業(yè)內(nèi)同類裝置及類似裝置工藝路線的選擇、系統(tǒng)的試車與運(yùn)行等提供參考與借鑒。