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Φ2200 mm氨合成系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造總結(jié)

文檔作者：徐國向超譚暢文檔來源：湖北三寧化工股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年08月29日
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小氮肥　第44 卷　第2 期　2016 年2 月　
Φ 2 200 mm 氨合成系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造總結(jié)
徐　國　向　超　譚　暢
(湖北三寧化工股份有限公司　湖北三寧443206)
0　前言
湖北三寧化工股份有限公司(以下簡稱三寧
公司)尿素廠于2008 年11 月建成投產(chǎn),該氨合成
系統(tǒng)配套的中壓醇烴化凈化流程包括2 套醇化系
統(tǒng)和1 套烴化系統(tǒng), 醇化塔和烴化塔均為
Φ 1 600 mm軸徑向塔,操作壓力為13 MPa。合成
塔內(nèi)件選用湖南安醇公司的Ⅲ JD2000 型
Φ 2 200 mm氨塔內(nèi)件,結(jié)構(gòu)為3 層4 段、1 軸2 徑
式,最高工作壓力26 MPa,配置副產(chǎn)2. 5 MPa 蒸
汽的廢熱鍋爐。該裝置在投產(chǎn)初期日均產(chǎn)氨的最
高達928 t,后由于多方面原因?qū)е庐a(chǎn)量逐步下
降,系統(tǒng)經(jīng)常超壓,尤其是從2011 年6 月開始,氨
合成系統(tǒng)阻力逐步上漲,到2011 年10 月,系統(tǒng)阻
力由起初的1. 9 MPa 上升至2. 8 MPa,為保護設(shè)
備的安全運行,氨合成系統(tǒng)被迫減量運行,日均產(chǎn)
氨量最低時不足800 t。
氨合成系統(tǒng)工藝流程見圖1。
圖1　氨合成系統(tǒng)工藝流程
1　產(chǎn)能下降的原因分析
1. 1　氨合成塔催化劑活性衰退
氨合成塔催化劑總填裝量147 t(50 m3 )。開
車初期,由于操作經(jīng)驗不足,經(jīng)常大幅超溫,對催
化劑活性影響較大;由于對催化劑的保護不當,多
次發(fā)生醇醚類物質(zhì)致催化劑中毒現(xiàn)象;此外,上層
催化劑本身在升溫還原中還原質(zhì)量不好,且有因
催化劑填裝不均發(fā)生沉降的現(xiàn)象,導(dǎo)致上層催化
劑活性差、溫升小、平面溫差大,整個床層熱點溫
度由上層軸向段下移至徑向?qū)永涔芏?氨合成反
應(yīng)差,最終也導(dǎo)致了系統(tǒng)壓力高,動力消耗高、嚴
重制約了氨合成系統(tǒng)產(chǎn)能的提高。該塔催化劑使
用僅僅3 年,熱點溫度已經(jīng)由最初的478 ℃逐步
提至500 ℃。1. 2　阻力上漲
醇烴化系統(tǒng)長期超負荷運行,醇化和烴化催
化劑活性均有不同程度的衰退,而受脫碳工藝的
影響,醇化系統(tǒng)進口氣體中φ(CO2)長期超標2%
左右,導(dǎo)致烴化出口氣體中φ(CO2)為15 ×10 -6,
CO2 含量偏高的補氣與含氨的循環(huán)氣匯合,最終
在氨合成系統(tǒng)入合成塔前段設(shè)備內(nèi)生成銨鹽結(jié)晶
11
　小氮肥　第44 卷　第2 期　2016 年2 月　
而堵塞了氣體通道,引起系統(tǒng)阻力上漲。測試的氨合成系統(tǒng)阻力對比見表1。
表1　測試的氨合成系統(tǒng)阻力對比MPa
項　目系統(tǒng)合成塔油分廢鍋- 熱交水冷器冷交- 氨冷器氨分- 冷交
2011 年3 月2. 0 1. 0 0. 15 0. 1 0. 25 0. 15 0. 2
2011 年10 月2. 8 1. 1 0. 25 0. 1 0. 25 0. 15 0. 9
　　由表1 可見,系統(tǒng)阻力增大主要分布在氨
分- 冷交段,而這段恰恰是氨合成新鮮氣通過的
位置,由此可以判斷阻力上升的根本原因是因新
鮮氣中CO2 含量長期過高與氨反應(yīng)生成銨鹽結(jié)
晶引起的。
1. 3　循環(huán)機故障頻繁
2010 年5 月起,循環(huán)機連桿大、小瓦拉瓦經(jīng)
常發(fā)生,尤其是系統(tǒng)阻力上升后幾臺循環(huán)機電流
長期超標,額定電流64 A,而最高電流達到70 A,
拉瓦事故頻繁發(fā)生,嚴重時2 臺循環(huán)機同時發(fā)生
故障,系統(tǒng)被迫減量運行。為延長循環(huán)機的運行
周期和維持正常生產(chǎn)的持續(xù)進行,開氨合成系統(tǒng)
大近路1~2 格,以減輕循環(huán)機負荷,這樣就不可
避免對氨合成產(chǎn)量造成一定影響。選用2D-25-
13. 7/235~260 型平衡對稱式循環(huán)機,排氣量為
13． 7 m3 / min(標態(tài)),3 開1 備,因氣缸為單作用
式結(jié)構(gòu),活塞受力大,出口氣流脈沖大,導(dǎo)致循環(huán)
機負荷重、振動大、故障頻發(fā),同時系統(tǒng)阻力高進
一步加劇了循環(huán)機的磨損。
2　解決措施
針對上述問題,經(jīng)認真分析研究,采取了相應(yīng)
的技術(shù)措施,從根源上解決了一系列導(dǎo)致氨合成
產(chǎn)能持續(xù)下降、動力消耗高及設(shè)備維修成本高的
難題。
2. 1　更換部分催化劑
針對上層催化劑活性衰退的現(xiàn)象,于2011 年
底將上層部分催化劑更換為還原態(tài)催化劑。此次
填裝采用氮氣降溫、氮氣保護、真空抽吸催化劑、
干法分離操作方法,即把降溫后的催化劑用羅茨
風(fēng)機通過管道抽出,抽出的催化劑與保護介質(zhì)氮
氣分離后,立即用水沖洗氧化降溫后運走,氮氣經(jīng)
水冷器降溫后返回,并從合成塔塔頂零米催化劑
表面進入塔內(nèi),形成氮氣循環(huán)氣路(注意真空度,
防止誤操作抽入空氣),在塔底主出氣口補入氮
氣。共抽取上層舊催化劑約18 t,實際裝入還原
態(tài)催化劑17. 8 t,占整個氨塔催化劑填裝總量的
12%。開車時,用φ(H2)為70% 的氫氮氣對上層
催化劑進行8 h 的升溫還原,首先將零米催化劑
溫度提高至480 ℃,然后將上層催化劑熱點溫度
提高至500 ℃恒溫4 h 即結(jié)束對新催化劑的升溫
還原。
氨合成系統(tǒng)投運后,上層催化劑的活性得到
了顯著發(fā)揮,零米溫度395 ℃,熱點485 ℃,整個
床層熱點溫度重新回到上層,相同工況下系統(tǒng)壓
力下降近1. 0 MPa,日均氨產(chǎn)量達到1 015 t。
2013 年3 月22 日,日產(chǎn)氨1 040. 53 t,達到歷史
最高記錄。
2. 2　消除阻力
針對氨合成系統(tǒng)阻力上升的現(xiàn)象,采取了
2 項措施:①先加入80 ℃熱水,然后用120 ℃ 的
蒸汽對氨合成系統(tǒng)氨分- 冷交段設(shè)備管線進行熱
洗,將設(shè)備內(nèi)部的銨鹽完全分解;②更換醇化活性
較差的A 塔催化劑,同時對烴化催化劑進行深度
還原,大大提高了醇烴化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率,從根本上
消除了氨合成系統(tǒng)阻力大的困擾,對于提高氨合
成補氣凈化度和確保裝置穩(wěn)定高效運行起到了決
定性作用。
另外,本次烴化催化劑深度還原是三寧公司
第1 次對運行中催化劑進行深度解毒。實踐證
明,采用φ(H2)為70%的氫氮氣將催化劑提溫至
500 ℃的還原溫度對于提高催化劑使用活性的方
法是有成效的。本次深度還原采用分層還原的方
式,將催化劑的上、中、下層分別提溫至500 ℃進
行恒溫,邊補氣邊放空置換,保證循環(huán)φ(H2 )維
持在65%以上,同時對所分離出來的少量氨水和
一些有機物質(zhì)進行排放收集,整個深度還原過程
歷時30 h。重新并入系統(tǒng)運行后,催化劑轉(zhuǎn)化率
得到大幅提高,在烴化系統(tǒng)進口氣體中φ(CO +
CO2)為0. 3%的相同工況下,出口氣體中φ(CO +
12
　小氮肥　第44 卷　第2 期　2016 年2 月　
CO2 )由原20 ×10 -6降至10 ×10 -6左右,從根本上
解決了氨合成系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部銨鹽結(jié)晶而引起的氣
體通道堵塞的問題。
此外,針對氨合成塔阻力偏大的問題,對氣體
分流進行了改動,新增了1 條熱副線,從塔底引
入,與塔底冷副線混合進入上部換熱器再到中心
管,進入上催化劑層反應(yīng),即在原來的基礎(chǔ)上進一
步加大了氣體分流量。開車后,合成塔壓差在原
基礎(chǔ)上下降了0. 1 MPa,同時,由于部分塔內(nèi)換熱
量轉(zhuǎn)移到塔外,出塔氣體溫度上升近20 ℃,廢熱
鍋爐副產(chǎn)蒸汽提高了10 t/ h。目前,氨合成系統(tǒng)
阻力一直穩(wěn)定在1. 8 MPa,冷交- 氨分段阻力也
一直穩(wěn)定在0. 25 MPa,合成塔阻力1. 0 MPa。醇
烴化系統(tǒng)改造前、后工藝指標對比見表2。
表2　醇烴化系統(tǒng)改造前、后的工藝指標對比
項　目
醇化系統(tǒng)
進口氣體/ %
φ(CO) φ(CO2 )
出口氣體/ %
φ(CO) φ(CO2 )
轉(zhuǎn)化率/ % 烴化系統(tǒng)出口
氣體/ ×10 -6
φ(CO) φ(CO2 )
改造前4. 4 2. 1 0. 18 0. 19 94. 3 8 12
改造后4. 4 2. 0 0. 12 0. 10 96. 5 6 6
2. 3　改造循環(huán)機
針對循環(huán)機單作用式活塞受力負載過大的問
題,將原單吸式結(jié)構(gòu)改造成雙吸式,每個氣缸各增
加了1 只進、出口活門,同時將原來的缸體直徑縮
小,缸套直徑由原來的Φ 293 mm 改為Φ 235 mm,
大大減輕了曲軸和連桿的受力。由于采用了雙吸
式結(jié)構(gòu),循環(huán)機的活塞受力更小、更平衡,振動變
小,電耗也隨之大幅下降,單機運行電流下降約
15 A,打氣量在氣缸直徑大幅縮小的情況下不僅
沒有下降,反而有所提高。3 臺循環(huán)機全部改造
后總循環(huán)量提高在至約30 000 m3 / h(標態(tài)),經(jīng)計
算,每臺循環(huán)機打氣量由原13. 7 m3 / min(標態(tài))
提高至14. 2 m3 / min(標態(tài))。循環(huán)機改造前、后
運行參數(shù)和經(jīng)濟性對比見表3。
表3　循環(huán)機改造前、后運行參數(shù)和經(jīng)濟性對比
項　目電流/ A 振幅/ μm 打氣量/ (m3 ·min -1 ,標態(tài)) 月維修費/ 元運行周期/ d
改造前53 50 13. 7 20 000 45
改造后38 10 14. 0 1 500 150
　　經(jīng)計算,改造1 臺循環(huán)機,1 年可節(jié)約電費
50 萬余元,3 臺循環(huán)機運行全年可節(jié)約電費
150 萬余元,維修費用和人力維護成本也大大下
降,1 年可節(jié)約維修經(jīng)費20 余萬元;同時,由于打
氣量的提高對于裝置產(chǎn)能的擴大也創(chuàng)造了良好條
件。本次技改總投資約180 余萬元,1 年即可收
回改造成本,具有良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。
3　裝置改造后總體運行效果分析
通過2011 年的一系列改造,整個氨合成系統(tǒng)
的工藝狀況和經(jīng)濟運行效益得到了很大的改善,
完全達到了擴產(chǎn)和降耗的改造預(yù)定目標,在產(chǎn)量
和電耗2 項指標方面甚至超出了預(yù)期效果。氨合
成改造前、后的運行效果對比見表4。
表4　氨合成改造前、后的運行效果對比
項　目
溫度/ ℃
零米熱點塔出口
副產(chǎn)蒸汽量/
(t·h -1 )
系統(tǒng)壓
力/ MPa
循環(huán)氣/ %
φ(H2 ) φ(CH4 ) 氨凈值/ % 氨產(chǎn)量/
(t·d -1 )
改造前420 495 320 30 25. 8 60 21 10. 5 850
改造后400 485 340 40 25. 2 58 20 11. 2 980
　　經(jīng)過此次對氨合成系統(tǒng)的技術(shù)改造,雖然解
決了一些導(dǎo)致氨合成系統(tǒng)產(chǎn)能持續(xù)下降和消耗高
的瓶頸問題,但也有一些遺留的新問題,如:氨合
成新填裝上層催化劑在開車后發(fā)現(xiàn)平面溫差高達
40 ℃,經(jīng)推測,可能是催化劑填裝不均勻所致;由
于氨合成系統(tǒng)的產(chǎn)能擴大,特別是循環(huán)機改造后
13
　小氮肥　第44 卷　第2 期　2016 年2 月　
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總循環(huán)量的增加,造成了冷凍系統(tǒng)負荷加重,致使
氨冷溫度由原來的-8 ℃ 上升至- 5 ℃,后通過
對氨冷系統(tǒng)進行優(yōu)化配置,問題得以解決;循環(huán)氣
甲烷仍舊偏高,雖然本次大修對高壓膜提氫流程
也進行了改造,將原兩大并聯(lián)流程改為大串聯(lián),提
氫效果有所提高,但隨著放空量的增加,分離效果
仍不佳,尾氣中φ(H2)高達25%,導(dǎo)致一部分有
效氣體放空損失。
4　結(jié)語
本次氨合成系統(tǒng)的技術(shù)改造達到了預(yù)期效果,
單塔氨產(chǎn)量遠超250 kt/ a 的設(shè)計能力,可達到
34． 30 kt/ a,超出設(shè)計能力的35%;同時,氨合成系
統(tǒng)的噸氨電耗由原來的72 kW·h 下降至65 kW·h,
年節(jié)約118 萬元,年節(jié)約維修經(jīng)費20 余萬元。
(收稿日期　2015-02-05)
氣化工藝水系統(tǒng)管理及技改優(yōu)化總結(jié)
張富國　張　超　肖建華　王平彪　方子明
(河南心連心化肥有限公司　河南新鄉(xiāng)453700)
　　氣化系統(tǒng)的水質(zhì)好壞受煤質(zhì)、藥劑添加、渣水
處理相關(guān)設(shè)備運行狀況等諸多條件影響,只能通
過水質(zhì)分析數(shù)據(jù)來了解系統(tǒng)水質(zhì)情況,因此,需要
在平時做好水處理藥劑添加、穩(wěn)定渣水系統(tǒng)三級
閃蒸工藝裝置的運行和水處理附屬設(shè)備的日常維
護工作,以保證系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定。
1　氣化水系統(tǒng)設(shè)計情況
河南心連心化肥有限公司氣化裝置采用華東
理工大學(xué)和兗礦集團共同開發(fā)的新型水煤漿加壓
氣化技術(shù),裝置包括3 臺操作壓力為6. 5 MPa 的
氣化爐,2 開1 備。渣水處理系統(tǒng)采用三級閃蒸
工藝,設(shè)計單臺氣化爐激冷水流量278 m3 / h,單
系統(tǒng)氣化外排廢水量35 m3 / h。系統(tǒng)補水、各處沖
洗水使用原水,機泵沖洗水為脫鹽水。
裝置運行初期,進氣化水系統(tǒng)的原水、脫鹽水
多達125 m3 / h,造成生產(chǎn)系統(tǒng)噸氨水耗高,外排
廢水量多達120 m3 / h,浪費了大量高品質(zhì)水。高
壓閃蒸系統(tǒng)實際運行數(shù)據(jù)達不到設(shè)計指標,使系
統(tǒng)水中酸性物質(zhì)不能更好地被處理,水質(zhì)pH 長
時間處于較低的數(shù)值,在一定程度上對系統(tǒng)設(shè)備
造成了腐蝕。
2　氣化水系統(tǒng)技改情況
針對氣化系統(tǒng)實際運行情況,為降低其外排
廢水和噸氨水耗、改善氣化系統(tǒng)水質(zhì)情況,對氣化
水系統(tǒng)進行了大量技改工作,主要包括使用低壓
灰水替代大部分原水,部分低品位水(尿素廢液、
高壓變換冷凝液等)替代脫鹽水,以此大大降低
了氣化系統(tǒng)外排水量。
3　氣化水系統(tǒng)管理
3. 1　雙磨煤水槽分開利用
對磨煤水工藝進行改造,磨煤水槽(V1415A)
收集低溫變換凝液、尿素廢液、低溫甲醇洗廢液等
廢液,經(jīng)磨煤水泵(P1410A)向磨煤機供水;磨煤
水槽(V1415B)專項回收真空過濾機濾液。磨煤
水泵(P1410A 和P1410B)雙泵運行時,應(yīng)注意防
止介質(zhì)互竄。
3. 2　強化藥劑投加管理
添加絮凝劑對水中雜質(zhì)、懸浮物進行沉降去
除,以保證管線通暢,具體用量根據(jù)絮凝試驗結(jié)果
確定。日常管理過程中,根據(jù)灰水濁度做好絮凝
劑用量調(diào)節(jié),一般添加量為系統(tǒng)水循環(huán)量的(2 ~
4) ×10 -6 (質(zhì)量分數(shù))。分散劑用以阻止水質(zhì)結(jié)
垢,避免Ca2 + 和Mg2 + 離子聚集,投加量為系統(tǒng)循
環(huán)水量的(80 ~100) ×10 -6(質(zhì)量分數(shù))。
3. 3　分級降低外排廢水量
氣化裝置原始開車后,氣化系統(tǒng)的外排廢水
量較大,大多控制在90~120 m3 / h。2014 年11 月,
14

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