孫雙紅 郭仁義 喬偉波

(山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)〔集團(tuán)〕有限責(zé)任公司 山西運(yùn)城044000)

0 前言

山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司平陸分公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)平陸分公司)為80 kt/a合成氨裝置配套的全低變系統(tǒng)已運(yùn)行多年，存在蒸汽消耗大等問(wèn)題，未能體現(xiàn)全低變工藝流程的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。為此，經(jīng)認(rèn)真研究，決定由正元設(shè)計(jì)院對(duì)變換系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、核算，對(duì)變換、合成熱水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行改造，達(dá)到變換不加或少加蒸汽并使出口變換氣中CO含量工藝指標(biāo)低于2%(體積分?jǐn)?shù))的目的。2012年12月對(duì)變換熱水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，投運(yùn)后效果良好。

1 改造前熱水工藝流程

(1)改造前變換系統(tǒng)熱水工藝流程見(jiàn)圖1。變換系統(tǒng)飽和熱水塔采用散裝填料，變換系統(tǒng)噸氨需外供1.0 MPa飽和蒸汽250～300 kg。

圖1 改造前變換系統(tǒng)熱水工藝流程

(2)原有2套Φ800 mm氨合成系統(tǒng)，廢熱鍋爐回收余熱副產(chǎn)蒸汽供變換工段；軟水預(yù)熱器熱水回收采用串聯(lián)流程，熱水循環(huán)量80 m3/h，回收115～120 ℃熱軟水約20 m3/h供精煉系統(tǒng)使用，其余熱軟水被送入軟水池中。這樣，不僅大量的低位熱能未被合理利用，且使軟水溫度上升至約30 ℃，導(dǎo)致碳化系統(tǒng)氨回收效率下降。

2 改造后熱水工藝流程

改造后變換系統(tǒng)熱水工藝流程見(jiàn)圖2。改造后，經(jīng)變換系統(tǒng)熱水泵加壓后的熱水分為兩部分：第1部分送至氨合成系統(tǒng)的二水加熱器，經(jīng)換熱后的軟水送往變換系統(tǒng)與第2部分熱水混合后進(jìn)入一水加熱器，與變換氣換熱后送至飽和塔。在一水加熱器后增設(shè)1臺(tái)換熱器，軟水由原從軟水罐出來(lái)經(jīng)噴水泵送至增濕器改為從噴水泵出來(lái)經(jīng)新增換熱器再送至增濕器。

圖2 改造后變換系統(tǒng)熱水工藝流程

3 改造后變換系統(tǒng)工藝流程

來(lái)自壓縮機(jī)二段的半水煤氣(壓力≤0.95 MPa，溫度≤35 ℃)先經(jīng)過(guò)焦炭過(guò)濾器除去油水后進(jìn)入飽和塔，與塔頂噴淋而下的循環(huán)熱水在填料層逆流接觸、提溫、增濕，溫度為(130±5) ℃的氣體出飽和塔，經(jīng)氣水分離器分離水分后，進(jìn)入預(yù)熱交換器管程，與殼程內(nèi)來(lái)自主熱交換器的變換氣換熱提溫，然后進(jìn)入主熱交換器管程與殼程內(nèi)來(lái)自低變二段的變換氣換熱，溫度達(dá)到220 ℃左右進(jìn)入低變一段(開(kāi)車(chē)時(shí)需用電爐提溫，正常生產(chǎn)時(shí)不用)，經(jīng)保護(hù)劑及抗毒劑除去其中的O2及其他有害雜質(zhì)后進(jìn)入低變一段催化劑層反應(yīng)，氣體中CO含量降至8%～12%(體積分?jǐn)?shù)，下同)、溫度升至360～410 ℃后進(jìn)入增濕器，經(jīng)二次反滲透水降溫至220 ℃左右后進(jìn)入低變二段催化劑層反應(yīng)，氣體中CO含量下降至4%～7%、溫度升至260～270 ℃后，氣體依次通過(guò)主熱交換器、預(yù)熱交換器的殼程與管程內(nèi)半水煤氣換熱，溫度下降至(220±10) ℃后進(jìn)入低變?nèi)未呋瘎臃磻?yīng)，溫度升至(240±10) ℃且CO達(dá)到指標(biāo)要求后進(jìn)入一水加熱器殼程與管程中的循環(huán)熱水換熱，溫度降至150 ℃左右后經(jīng)新增換熱器進(jìn)入熱水塔底部，與塔內(nèi)自上而下的循環(huán)熱水在填料層逆流接觸進(jìn)一步降溫，然后經(jīng)二水加熱器殼程與軟水換熱后進(jìn)入冷卻塔管程和冷排，進(jìn)一步降溫至35 ℃，最后經(jīng)變換氣分離器送至變脫系統(tǒng)。改造后變換系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 改造后變換系統(tǒng)工藝流程

4 改造效果

(1)從熱水泵出來(lái)約90 ℃的熱水經(jīng)2#合成系統(tǒng)的二水加熱器后，溫度升至120～125 ℃的軟水被送至一水加熱器內(nèi)，與低變?nèi)纬隹诘?40 ℃變換氣進(jìn)行換熱回收熱量后，溫度達(dá)到150 ℃左右(通過(guò)調(diào)節(jié)第1部分循環(huán)量來(lái)調(diào)整進(jìn)飽和塔熱水溫度，將CO含量控制在工藝指標(biāo)內(nèi))。

(2) 增加換熱器后，一方面降低了變換氣溫度，減少了熱水塔出口變換氣后工序的冷卻負(fù)荷；另一方面將增濕器的進(jìn)水溫度由20 ℃左右升至80 ℃左右，有利于變換系統(tǒng)的操作和節(jié)能。

5 效益分析

改造后，變換系統(tǒng)噸氨蒸汽耗降低至200 kg左右，按蒸汽價(jià)格為140元/t、氨產(chǎn)量80 kt/a計(jì)，本次改造年增經(jīng)濟(jì)效益約為224萬(wàn)元。