湯瓊芬，查國(guó)正

(云南天安化工有限公司合成車(chē)間，云南安寧650309)

云南天安化工有限公司50萬(wàn)t/a合成氨裝置采用Shell粉煤氣化技術(shù)，以煤為原料生產(chǎn)合成氨，于2008年6月建成投產(chǎn)，有效氣體(CO+H2)的生產(chǎn)能力為140 000 m3/h。2013年初發(fā)現(xiàn)變換系統(tǒng)出口CO含量逐步增加，噸氨有效氣消耗明顯增加，查歷史數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)同等負(fù)荷情況下氨產(chǎn)量減少。

本文試圖通過(guò)對(duì)合成氨裝置有效氣體凈化系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，找出影響噸氨有效氣體消耗的主要因素，進(jìn)而提出降低噸氨有效氣體消耗的有效措施與對(duì)策。

1 系統(tǒng)噸氨有效氣消耗

2012年9月至2013年3月25日，在同等負(fù)荷的情況下，有效氣、新鮮氣及噸氨有效氣消耗的實(shí)際情況見(jiàn)表1所示。

表1 裝置噸氨有效氣消耗趨勢(shì)Table 1 Unit of per ton of ammonia effective gas consumption trends

從表1可知，2012年4個(gè)月的噸氨有效氣平均值為2 010 m3，2013年 2月至 2013年3在同等負(fù)荷下噸氨有效氣消耗為2 040 m3，上升了30 m3。

在不同負(fù)荷的情況下，噸氨有效氣消耗與產(chǎn)量的關(guān)系，見(jiàn)表2、表3、表4所示。

表2 有效氣負(fù)荷為126 000 m3/h時(shí)的合成氨產(chǎn)量Table 2 Effective gas load 126 000 m3/h when ammonia production

表3 有效氣負(fù)荷為128 000 m3/h時(shí)的合成氨產(chǎn)量Table 3 Effective gas load 128 000 m3/h when ammonia production

表4 有效氣負(fù)荷為130 000 m3/h時(shí)的合成氨產(chǎn)量Table 4 Ammonia production with effective gas load 130 000 m3/h

2 噸氨有效氣消耗高的原因分析

針對(duì)裝置噸氨有效氣消耗高的問(wèn)題，對(duì)裝置進(jìn)行漏點(diǎn)排查，同時(shí)對(duì)前期數(shù)據(jù)進(jìn)行收集比對(duì)，最后確定了以下幾方面的影響因素。

2.1 變換催化劑活性下降

2013年1月，裝置檢修后，第一變換爐更換頂部催化劑。在降低變換水氣比運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)二、三變催化劑活性下降，最終，變換出口CO含量明顯升高。詳見(jiàn)表5。

表5 不同時(shí)間段變換出口處CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 5 Mass fraction of CO at transform exit at the different time period

由表5看出，2013年2月1日～2月18日，三變出口中CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1.23%升至1.47%。折算成氨，則因變換催化劑的影響，每天損失氨約7.7 t。

2013年2月19日，變換系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化調(diào)整，提高變換入口蒸汽1.5 t/h，將第二變換爐煤氣分配閥從56%小到44.5%，增加進(jìn)入第一變換爐的工藝氣量。

2013年2月19日～3月4日，三變出口中CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)與上年10月份對(duì)比，由1.23%升至1.37%。折算成氨，則每天損失氨約4.51 t。

2013年3月5日～3月18日，三變出口中CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)與上年10月份對(duì)比，由1.23%升至1.39%。折算成氨，則每天損失氨約5.16 t。

2013年3月21日～3月25日，三變出口中CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)與上年10月份對(duì)比，由1.23%升至1.33%。折算成氨，則每天損失氨約3.22 t。

2.2 變換煤氣換熱器內(nèi)漏

2013年1月，開(kāi)車(chē)后，從第三變換爐出口及氨洗塔入口的CO含量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，變換煤氣換熱器存在內(nèi)漏，詳細(xì)情況見(jiàn)表6所示。

表6 不同時(shí)間對(duì)CO含量監(jiān)測(cè)的結(jié)果Table 6 Monitoring of CO content results at different time

從表6得知，2012年11月6日～3月4日，第三變換爐出口和氨洗塔入口的CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)差值在0.08%左右，折算成氨，則每天損失約在2.58 t。

3月20日后，變換煤氣換熱器內(nèi)漏更加明顯。3月21日～3月25日，三變出口和八塔入口的CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)差值在0.48%左右，折算成氨，則每天損失約在 15.47 t。

2.3 分子篩程控閥內(nèi)漏

2013年1月12日～2月24日分子篩程控閥的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表7所示。從表7中看出，2013年1月12日～2月24日程控閥內(nèi)漏未發(fā)展。分析再生氣中H2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，平均在1%左右，因此計(jì)算的損失氨量在1 t/d。

表7 分子篩內(nèi)漏泄漏監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)Table 7 Drain leakage monitoring data within sieve

2.4 系統(tǒng)閥門(mén)內(nèi)漏

1)兩洗閥門(mén)內(nèi)漏

兩洗閥門(mén)內(nèi)漏的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表8。

從表8看出，甲醇洗入口氫耗量變化不大，說(shuō)明甲醇洗進(jìn)口至合成氣壓縮機(jī)入口工藝氣損耗并沒(méi)有增加。因此對(duì)近期有效氣消耗的增加影響不大。

2)放空閥及開(kāi)車(chē)放空管線(xiàn)排查

第一變換爐開(kāi)工管線(xiàn)的兩個(gè)放空閥閥后管道溫度72℃，判斷為閥門(mén)內(nèi)漏。經(jīng)加盲板處理，閥后溫度降到28℃，內(nèi)漏修復(fù);變換爐安全閥及根部閥閥后管道溫度70℃，加盲板后，閥后管道降至28℃，內(nèi)漏修復(fù);分子篩泄壓閥內(nèi)漏(閥后管道掛霜嚴(yán)重)漏量無(wú)法確定。

表8 兩洗閥門(mén)內(nèi)漏監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Table 8 Leakage monitoring data within two wash valves

2.5 其他原因

除以上原因外，粗煤氣中的有效氣量有所下降，這也是氨產(chǎn)量降低的原因之一。同時(shí)，各單元主要流量計(jì)測(cè)量精準(zhǔn)情況也影響氨產(chǎn)量的計(jì)算。另外，裝置中主工藝管道上的導(dǎo)淋、閥門(mén)、法蘭等微漏，也可能造成有效氣損失。

3 降低合成氨有效氣消耗的措施

綜合以上分析，在同等負(fù)荷下，降低有效氣的無(wú)效消耗處理措施如下:

1)在正常生產(chǎn)中，嚴(yán)格控制變換系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)，尤其是變換爐的床層溫度，避免床層超溫運(yùn)行而影響催化劑活性。如果催化劑活性下降過(guò)快，擇機(jī)對(duì)變換催化進(jìn)行部分或全部更換。

2)每周對(duì)第三變換爐出口及氨洗塔入口的CO含量進(jìn)行一次分析。通過(guò)對(duì)比，判斷煤氣換熱氣是否內(nèi)漏，如出現(xiàn)內(nèi)漏，應(yīng)擇機(jī)對(duì)泄漏的換熱管進(jìn)行檢修或更換設(shè)備。

3)定期分析程控閥有無(wú)內(nèi)漏情況，如有內(nèi)漏，應(yīng)盡快協(xié)調(diào)處理。

4)對(duì)系統(tǒng)安全閥及放空閥閥后管道進(jìn)行溫度檢測(cè)，分析放空閥閥后導(dǎo)淋處氣體組分，根據(jù)溫度變化及氣體組分分析判斷是否內(nèi)漏，如有內(nèi)漏應(yīng)及時(shí)聯(lián)系檢修人員進(jìn)行調(diào)校處理。

5)定期聯(lián)系儀表人員對(duì)各單元流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)偏差較大的流量計(jì)應(yīng)更換。

4 改進(jìn)效果

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的檢修及更換催化劑，閥門(mén)內(nèi)漏消除、催化劑活性增加，使大部分CO在預(yù)變換爐進(jìn)行反應(yīng)，確保變換爐出口CO含量在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)。有效氣負(fù)荷為125 000 m3/h時(shí)合成氨產(chǎn)量變化情況見(jiàn)表9。從表9看出，噸氨消耗明顯下降，相同負(fù)荷下噸氨有效氣消耗下降，氨產(chǎn)量明顯增加。

表9 有效氣負(fù)荷為125 000 m3/h時(shí)合成氨產(chǎn)量Table 9 Ammonia production with effective gas load 125 000 m3/h