岳續(xù)成 薛 嬌

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

第4代可控移熱變換技術(shù)的應(yīng)用

岳續(xù)成 薛 嬌

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

1 改造前情況

山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司一分廠2#和3#變換系統(tǒng)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(shù)改造，2#和3#變換系統(tǒng)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(tǒng)套數(shù)多，規(guī)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(jí)低，動(dòng)力電耗高，蒸汽消耗高；④系統(tǒng)阻力大，催化劑后期系統(tǒng)阻力>0.12 MPa。

為了提高一廠2#和3#凈化系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行水平，確保安全生產(chǎn)，降低生產(chǎn)能耗，提高企業(yè)效益，對(duì)2#和3#變換系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造勢(shì)在必行。

2 改造內(nèi)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(shù)、壓力等級(jí)2.1 MPa的變換、變脫裝置，設(shè)計(jì)產(chǎn)能擴(kuò)大至750 t/d氨?？紤]到可控移熱變換催化劑床層溫度相對(duì)低，有機(jī)硫轉(zhuǎn)化不完全，在變換爐出口增加有機(jī)硫水解槽，減少對(duì)脫碳NHD液的污染。改造前、后合成氨系統(tǒng)工藝流程分別見圖1和圖2(虛線內(nèi)為改造部分)。

圖1 改造前合成氨系統(tǒng)工藝流程

圖2 改造后合成氨系統(tǒng)工藝流程

3 改造后工藝流程

3.1 變換系統(tǒng)

(1)工藝氣流程：分離油水后的半水煤氣進(jìn)入除油器，除油后半水煤氣經(jīng)前熱交換器換熱后進(jìn)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(jìn)入預(yù)變爐，預(yù)變爐出口變換氣進(jìn)入后熱交換器與半水煤氣換熱降溫，經(jīng)增濕器噴水和添加蒸汽后，溫度至約200 ℃后進(jìn)入可控移熱變換爐進(jìn)行反應(yīng)。出可控移熱變換爐的變換氣中CO體積分?jǐn)?shù)降至1.5%后，經(jīng)除氧水加熱器換熱，再經(jīng)水解槽將有機(jī)硫完全轉(zhuǎn)化成H2S后，進(jìn)入前熱交換器降溫至約87 ℃，經(jīng)蒸發(fā)水冷器冷卻后的變換氣(溫度<40 ℃)再經(jīng)分離器分離冷凝水后進(jìn)入變脫系統(tǒng)。

(2)水流程：界區(qū)外來的約80 ℃除氧水經(jīng)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(tái)汽包使用，其中1 臺(tái)汽包副產(chǎn)2.5 MPa 蒸汽并送至本裝置蒸汽緩沖罐自用；另1臺(tái)汽包副產(chǎn)1.0～1.3 MPa 蒸汽送至界區(qū)外。

改造后變換系統(tǒng)工藝流程見圖3。

圖3 改造后變換系統(tǒng)工藝流程

3.2 變脫系統(tǒng)

來自變換系統(tǒng)的2.0 MPa變換氣先進(jìn)入二次脫硫塔，氣體在二次脫硫塔內(nèi)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(jī)硫，使氣體中H2S質(zhì)量濃度由300 mg/m3(標(biāo)態(tài))降低至5.0 mg/m3(標(biāo)態(tài))以下；再通過干法脫硫槽使氣體中H2S質(zhì)量濃度由5.0 mg/m3(標(biāo)態(tài))降低至1.5 mg/m3(標(biāo)態(tài))，然后送往2#變壓吸附脫碳系統(tǒng)和3#NHD脫碳系統(tǒng)。

4 可控移熱變換的技術(shù)特點(diǎn)

(1)設(shè)備數(shù)量減少。可控移熱變換爐催化劑床框內(nèi)設(shè)置了中溫反應(yīng)區(qū)、次中溫?zé)崮芑厥諈^(qū)和低溫平衡區(qū)，埋入催化劑床層中的換熱管束為2組，分別副產(chǎn)2.5 MPa及1.0 MPa壓力等級(jí)的飽和蒸汽，1臺(tái)設(shè)備取代了傳統(tǒng)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(jí)之間直接或間接移熱等設(shè)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(tǒng)所需的水氣比，在滿足變換反應(yīng)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(zhǎng)。低變催化劑出口溫度始終控制在200 ℃，不會(huì)出現(xiàn)反硫化現(xiàn)象，催化劑始終在相對(duì)平穩(wěn)的溫度下反應(yīng)，有利于延長(zhǎng)催化劑壽命。

(4)水氣比低，溫度平穩(wěn)，易控制。采用水移熱方式移出變換反應(yīng)熱，平衡段溫度穩(wěn)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(shí)現(xiàn)了在低水氣比條件下CO深度轉(zhuǎn)化。

(5)未參與反應(yīng)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(diǎn)溫度，減輕了設(shè)備的露點(diǎn)腐蝕程度。

(6)操作簡(jiǎn)單?？煽匾茻嶙儞Q反應(yīng)催化劑床層溫度僅與副產(chǎn)蒸汽壓力有關(guān)，只要通過控制汽包副產(chǎn)的蒸汽壓就可控制催化劑床層的溫度，操作簡(jiǎn)單，誤操作少。

5 改造后凈化系統(tǒng)運(yùn)行效果

山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司一分廠2#和3#變換系統(tǒng)采用了第4代可控移熱變換技術(shù)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化改造，該裝置(2#和3#)從2016年2月3日開始試運(yùn)行，目前運(yùn)行平穩(wěn)，其優(yōu)越性明顯。裝置工藝指標(biāo)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；變換系統(tǒng)出口變換氣中CO 體積分?jǐn)?shù)為1.5%；干法脫硫槽出口氣體中H2S質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1.0 mg/m3(標(biāo)態(tài))。

改造前、后主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比見表1。

表1 改造前、后主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

注： 1. 單套變換系統(tǒng)產(chǎn)量660 t/d，電價(jià)格0.48元/(kW·h)，蒸汽價(jià)格105元/t； 2. 單套變脫系統(tǒng)電耗增加原因是按設(shè)計(jì)產(chǎn)量750 t/d，選用泵流量大

2016- 12- 15)