曾鑫 鄭剛 余亮（四川美豐（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川 射洪629200）

合成氨作為基礎(chǔ)化工經(jīng)過(guò)了幾十年的運(yùn)作，工藝成熟，但在實(shí)際生產(chǎn)中仍需要進(jìn)行部分小改小革，我公司20萬(wàn)噸合成氨項(xiàng)目自2009 年開車投料以來(lái)發(fā)現(xiàn)日負(fù)荷高于56 萬(wàn)時(shí)，低溫變換爐（以下簡(jiǎn)稱低變）進(jìn)口溫度波動(dòng)大，導(dǎo)致低變觸媒熱點(diǎn)溫度一起波動(dòng)，出口一氧化碳微量超標(biāo)。

1 工藝介紹

我公司現(xiàn)有20 萬(wàn)噸合成氨裝置以天然氣為原料采用兩段蒸汽轉(zhuǎn)化法制氫，經(jīng)高、低溫變換工序、脫碳甲烷化制得合格氮?dú)錃膺M(jìn)入合成塔進(jìn)行合成反應(yīng)制成液氨。其中高變氣經(jīng)甲一換、高變廢鍋、高變鍋爐給水預(yù)熱器回收熱量后進(jìn)入低變爐，并通過(guò)高變鍋爐給水預(yù)熱器（以下簡(jiǎn)稱高變給水預(yù)熱器）及其副線調(diào)節(jié)溫度控制低變進(jìn)口溫度TI-220≥190℃，確保195℃≤低變觸媒熱點(diǎn)溫度≤220℃，低變出口一氧化碳微量≤0.35%。（見圖1）

當(dāng)負(fù)荷為天然氣60 萬(wàn)m3/d 時(shí)低變進(jìn)口氣體流量為5766Kmol/h，其中含一氧化碳126Kmol/h，水蒸氣1652Kmol/h，二氧化碳630Kmol/h，氫氣2442Kmol/h，氮?dú)?91Kmol/h 和微量氬氣、甲烷。

我公司甲烷化爐催化劑已到活性末期，甲烷化進(jìn)口溫度控制310℃，凈化氣經(jīng)甲一換由高變氣加熱至310℃回收熱量后為使低變進(jìn)氣溫度達(dá)到控制指標(biāo)，通過(guò)控制高變給水預(yù)熱器副線TV-220 及高變給水預(yù)熱器出口蝶閥調(diào)節(jié)，現(xiàn)制高變給水預(yù)熱器副線TV-220已開至100%，高變給水預(yù)熱器出口蝶閥只能開3～5%(該閥不允許全部關(guān)閉)

圖1

2 低變進(jìn)口溫度波動(dòng)情況介紹

當(dāng)合成氨負(fù)荷在60 萬(wàn)m3/d 時(shí)，低變進(jìn)口溫度TI-220 在174～198℃之間波動(dòng)，低變熱點(diǎn)溫度在185～215℃之間波動(dòng)，出口一氧化碳微量最高達(dá)到0.45。現(xiàn)場(chǎng)管道震動(dòng)增加，低變進(jìn)口溫度波動(dòng)曲線：

低變床層溫度波動(dòng)曲線：

3 原因分析

3.1 低變進(jìn)口氣體成分

物料流量kmol/h CO2 630．8 84 CO 126．03 2 H2 2441．5 66 N2 891．71 6 H2O 1651．6 91 AR 10．95 3 CH4 13．16 9總量5766．0 1

3.2 低變氣中水蒸汽分壓計(jì)算

根據(jù)混合氣總i 組份的分壓計(jì)算公司Pi=XIP總(XI為混合氣總i組份的摩爾分?jǐn)?shù))

根據(jù)飽和蒸汽溫度壓力對(duì)照表查詢得知在該壓力下水蒸氣的飽和溫度在173.466。

圖2

3.3 分析結(jié)果

主要是高負(fù)荷時(shí)為提高低變進(jìn)口溫度TI-220≥190℃，高變鍋爐給水預(yù)熱器出口蝶閥開度過(guò)低，大量高變氣經(jīng)高變鍋爐給水預(yù)熱器副線進(jìn)入低變爐，導(dǎo)致氣體與鍋爐給水換熱后低于該壓力下水蒸汽冷凝溫度，凝結(jié)成水，隨氣體進(jìn)入低變爐，從而低溫變換爐溫度波動(dòng)大，出口微量超標(biāo)。

3.4 低變進(jìn)口帶水的危害

①低變觸媒溫差變化大，易導(dǎo)致觸媒粉化，觸媒壽命縮短，設(shè)備壓差增加，能耗上升。

②由于水蒸氣凝結(jié)成水，與氣體流速出現(xiàn)較大差異，導(dǎo)致出口管道震動(dòng)增加，并對(duì)管道形成沖刷腐蝕。

③氣體中二氧化碳與冷凝水形成腐蝕性介質(zhì)，導(dǎo)致出口彎頭壁厚減薄，存在爆炸的危險(xiǎn)。

4 處理結(jié)果

由于我公司低變催化劑為新更換催化劑，處于其活性初期，活性較好，通過(guò)開大高變鍋爐給水預(yù)熱器出口蝶閥，使更多高變氣經(jīng)高變鍋爐給水預(yù)熱器主線換熱后進(jìn)入低變爐，降低低變進(jìn)口溫度TI-220 至185℃，低變床層熱點(diǎn)溫度降至193℃，提高高變鍋爐給水預(yù)熱器出口溫度。

經(jīng)調(diào)整后取得良好效果，低變進(jìn)口溫度及低變床層溫度均表現(xiàn)平穩(wěn)其溫度曲線如下：

低變進(jìn)口溫度曲線：

低變床層溫度曲線：

但是由于降低了低變床層溫度，使低變出口微量CO 含量上升，導(dǎo)致甲烷化負(fù)荷增加，致甲烷化氣中甲烷含量上升。如果低變催化劑到其活性末期將無(wú)法通過(guò)降低低變床層溫度的辦法進(jìn)行調(diào)整。

低變出口CO含量曲線：

5 改造基本流程

基于以上問(wèn)題，經(jīng)過(guò)摸索增設(shè)一20#鋼Φ159×9 給水副線，副線上安裝調(diào)節(jié)閥HIC-736，主線增設(shè)一DN150閘閥。使用調(diào)節(jié)閥HIC-736及主線閥門控制進(jìn)入高變給水預(yù)熱器水量，保證低變進(jìn)口溫度。（見圖2）

6 改造后情況

低變爐進(jìn)口溫度TI-220穩(wěn)定在187℃，管道無(wú)震動(dòng)，低變觸媒熱點(diǎn)溫度≥202℃，出口CO 微量在0.22%～0.26%之間，完全滿足安全低耗生產(chǎn)要求。