于德玲,韓 強,馬凡波

(兗礦新疆煤化工有限公司，烏魯木齊 830000)

兗礦新疆煤化工有限公司60萬t/a醇氨聯(lián)產項目是由天辰設計院設計，主要產品為30萬t/a甲醇，以及30萬t/a合成氨配套生產52萬t/a尿素。該項目于2012年10月正式投入生產，在8a的實踐中，不斷對凈化裝置運行模式進行優(yōu)化調整以適應系統(tǒng)突發(fā)狀況，增加系統(tǒng)抗風險能力，減少停車次數(shù)。

1 簡介

凈化裝置設計分為甲醇凈化及氨凈化兩部分。其中，甲醇凈化裝置分為甲醇變換、低溫甲醇洗工序；氨凈化裝置分為氨變換、低溫甲醇洗、液氮洗工序；另外配有制冷氨冰機系統(tǒng)及酸性氣尾氣處理硫回收裝置。其中低溫甲醇洗裝置為2臺主洗塔(氨凈化及甲醇凈化)共用1套溶液再生系統(tǒng)。

甲醇變換采用是配氣流程[1],氨變換采用的是中溫變換串低溫變換流程。

低溫甲醇裝置采用大連理工大學開發(fā)的低溫甲醇洗工藝。

硫回收裝置采用丹麥托普所公司提供的濕法制硫酸工藝。

簡要流程見圖1所示。

圖1 60萬t/a醇氨聯(lián)產工藝流程簡圖

2 存在的問題及優(yōu)化方案

2.1 存在的問題

因各種原因，原有系統(tǒng)有時需要1臺氣化爐運行，因此一直嘗試由1臺氣化爐的氣量維持甲醇、合成氨、尿素3套生產系統(tǒng)的運行。在前系統(tǒng)波動時盡可能減少全系統(tǒng)停車次數(shù)，提高系統(tǒng)抗風險能力。

1臺氣化爐帶2套系統(tǒng)運行，每套系統(tǒng)的氣量會減半甚至更多，基本在40%～50%負荷下運行。低負荷生產過程中，以下問題限制了新的運行模式長周期安全高效運行。

(1) 低負荷生產時，甲醇變換催化劑出現(xiàn)超溫現(xiàn)象[2]，運行溫度最高為470 ℃。

(2) 低負荷生產時，低溫甲醇洗出口凈化氣中，CO2體積分數(shù)過低(<1%)且不易控制，造成甲醇合成入口氫碳比[3]嚴重失調，影響甲醇的合成反應。

(3) 低溫甲醇洗中產出的成品CO2氣量少，不足以滿足尿素低負荷生產的需求。

2.2 優(yōu)化方案

筆者僅就甲醇變換爐超溫的問題進行討論。

甲醇變換為部分變換，為控制其變換深度，通過廢熱鍋爐將變換爐入口的水煤氣水氣比[4]設計值控制在1.0，但由于廢熱鍋爐換熱面積設計過大，造成實際運行時水煤氣的水氣比過低。

進甲醇變換爐的水煤氣水氣比實際運行指標見表1，與設計指標偏差較大。

表1 實際生產中水煤氣溫度與壓力對應表

經過計算，進變換爐水氣比為0.6～0.7，遠遠低于1.0的設計值，影響了變換催化劑CO轉換率。而進變換水煤氣中的水氣比約為1.3，與1.4的設計值相差不大，考慮是水煤氣廢熱鍋爐設計問題造成了入變換爐水煤氣水氣比過低。

2.2.1 改造方案

方案一：調整水煤氣廢熱鍋爐副產蒸汽。水煤氣廢熱鍋爐設計的主要目的就是調整入變化爐水氣比。原始設計中，由變換的低壓鍋爐水泵提供鍋爐水，副產的1.3 MPa蒸汽并入1.3 MPa蒸汽管網(wǎng)。如果提高廢熱鍋爐操作壓力，無論是鍋爐水管線、鍋爐水泵、出口蒸汽管線、控壓蒸汽閥門都需要重新變更，投資過大。

方案二：水煤氣廢熱鍋爐增加副線。水氣比過小是由于水煤氣廢熱鍋爐換熱面積過大造成的，因此考慮增加水煤氣廢熱鍋爐副線來調整入變換爐的水煤氣水氣比。此方案較方案一投資少。

2.2.2 方案實施

計算配置副線管徑尺寸要將實際與設計數(shù)據(jù)相結合。實際運行中，入工段壓力為6.0 MPa時，入工段溫度為238～239 ℃，出水煤氣廢熱鍋爐溫度為210 ℃。設計要求出水煤氣廢熱鍋爐溫度為234 ℃，計算所需副線管徑為300 mm。

2.2.3 降低變換爐入口溫度

原設計流程中在中溫換熱器進出口設計有1套自調副線閥組TV2003用于調整變換爐溫度。當?shù)拓摵缮a時將TV2003及副線閥門全開，變換爐入口溫度依然為273～275 ℃，變換爐床層出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

經過不斷摸索最終發(fā)現(xiàn)：共同調整進中溫換熱器的入口工藝氣閥和溫度自調閥組，變換爐入口溫度下降效果更加明顯且易于操作。調整后變換爐工藝進出口流程圖見圖2。

圖2 變換爐工藝氣進出口流程圖

低負荷生產時，溫度自調閥組全開，進中溫換熱器工藝氣閥門逐漸關小，將入口溫度降至要求，防止變換床層超溫。注意：為保護變換催化劑，一般要求進變換爐溫度要比露點溫度高20～25 ℃，以防止帶水入爐，破壞催化劑。

3 結語

對進變換爐工藝氣水氣比以及變換爐進口溫度的調整方式進行優(yōu)化，使變換系統(tǒng)的操作更加靈活。該改造不僅僅適用于低負荷下變換生產的需求，同時也可應用于變換高負荷生產的調整。經過改造優(yōu)化，在低負荷生產時，甲醇變換爐床層沒有再出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，為1套氣化爐帶3套生產裝置操作模式的成功奠定了基礎。