合成氨分子篩系統(tǒng)的運行總結(jié)

李 舫

(1.青島科技大學(xué) 山東青島266042； 2.兗礦魯南化肥廠 山東滕州277527)

0 前言

兗礦魯南化肥廠240 kt/a氨合成裝置的原料氣是由新型氣化爐產(chǎn)生的水煤氣經(jīng)耐硫變換、NHD法脫硫脫碳、甲烷化除去殘留CO及CO2后制得的合格精制氣；采用變溫變壓吸附(TSA)法從精制氣中除去H2O，CO及CO2，以達(dá)到指標(biāo)：φ(CO2)<1×10-6，φ(CO)<4×10-6，φ(H2O)≤0.5×10-6；TSA系統(tǒng)壓差≤0.15 MPa，再生氣直接返回凈化系統(tǒng)甲烷化裝置。

1 工藝流程及特點

1.1 工藝流程

工藝氣流程：甲烷化系統(tǒng)來的精制氣(40 ℃，3.05 MPa)與氫回收系統(tǒng)來的氫氣(40 ℃，3.50 MPa)進(jìn)入壓縮機(jī)一段加壓至7.10 MPa后送往分子篩系統(tǒng)，經(jīng)HX5A-98H分子篩吸附凈化的合成氣(5 ℃、6.90 MPa)進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)高壓缸，與氨合成系統(tǒng)來的循環(huán)氣混合加壓到15.45 MPa 后送至合成氨系統(tǒng)。

TSA系統(tǒng)流程：自界區(qū)外來的精制氣(40 ℃)首先經(jīng)過氨冷器冷卻至5 ℃，然后經(jīng)過原料分液罐緩沖并除去液滴，從自塔底部進(jìn)入吸附塔(T6711A～B)中正處于吸附工況的吸附塔內(nèi)，在多種吸附劑組成的復(fù)合吸附床的依次選擇吸附下，其中的H2O，CO及CO2等雜質(zhì)被吸附，未被吸附的氣體從塔頂流出，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)壓后，送至過濾器除去2 μm以上的粉塵，產(chǎn)品氣出界區(qū)。干燥系統(tǒng)運行時，1臺吸附塔始終處于吸附狀態(tài)，而另1臺吸附塔則始終處于再生狀態(tài)，2臺吸附塔交替操作，以保證連續(xù)輸出干燥氫氣。吸附塔的吸附與再生工藝切換過程均通過12 只程控閥按一定的工藝步序和順序進(jìn)行開關(guān)來實現(xiàn)。干燥后的氫氣經(jīng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥送出界區(qū)。

1.2 工藝技術(shù)特點

(1)采用雙塔TSA法，流程簡單；采用HXSI-01專用吸附劑(Φ2～4 mm)，可滿足運行要求。

(2)選用高性能高壓程控閥，可保證裝置長周期穩(wěn)定運行。

(3)再生氣直接返回甲烷化系統(tǒng)，無任何有效氣體損失；再生氣不經(jīng)過冷卻，熱量可直接用于甲烷化，故總體能耗低。

2 存在的問題

2.1 入塔氣中水分超標(biāo)造成合成塔溫度下降

入塔氣中水的脫除主要是通過分子篩系統(tǒng)，而吸附水分后的分子篩主要通過加熱再生。通過全面排查，2臺分子篩吸附塔再生時的加熱溫度均比較低，達(dá)不到要求指標(biāo)。原因是再生氣加熱器的操作不當(dāng)所致，即由于加熱器出口冷凝液管道振動大而人為地對冷凝液進(jìn)行了限量，致使分子篩加熱再生不充分，再生后的分子篩中仍吸附有大量的水分，造成分子篩重新進(jìn)行吸附操作時活性下降，對H2O，CO及CO2等吸附能力變?nèi)酰谷胨庵兴趾砍瑯?biāo)，造成合成塔溫度下降。

2.2 精制氣中微量(CO+CO2)超標(biāo)造成催化劑床層溫度下降

精制氣中微量(CO+CO2)超標(biāo)原因是凈化CO變換及CO2脫除不徹底、甲烷化系統(tǒng)的甲烷化催化劑活性不好、甲烷化系統(tǒng)出口的在線微量分析儀器損壞、甲烷化換熱器內(nèi)漏等，均使精制氣中微量(CO+CO2)嚴(yán)重超標(biāo)，造成合成塔催化劑床層溫度下降。

3 整改措施

3.1 防止分子篩再生不徹底

(1)流程改造：分子篩加熱再生不徹底的主要原因是加熱器出口冷凝液管道振動較大，將冷凝液閥門開度限量，故對加熱器出口冷凝液管道進(jìn)行改造，不再并入冷凝液管網(wǎng)，而是重新配管至廢熱鍋爐，既可以提高加熱器溫度，又可以節(jié)約一部分鍋爐用水，降低系統(tǒng)消耗。

(2)根據(jù)TSA系統(tǒng)出口氣體中水含量指標(biāo)情況對分子篩運行時間進(jìn)行調(diào)整：由于分子篩吸附劑再生使用的氣體為合成氣壓縮機(jī)二段入口工藝氣。裝置原運行周期為24 h，由于切換頻繁會造成合成氣壓縮機(jī)運行不穩(wěn)定，影響壓縮機(jī)消耗，因此，在運行前期延長了分子篩運行時間，引起吸附物穿透而造成吸附能力下降，故需重新作調(diào)整，縮短了吸附時間，以充分地利用吸附劑的吸附能力，保證TSA系統(tǒng)出口氣中水分含量達(dá)標(biāo)。

3.2 防止精制氣中微量(CO+CO2)超標(biāo)

針對精制氣中微量(CO+CO2)嚴(yán)重超標(biāo)，采取優(yōu)化變換及脫碳工藝指標(biāo)、更換甲烷化催化劑、修復(fù)甲烷化系統(tǒng)出口的在線微量分析儀及甲烷化換熱器等措施，使精制氣中微量指標(biāo)控制在工藝指標(biāo)內(nèi)。

3.3 加強(qiáng)分液罐排液

吸附塔吸附前有1臺分液罐，可分離氣體中部分水分，如果不按時排液會使液位升高，容易造成進(jìn)入吸附塔水分增多，加重吸附塔的負(fù)荷。故加強(qiáng)了分離器排液，保證其液位在低限操作。

3.4 分子篩系統(tǒng)氨冷器和再生氣加熱器的操作

氨冷器操作溫度過低，容易造成TSA系統(tǒng)阻力大，增加壓縮機(jī)系統(tǒng)的能耗。由于沒有設(shè)置分子篩系統(tǒng)氨冷器氣氨壓力顯示器，只能靠調(diào)節(jié)液氨的加入量來調(diào)整工藝氣溫度；氨冷器操作溫度過高，則帶水較多，增加吸附塔負(fù)荷。因此，增加氨冷器氣氨的壓力顯示器，可確保氨冷器操作溫度嚴(yán)格控制在5～10 ℃。

由于改造后再生氣加熱器的蒸汽冷凝液送至廢熱鍋爐，廢熱鍋爐蒸汽壓力為3.2 MPa，所以當(dāng)蒸汽管網(wǎng)壓力低于3.3 MPa時，可適當(dāng)降低廢熱鍋爐蒸汽壓力，以保證冷凝液和廢熱鍋爐之間的壓差，從而保證穩(wěn)定運行。