合成氨氣耗增加原因分析及改進

湯瓊芬，查國正

(云南天安化工有限公司合成車間，云南安寧650309)

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

本文試圖通過對合成氨裝置有效氣體凈化系統運行數據的分析，找出影響噸氨有效氣體消耗的主要因素，進而提出降低噸氨有效氣體消耗的有效措施與對策。

1 系統噸氨有效氣消耗

2012年9月至2013年3月25日，在同等負荷的情況下，有效氣、新鮮氣及噸氨有效氣消耗的實際情況見表1所示。

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

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

在不同負荷的情況下，噸氨有效氣消耗與產量的關系，見表2、表3、表4所示。

表2 有效氣負荷為126 000 m3/h時的合成氨產量Table 2 Effective gas load 126 000 m3/h when ammonia production

表3 有效氣負荷為128 000 m3/h時的合成氨產量Table 3 Effective gas load 128 000 m3/h when ammonia production

表4 有效氣負荷為130 000 m3/h時的合成氨產量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

針對裝置噸氨有效氣消耗高的問題，對裝置進行漏點排查，同時對前期數據進行收集比對，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行過程中發現二、三變催化劑活性下降，最終，變換出口CO含量明顯升高。詳見表5。

表5 不同時間段變換出口處CO的質量分數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的質量分數由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，變換系統通過優化調整，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質量分數與上年10月份對比，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質量分數與上年10月份對比，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質量分數與上年10月份對比，由1.23%升至1.33%。折算成氨，則每天損失氨約3.22 t。

2.2 變換煤氣換熱器內漏

2013年1月，開車后，從第三變換爐出口及氨洗塔入口的CO含量監測數據分析中發現，變換煤氣換熱器存在內漏，詳細情況見表6所示。

表6 不同時間對CO含量監測的結果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質量分數差值在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質量分數差值在0.48%左右，折算成氨，則每天損失約在 15.47 t。

2.3 分子篩程控閥內漏

2013年1月12日～2月24日分子篩程控閥的監控數據見表7所示。從表7中看出，2013年1月12日～2月24日程控閥內漏未發展。分析再生氣中H2的質量分數，平均在1%左右，因此計算的損失氨量在1 t/d。

表7 分子篩內漏泄漏監控數據Table 7 Drain leakage monitoring data within sieve

2.4 系統閥門內漏

1)兩洗閥門內漏

兩洗閥門內漏的監測數據詳見表8。

從表8看出，甲醇洗入口氫耗量變化不大，說明甲醇洗進口至合成氣壓縮機入口工藝氣損耗并沒有增加。因此對近期有效氣消耗的增加影響不大。

2)放空閥及開車放空管線排查

第一變換爐開工管線的兩個放空閥閥后管道溫度72℃，判斷為閥門內漏。經加盲板處理，閥后溫度降到28℃，內漏修復;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℃，內漏修復;分子篩泄壓閥內漏(閥后管道掛霜嚴重)漏量無法確定。

表8 兩洗閥門內漏監測數據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，這也是氨產量降低的原因之一。同時，各單元主要流量計測量精準情況也影響氨產量的計算。另外，裝置中主工藝管道上的導淋、閥門、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，在同等負荷下，降低有效氣的無效消耗處理措施如下:

1)在正常生產中，嚴格控制變換系統各項指標，尤其是變換爐的床層溫度，避免床層超溫運行而影響催化劑活性。如果催化劑活性下降過快，擇機對變換催化進行部分或全部更換。

2)每周對第三變換爐出口及氨洗塔入口的CO含量進行一次分析。通過對比，判斷煤氣換熱氣是否內漏，如出現內漏，應擇機對泄漏的換熱管進行檢修或更換設備。

3)定期分析程控閥有無內漏情況，如有內漏，應盡快協調處理。

4)對系統安全閥及放空閥閥后管道進行溫度檢測，分析放空閥閥后導淋處氣體組分，根據溫度變化及氣體組分分析判斷是否內漏，如有內漏應及時聯系檢修人員進行調校處理。

5)定期聯系儀表人員對各單元流量計進行校驗，對偏差較大的流量計應更換。

4 改進效果

通過對系統的檢修及更換催化劑，閥門內漏消除、催化劑活性增加，使大部分CO在預變換爐進行反應，確保變換爐出口CO含量在工藝指標范圍內。有效氣負荷為125 000 m3/h時合成氨產量變化情況見表9。從表9看出，噸氨消耗明顯下降，相同負荷下噸氨有效氣消耗下降，氨產量明顯增加。

表9 有效氣負荷為125 000 m3/h時合成氨產量Table 9 Ammonia production with effective gas load 125 000 m3/h