以水煤氣和焦爐氣的混合氣為原料的合成裝置運行總結

趙小飛，周 峰，潘偉峰，張 亮

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司， 山西稷山 043200)

1 裝置概況

山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司(簡稱豐喜泉稷)氨合成工藝設計和內件生產由河北正元化工工程設計有限公司、石家莊正元塔器設備有限公司負責完成，氨合成采用JR型Φ2 600mm三段全徑向合成塔內件，工藝采用一進一出流程，配合采用雙廢鍋、雙冷交、雙水冷(配溴化鋰制冷機組)、一氨冷等設備，節能效果明顯。設計進氣量4×105m3/h(標態)，設計壓力13.5MPa，設計生產能力1 000t/d。合成氣壓縮選用新錦化汽輪機拖動離心式壓縮機、循環機二合一機組，氨冰機選用沈鼓集團電拖動離心式冰機，催化劑選用鄭州市安泰科技有限公司生產的HA202W型鐵系催化劑，裝填量60m3/h(標態)。整套裝置于2015年12月投運試運行。

2 工藝流程及特點

2.1 流程概述

來自液氮洗3.1MPa，40 ℃的精制氣經合成氣壓縮機三級壓縮后與合成工段來的循環氣混合后進入循環段加壓至13.5MPa(表壓)，溫度63 ℃，送入熱交換器，與來自低壓蒸汽發生器的出塔熱氣換熱，溫度升至155 ℃后送至氨合成塔，在催化劑作用下進行氨合成反應，出口氨質量分數升至18.5%。

反應后的合成氣進入中壓蒸汽發生器副產2.5MPa(表壓)的飽和蒸汽，溫度由392 ℃降至236 ℃進低壓蒸汽發生器，副產0.7MPa(表壓)低壓蒸汽，合成氣進一步降溫至180 ℃進入熱交換器，與來自壓縮機的入塔氣換熱降溫至77 ℃后進入蒸發水冷，進一步冷卻至40 ℃。依次進入冷交換器Ⅰ、深度水冷、冷交換器Ⅱ，與來自高壓氨分的冷氣換熱，溫度降至9.7 ℃，合成氣進入氨冷，溫度降至-10 ℃進入高壓氨分離器。液氨在高壓氨分離器中分離出來，液氨經減壓至3.2MPa(表壓)后送入中壓氨分，閃蒸出來的氣體和新鮮氣匯合后去壓縮機入口，下部得到的氨產品送去氨換熱器回收冷量，產品液氨從-8 ℃升高到8 ℃去液氨球罐。

高壓氨分離器出來的循環氣先后送至冷交換器Ⅱ、冷交換器Ⅰ回收冷量，再送至壓縮機的循環段入口。

2.2 工藝技術特點

(1) 采用氨合成塔與中壓蒸汽發生器直連技術，減少了高溫高壓工藝氣管道投資，安全性能大大提高，同時副產2.5MPa(表壓，28t/h)和0.7MPa(表壓，24t/h)飽和蒸汽。

(2) 采用溴化鋰制冷，副產的0.7MPa(表壓)飽和蒸汽在滿足兩臺溴化鋰機組最大負荷時熱源的情況下，還可外送低壓蒸汽5t/h。

(3) 采用一級氨冷工藝，與傳統的兩級氨冷相比，氨壓縮機功耗降低。

(4) 氨合成塔內件采用三段全徑向觸媒筐，具有阻力小、氨凈值高、催化劑使用壽命長、調節靈活等特點。

3 運行中出現的問題及解決方式

3.1 低壓氮氣壓力不穩，造成合成氣壓縮機跳車

事故經過：2016年3月22日18:32，合成氣壓縮機中控主操發現低壓氮氣壓力波動大，隨即通知相關人員，在調度協調過程中，由于低壓氮氣壓力下降過快，直到0.25MPa，造成合成氣壓縮機油泵跳車，從而導致合成氣壓縮機跳車。

事故原因分析：低壓氮氣進入合成氣壓縮機系統前沒有設置緩沖罐，在開車初期，由于各工段時常需要使用低壓氮氣，容易造成低壓氮氣管網壓力波動，從而導致合成氣壓縮機跳車。

處理措施：停車后在低壓氮氣進入合成氣壓縮機系統前增加一臺容積為5m3的緩沖罐，降低低壓氮氣管網壓力的波動；將合成氣壓縮機潤滑油泵因低壓氮氣壓力低而跳車的聯鎖值由0.25MPa改為0.20MPa；增加協調處理時間。

3.2 冰機一段分離器帶液

在系統開車或加量時，由于操作等原因，經常導致冰機一段分離器帶液，造成冰機系統跳車。

事故原因分析：液氨泵打液量不好，系統在設計時，當冰機一段分離器帶液時，一段分離器下方液氨屏蔽泵會自啟動，將分離器內液氨泵到冰機小槽內，但由于一段分離器安裝位置過低，與泵進口落差小，加上一段分離器正常運行時是負壓，泵打液量不好；液氨泵打液量過小，泵流量僅為2m3/h；聯鎖設置不合理，當液位達到50%時啟動第一臺液氨泵；液位達90%時，啟動第二臺液氨泵；液位達95%時，冰機跳車，一段分離器液位計過小，量程只有500mm，當瞬間帶液量較大時，往往泵剛啟動就達到液位高限造成聯鎖跳車。

處理措施：首先改變液氨泵自啟動聯鎖值，當液位達到20%時啟動第一臺液氨泵，液位達50%時啟動第二臺液氨泵，液位達95%時冰機跳車；其次更換一臺流量為5m3/h的液氨泵，在一段分離器底部、液氨泵進口增加一臺10m3液氨緩沖罐，來加大一段分離器的緩沖容積；由于空間有限，在增加緩沖罐后，液氨液位與泵進口的落差變小，導致泵依然無法正常打液，設法在緩沖罐底部增加一路去尿素底池的管道，當緩沖罐液位達到50%左右時，將緩沖罐進口閥門關閉，向其中充入氮氣增壓，靠壓差將緩沖罐內液氨壓至尿素底池。

4 改造效果

目前運行工況與設計值對比見表1。

表1 改造后運行值與設計值的對比

5 結語

經過一年多的生產運行實踐證明，合成裝置運行平穩，平均日產合成氨1 060 t，合成系統壓力在12.5 MPa左右，熱點溫度控制在(500±5)℃，同平面溫差<5 ℃，系統壓差為0.6 MPa，合成塔壓差為0.25 MPa。裝置運行指標達國內先進水平。