造氣爐改造后對系統的影響

趙竹泳

（山西晉豐煤化工有限公司，山西 晉城 048000）

0 引言

山西聞喜喜豐航化工有限公司合成氨裝置為兩套，1#合成氨系統生產能力8 萬t/a 合成氨，2#合成氨系統生產能力12 萬t/a 合成氨；1#合成氨系統于2019 年完成升級改造。

2#合成氨系統于2022 年9 月完成升級改造，氣化裝置將10 臺Φ2 650 常壓間歇式氣化爐改為5 臺（四開一備）Φ3 600 微正壓純氧連續氣化爐，同時配套建設一座16 000 Nm3/h 空分裝置，后系統裝置基本保持不變。

1 改造前后工藝流程對比

1.1 改造前工藝流程

改造前的2#合成氨系統工藝流程，如圖1 所示，造氣工段以原料煤、空氣、水蒸氣為原料，采用固定床間歇式制取合格半水煤氣存于氣柜。羅茨鼓風機把半水煤氣從氣柜中抽出，經一次脫硫工段將半水煤氣中硫化氫脫至0.02～0.1 g/m3以下，并經靜電除焦塔送入壓縮機一段入口。半水煤氣經壓縮機一段、二段、三段加壓到2.0 MPa 左右送往變換、脫碳工段，變換工段采用全低變工藝通過變換爐將CO 變成CO2，使CO降至1.5%～4.0%，經二次脫硫崗位脫除部分硫化物，再經脫碳工段利用NHD 液把CO2脫至1.0%以下，再經精脫硫崗位將脫碳氣含硫總量降到0.1 mg/m3送回壓縮四段進口，脫碳氣經壓縮四、五段加壓至11.5 MPa，采用“雙甲精制”在甲醇、烷化催化劑的作用下將原料氣中的φ（CO+CO2）控制在≤25×10-6以下再回壓縮六段進口，由壓縮六段加壓至31.4 MPa左右送氨合成工段。

圖1 2#合成氨系統改造前工藝流程圖

1.2 改造后工藝流程

2#合成氨系統升級改造，氣化裝置由常壓間歇式氣化爐改微正壓純氧連續氣化爐，去掉一次脫硫工段羅茨風機，同時在壓縮四段進口增加氫氮氣混合罐用于合成氨系統補充氮氣，其他裝置保持不變。改造后的合成氨工藝流程圖，如圖2 所示。

圖2 2#合成氨系統改造后工藝流程圖

空分的氧氣送至造氣工段，純氧連續氣化爐以純氧和水蒸汽為氣化劑與熾熱的碳發生化學反應，生成合格半水煤氣送一次脫硫工段，經一次脫硫工段將半水煤氣中硫化氫脫至0.02～0.1 g/m3以下，并經靜電除焦塔送入壓縮機一段入口。半水煤氣經壓縮機一段、二段、三段加壓到2.0 MPa 左右送往變換、脫碳工段，變換工段采用全低變工藝通過變換爐將CO 變成CO2，使φ（CO）降至1.5%～4.0%，經二次脫硫崗位脫除部分硫化物，再經脫碳工段利用NHD 液把CO2脫至1.0%以下，再經精脫硫崗位將脫碳氣含硫總量降到0.1 mg/m3送壓縮四段進口氫氮氣混合罐，與空分氮壓機送出的氮氣在氫氮氣混合罐混合，后經壓縮四、五段加壓至11.5 MPa，采用“雙甲精制”在甲醇、烷化催化劑的作用下將原料氣中的φ（CO+CO2）控制在≤25×10-6以下再回壓縮六段進口，由壓縮六段加壓至31.4 MPa 左右送氨合成工段。

2 氣體成份變化及對后系統的影響

根據各工段的任務不同，半水煤氣成份的變化，可能對后系統各工段造成不同程度的影響，半水煤氣成份對比，如表1 所示。

表1 半水煤氣成份對比

1）改造后有效氣體φ（CO+H2）成份比改造前增加10.2%,氮氣在NH 壓縮機四段入口加入，NH 壓縮機高壓段負荷（四段、五段、六段）加重，容易超壓；

2）改造后甲烷含量φ（CH4）比改造前增加1%，合成氨工段放空量會增大；

3）改造后φ（CO）比改造前增加9.2%，變換工段負荷加重；

4）改造后φ（CO+CO2）量比改造前增加16.9%，對系統的影響表現在以下三點：二次脫硫工段脫硫液溶解CO2量大，會對脫硫溶液再生造成影響，進而影響脫硫液吸收H2S；脫碳工段脫除CO2負荷加重；低閃氣量比改造前增加15%左右；

3 后系統各工段實際承受的影響

3.1 一脫工段

由表2 可得：

表2 改造前后一脫工段運行情況對比

1）效率：改造后，一脫工段脫硫效率80%，系統壓差4.5 kPa，硫磺回收效率97.6%，一脫工段運行狀良好；

2）物料消耗：改造前，2#系統綜合氨產量16 197 t/月，一脫工段共加脫硫劑RDS-2：120 kg/月；改造后，2#系統綜合氨產量19 800 t/月，一脫工段共加脫硫劑RDS-2：180 kg/月；脫硫劑RDS-2 消耗增加60 kg/月（約50%），折1.6 g/t NH3。

3.2 變換工段

由表3 可得：

表3 改造前后變換工段運行情況對比

1）變換進口CO 增加3 240 m3/h，（60 300×41.3%-71 800×30%=3 240），經計算變換工段改造前變換率84.1%，改造后變換率[1]88.8%，變換率增加4.7%；

2）各段觸媒溫度均在指標范圍內，出口CO 含量達標，各段噴水閥均有調整余量；

3）物料消耗方面：蒸汽用量增加2.8 t/h。

3.3 二脫工段

由表4 可得：

表4 改造前后二脫工段運行情況對比

1）改造后，二脫進口CO2增加7 995 m3/h（82 200×39.3%-89 700×27.1%=7 995），脫硫效率95.7%，硫磺回收效率97.6%，CO2含量增加對脫硫液再生和H2S吸收影響不大。

2）物料消耗方面：改造前，2# 系統綜合氨產量16 197 t，二脫工段共加堿13.05 t，脫硫劑NDC201：0.159 t，脫硫劑NDC202：1.59 t；改造后，2#系統綜合氨產量19 800 t，二脫工段共加堿18 t，脫硫劑NDC201 0.19 t，脫硫劑NDC202 1.9 t；堿耗增加150 kg/d，折0.1 kg/t NH3；脫硫劑NDC201、NDC202 消耗持平。

3.4 脫碳工段

由表5 可得：

表5 改造前后脫碳工段運行情況對比

1）脫碳進口CO2量增加7 486 m3/h，（81 200×38.2%-88 800×26.5%=7 486），循環量不變的情況下，凈化氣中φ（CO2）降低0.1%，低閃氣純度提高1.3%，脫碳工段運行狀況良好；

2）低閃氣量增加1 574 m3/h，折16.8%。

3.5 壓縮工段

由表6 可得；

表6 改造前后壓縮工段運行情況對比

1）改造后，NH 壓縮機四出壓力、六出壓力增加明顯；其中，四出壓力高是因為在四段進口加入氮氣，氣量變大；系統運行中，四出壓力時有超壓現象（≥5.4 MPa），為防止四出超壓，一入壓力由32 kPa 降至26 kPa。

2）六出壓力高是因為合成工段甲烷含量增加[2]，氫回收裝置未相應擴能，為了減少放空氣浪費，控制放空氣閥位導致系統壓力升高。

4 結語

喜豐航公司2#合成氨系統氣化裝置升級改造，常壓間歇式氣化爐改為微正壓純氧連續氣化爐，后系統裝置基本保持不變（一脫拆羅茨風機除外）的情況下，各工段均能正常運行；但是，半水煤氣成份變化造成堿耗、脫硫劑耗和變換工段蒸汽耗增加明顯。

另外，氣化裝置升級改造過程中，沒有同步對合成工段氫回收裝置擴能、脫碳工段低閃氣新增回收裝置，造成經濟浪費；建議類似裝置升級改造時可以借鑒此經驗；