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        石家莊中冀正元等溫變換裝置運行總結
        2013-01-08 09:22:31 812
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        石家莊中冀正元等溫變換裝置運行總結

         

        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

        摘要:CO變換爐是合成氨的關鍵設備,通過將換熱器管束分散布置在變換反應裝置中,使換熱管能夠直接與床層接觸,移走了反應放出的熱量,使整個床層溫度分布均勻,一次開車成功,基本的達到設計指標。

        關鍵詞:等溫;變換爐;硫化;開車

         

        1項目背景

        一氧化碳變換是合成氨過程一個重要工序,國內對變換催化劑和變換工藝的研究和開發取得了長足進展,正元公司經過一年多對等溫變換反應器的研究開發,依托多年來對變換工藝設備開發的實踐和經驗,結合對變換工段反應理論的深入研究,完成了等溫變換爐和配套工藝流程的工業設計,通過在變換反應器中內置換熱器及時移走反應生成的熱量,產生較高品位的蒸汽,同時還避免了床層超溫,使床層溫度更平穩,中冀正元生產能力12萬噸總氨/年,設有一套中低低變換裝置,裝置觸媒均已到后期,系統阻力大,公司決定把新開發的等溫變換裝置放在中冀正元以改造原中低低變換裝置,該工藝裝置在10月底完成安裝,1124完成催化劑硫化,一次開車成功。

        工藝流程  

        2.1工藝流程簡圖

        1-焦炭過濾器;2-飽和熱水塔;3-煤氣水分;4-等溫熱交;5-保護罐;

        6-等溫變換爐;7-水加熱器;8-水冷卻器;9-變換氣水分;10-汽包;11-熱水泵

        圖一:工藝流程簡圖

        2.2流程簡述

        半水煤氣通過飽和塔與循環熱水傳熱、傳質后升溫,然后添加管網蒸汽,控制汽氣比,再通過熱交換器將濕半水煤氣預熱后,經保護劑罐脫除半水煤氣中的有害雜質后,進入變換爐進行變換反應,同時與等溫變換爐管內熱水換熱,變換氣中的CO降至1.5%左右出等溫變換爐,出等溫變換爐的變換氣進熱交換器加熱濕半水煤氣,降溫后進入水加熱器加熱循環熱水回收能量,然后進入熱水塔通過汽水直接接觸回收低位熱量,出熱水塔變換氣通過水冷卻器,溫度降至≤35至脫碳工序。

        等溫變換爐管內的熱水回收變換反應熱后部分汽化,汽水混合物進入汽包分離水,副產2.5MPA(g)的蒸汽引出系統,汽包內的熱水補入新鮮鍋爐水后,再循環進入等溫變換爐的管內循環使用。

        出熱水塔的循環熱水,經水加熱器加熱后進入飽和塔,與入飽和塔的半水煤氣傳質、傳熱后再進入熱水塔回收熱量,出熱水塔的循環熱水經循環熱水泵加壓后循環使用。

        3等溫變換爐

        3.1等溫變換爐結構及測溫點布置簡圖

        圖二:等溫變換爐結構及測溫點布置簡圖

        主要設備

        表一:主要設備一覽表

        序號

        設備名稱

        規格

        數量

        備注

        1

        飽和熱水塔

        φ2600

        1

        利用舊設備

        2

        等溫熱交換器

        φ1800,F=887m2

        1

        正元塔器制造

        3

        水加熱器

        φ1300,F=260 m2

        1

        利用舊設備

        4

        熱水泵

        ISR150-125-400

        1

        利用舊設備

        5

        保護劑罐

        φ3000,V=18m3

        1

        正元塔器制造

        6

        等溫變換爐

        φ3600,V=58m3

        1

        正元塔器制造

        7

        汽包

        φ1400

        1

        正元塔器制造

        8

        水冷卻器

        φ1200,F=408 m2

        1

        利用舊設備

        主要設計參數

        設計能力:半水煤氣51000Nm3/h 

        操作壓力:0.8 MPa(g)

        半水煤氣CO含量:29.5%

        變換出口CO含量:≤1.5%

        汽氣比:≤0.45

        變換爐入口溫度:210230

        出變換爐出口溫度:240250

        副產蒸汽壓力:≥2.5MPa(g)

        系統壓力降:≤0.03MPa

        等溫變換爐壓力降:≤0.01MPa

        蒸汽消耗:≤800Kg/噸氨(補入系統的1.3MPa蒸汽)

        副產蒸汽:≥580Kg/噸氨(等溫變換爐副產的2.5MPa蒸汽;鍋爐給水溫度104)

        等溫變換爐結構及配套工藝特點

        (1) 采用單臺變換爐,流程簡單,操作方便。

        (2) 采用飽和熱水塔回收余熱,余熱回收率高。

        (3)保護劑罐采用對向并流觸媒筐結構,等溫變換爐采用軸徑向催化劑筐,系統阻力小。

        (4)等溫變換爐的分氣流道和集氣流道采用“π”型結構,氣體分布均勻,對氣量變化的適應范圍大。

        (5)進口半水煤氣設置在等溫變換爐觸媒筐的外側,變換爐操作溫度低,運行安全可靠。

        (6)等溫變換爐采用管束式換熱結構,其為標準件,可根據變換爐的換熱要求配套組合,方便靈活,節省設備制造周期和費用。

        (7)熱水采用自然循環,蒸汽系統簡練。

        (8) 等溫變換爐副產2.5MPa飽和蒸汽,結合氨合成系統軟水加熱器提供的熱水,實現了變換系統的“準零汽耗”。

        (9)觸媒自卸。

        觸媒裝填及硫化

        7.1催化劑裝填

        保護劑罐中的裝填2段保護劑,兩端保護劑對向并聯使用,設計裝填量18.4m3,實際裝填18m3。

        等溫變換爐裝填B303Q寬溫變換催化劑,設計裝填量為59m3,實際裝填量58m3,催化劑裝填過程中要注意均勻分布,防止架橋等現象發生。

        7.2硫化流程:

        硫化流程簡圖見圖四

        1-水分離器;2-等溫熱交;3-電加熱爐;4-硫化罐;5-保護劑罐

        6-等溫變換爐;7-臨時冷卻器;8-羅茨風機

        圖四:硫化流程簡圖

        7.3保護劑及變換觸媒硫化

        2012111818:00加電升溫至22日后6:00切電硫化結束,共耗時84小時,保護劑罐最高硫化溫度316,其中保護劑硫化耗時34小時;等溫變換催化劑硫化耗時48小時,最高硫化溫度402。

        硫化劑采用CS2,共消耗CS2 7500Kg。

         

        8運行數據及數據分析

        8.1系統運行數據

        分析數據  時間:201211271200  單位:v %         

        成份

        CO

        CO2

        H2S

        半水煤氣

        29.5

        6.8

        0.212

        變換氣

        1.4

        27.0

        0.272

        汽氣比

        0.45

        系統壓力    時間:201211271200             單位:MPa(g)

        日期

        入系統

        加蒸汽

        半水煤氣

        出熱交

        出變換爐

        變換氣出熱交

        出系統

        11.27

        0.695

        0.694

        0.686

        0.682

        0.682

        0.665

        系統溫度    時間:201211271200                        單位:℃

        日期

        進系統

        出飽和塔

        加蒸汽后

        煤氣出熱交

        出保護罐

        出變換爐

        變換氣出熱交

        出熱水塔

        出系統

        11.27

        27.9

        103.3

        127.4

        204.4

        241.5

        254.0

        138.0

        73.8

        26.2

        變換爐運行數據時間:201211271200                          單位:℃                         

        TA-1

        TA-2

        TA-3

        TA-4

        TA-5

        TA-6

        TE-6

        TE-5

        TE-4

        TE-3

        TE-2

        TE-1

        275.7

        291.9

        268.1

        236.5

        262.3

        360.7

        347.7

        337.0

        304.3

        296.3

        313.1

        300.5

        TB-1

        TB-2

        TB-3

        TB-4

        TB-5

        TB-6

        TF-6

        TF-5

        TF-4

        TF-3

        TF-2

        TF-1

        304.5

        350.8

        372.3

        351.4

        301.7

        261.8

        308.3

        359.6

        379.7

        373.0

        347.3

        316.6

        TC-1

        TC-2

        TC-3

        TC-4

        TC-5

        TC-6

        TG-6

        TG-5

        TG-4

        TG-3

        TG-2

        TG-1

        308.7

        351.5

        373.4

        359.2

        322.7

        285.1

        296.0

        346.5

        375.7

        375.3

        347.4

        311.4

        TD-1

        TD-2

        TD-3

        TD-4

        TD-5

        TD-6

        TH-6

        TH-5

        TH-4

        TH-3

        TH-2

        TH-1

        312.5

        343.8

        358.7

        346.3

        331.5

        268.9

        292.3

        322.5

        338.1

        354.5

        333.5

        296.3


        8.2運行數據分析

        8.2.1 主要設計指標和運行數據對比  

        指標

        設計值

        運行值

        半水煤氣氣量    Nm3/h

        51000

        48750

        操作壓力        MPa(G)

        0.8

        0.695

        半數煤氣CO含量  %

        29.5

        29.5

        變換出口CO含量

        1.5

        1.4

        汽氣比

        0.45

        0.45

        變換爐入口溫度  

        230

        241.5

        出換爐出口溫度  

        245

        254.0

        副產蒸汽壓力   MPa(g)

        2.5

        2.5

        系統壓力降     MPa

        0.03

        0.03

        保護罐和變換爐壓力降MPa

        0.015

        0.004

        蒸汽消耗    Kg/噸氨

        800(1)

        678(計算值)(2)

        副產蒸汽    Kg/噸氨

        580

        590(計算值)(3)

        (1):不考慮合成水加提供的熱量。

        (2):蒸汽壓力為1.0MPa(g);變換循環熱水利用了氨合成水加的余熱。

        (3):蒸汽壓力為2.5MPa(g),鍋爐給水溫度為97

        8.2.2 等溫變換爐溫度分布設計值與運行值對比  見圖

        存在的問題

        中冀正元等溫變換爐變換率達到了設計要求,操作簡單,運行平穩,系統阻力降低0.1MPa,但裝置存在的問題和下一步需做工作如下:

        (1)由于熱交換器副線設計偏小,雖然副線已經全部打開,入爐半水煤氣溫度偏高,造成變換爐溫度偏高。

        (2)采用了與換熱器交叉的溫度點布置,由于同平面測溫點與水管的距離可能不同,造成顯示同平面溫差較大,且顯示溫度為冷管間較高溫度。

        (3)下一步應對裝置工藝和等溫變換爐進一步深入研究,將該技術應用于高CO含量和高汽氣比的變換裝置。

        10 結論

        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設計、制造的等溫變換爐經過短時間的運行,實現了預期的效果,簡化了變換流程,對同類型化肥企業變換系統的技術改造具有重要的參考意義。同時,通過工藝系統的調整,可以在大型合成氨裝置高CO(50~76%)的變換過程中得到很好地應用。


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