CO全低变工艺在小氮肥的应用

CO全低变工艺在小氮肥的应用黄柏益(湖南株洲化工集团科人设计有限责任公司，湖南株洲，412004)2007-11-301前言变换新催化剂的开发与使用，使变换工艺取得了长足的进步，我国在上世纪80年代的氮肥企业成功地开发了中变串低变的工艺，取得了明显的经济效益，使变换工序蒸汽消耗由原来的1200kg蒸汽／tNH3左右降至800kg蒸汽／tNH3左右。用Co—Mo系低温耐硫宽温变换催化剂(B303Q)取代了传统的“中串低”而采用的“全低变”新工艺。此工艺是重点推广项目，该工艺先进、可靠，投资省、节能效果好，经济效益显著。目前郴化集团等公司已应用了该技术，并取得了很好的经济效益，使生产能力上了一个新台阶。2全低变工艺流程及主要设备2.1工艺流程简述气体流程：从压缩机二段来的半水煤气(压力为0.76MPa)经气水分离器进入热水喷淋装置的焦炭过滤器净化油污后，从饱和塔底部进入，与调温水加I来的热水逆流接触，增温增湿后的半水煤气经预腐器(可外加蒸汽)，分离夹带的水滴及预热，再经热交换器与变换二段来的变换气间接换热，被加热至250℃左右后进入净化炉，经除氧气后，气体温度约300℃进入调温水加I与热水换热，经调温水加I气体温度降至180～200℃，进变换炉一段，一段出变换气经热交换器、预腐器后补加适量蒸汽后进入变换炉二段，二段出变换气经调温水加Ⅱ返回变换炉三段，变换炉出变换气温度为180～190℃，再经水加热器加热来自热水塔的热水，变换气被冷却后从热水塔底部进入，与饱和塔来的热水逆流接触，变换气被降温降湿(温度为65～85℃)后进入软水加热器(冷软水被加热后送锅炉)，去冷凝塔，变换气被冷却，夹带的水蒸气被冷凝，分离掉水分之后去二次脱硫。热水流程：从热水塔底出来的热水经热水泵增压后去水加热器、调温水加Ⅱ、调温水加I，依次被变换炉三段、二段来及净化炉来的变换气加热升温后进入饱和塔顶部，使饱和塔内半水煤气增温增湿。从饱和塔底部热水与补充的软水混合后又进入热水塔，与水加热器来的变换气直接逆流换热，回收变换气余热，热水塔底部来的热水又去热水泵循环使用。2.2全低变工艺流程CO全低变工艺流程如下：气体流程：3主要设备年产40kt合成氨CO全低变工艺如下表：4综合评价4.1运行情况全低变装置自投产运行以来，已经1年，生产情况较好，运行正常，催化剂床层各点温度稳定，热点温度在340±10℃范围内波动，变换率较高(95％～96％)，变换气CO含量为0.8％～1.2％，生产中调节方便，易于操作控制，系统中热水循环量水小，补加蒸汽量低，经测定热水循环量为15.4m3/h，补加蒸汽量为252kg／tNH3，变换炉一段可不加蒸汽，一般在第二段补加少量蒸汽。由于该催化剂耐硫，故简化了一次脱硫，变换气中硫化氢一般为0.15～0.25g/Nm3。催化剂未出现过返硫化现象。由于气体净化较好，水质采用的是软水，故热水总固体含量较小，一般为300×10－6，因此排放量小，热损失也小。由于流程设计紧凑，催化剂床层阻力小，全低变工艺系统阻力为0.02～0.03MPa左右。全低变工艺主要操作参数见表2。4.2全低变的特点及应用效果4.2.1流程简单，投资少全低变流程简单，设备少，金属材料用量少，投资省。对年产40kt合成氨企业来说整个工艺过程投资约400～500万元。4.2.2蒸汽消耗低由于B303Q催化剂对汽气比及进口温度要求较中串低工艺低得多，所以在相同的转化率(变换率)下，总汽气比可大大降低(全低变总汽气比为0.36左右)，蒸汽消耗很低(全低变蒸汽消耗为252kg蒸汽／tNH3)。中变工艺过程蒸汽消耗一般为800kg蒸汽／tNH3，节约蒸汽为800－252=548kg蒸汽／tNH3，对年产40kt合成氨企业来说每年节约蒸汽为：21920t，价值每年节约264万元左右(蒸汽价格按120元／t)。4.3.3节电显著整个全低变系统阻力为0.02～0.03MPa左右，压缩机电耗降低。热水循环量很小，降低了热水泵的电耗。4.3.4操作简单，容易控制，生产稳定系统开停车简单、起动快，卸压、保温几天后，只需2～3h即可恢复生产。短期停车，不用开启电炉，因而可以延长有效的生产时间。4.3.5系统阻力低变换炉床层温度低，最遍的热点温度为340±10℃，外加蒸汽量小，体积缩小约25％，而且设备小，所以系统阻力低。避免了中串低变的水冷激而造成堵塞喷头及催化剂粉化结皮的现象，使全低变运行后期系统阻力不会增加。4.3.6催化剂用量小一般中变催化剂空速为550h－1，全低变催化剂空速为800h－1，全低变催化剂空速大，故催化剂装填量少，只有中变催化剂用量的68.75％。43.7脱硫完全B303Q催化剂具有较强的有机硫转化能力，转化为硫化氢便于二次脱硫除去。5问题分析及改进意见5.1饱和热水塔的改进饱和热水塔一般采用的鲍尔环填料，由于生产过程中，气液量频繁波动，塔内填料易破损或变形，造成填料碎片从篦子板上泄漏至塔底，影响热水泵的正常运行，甚至会使塔的阻力上升；半水煤气出饱和塔与热水进饱和塔温差偏大，使饱和塔出口半水煤气温度总在117～119℃之间波动，使整个饱和热水塔的操作处于不良状态中。可采用垂直筛板，热水循环量适当增加，就使饱和塔出口半水煤气温度升至120℃以上，使得蒸汽消耗降低。5.2加强管理，控制一段入口补加蒸汽加强生产操作管理，尽量减少一段入口补加蒸汽，通过现场调试，这是完全可以达到全低变系统出口CO含量的工艺指标，又可使蒸汽消耗降低。5.3加强设备的维护蒸汽阀门有泄漏，使得整个系统对蒸汽消耗量增加。5.4强化工艺指标的控制由于系统温度较中变或中变串低变的系统温度低，系统中气体的温度很容易达到露点及以下的温度，同时需要加强水分的分离，防止或减轻设备的腐蚀。6小结整个全低变工艺设计上比较合理，蒸汽消耗(252kg蒸汽/tNH3)较低，各项指标均优于传统工艺。经过多个企业的实践证实，按“全低变流程”设计的装置，较好地解决了中变串低变工艺中的许多问题，更加体现了全低变技术的优点，取得了令人瞩目的增产节约、运行安全可靠、节能降耗效果较为明显、经济效益显著等特点。