全低變系統(tǒng)熱水網(wǎng)絡技改

孫雙紅 郭仁義 喬偉波

(山西陽煤豐喜肥業(yè)〔集團〕有限責任公司 山西運城044000)

0 前言

山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司平陸分公司(以下簡稱平陸分公司)為80 kt/a合成氨裝置配套的全低變系統(tǒng)已運行多年，存在蒸汽消耗大等問題，未能體現(xiàn)全低變工藝流程的節(jié)能優(yōu)勢。為此，經(jīng)認真研究，決定由正元設計院對變換系統(tǒng)進行設計、核算，對變換、合成熱水網(wǎng)絡系統(tǒng)進行改造，達到變換不加或少加蒸汽并使出口變換氣中CO含量工藝指標低于2%(體積分數(shù))的目的。2012年12月對變換熱水系統(tǒng)進行了改造，投運后效果良好。

1 改造前熱水工藝流程

(1)改造前變換系統(tǒng)熱水工藝流程見圖1。變換系統(tǒng)飽和熱水塔采用散裝填料，變換系統(tǒng)噸氨需外供1.0 MPa飽和蒸汽250～300 kg。

圖1 改造前變換系統(tǒng)熱水工藝流程

(2)原有2套Φ800 mm氨合成系統(tǒng)，廢熱鍋爐回收余熱副產(chǎn)蒸汽供變換工段；軟水預熱器熱水回收采用串聯(lián)流程，熱水循環(huán)量80 m3/h，回收115～120 ℃熱軟水約20 m3/h供精煉系統(tǒng)使用，其余熱軟水被送入軟水池中。這樣，不僅大量的低位熱能未被合理利用，且使軟水溫度上升至約30 ℃，導致碳化系統(tǒng)氨回收效率下降。

2 改造后熱水工藝流程

改造后變換系統(tǒng)熱水工藝流程見圖2。改造后，經(jīng)變換系統(tǒng)熱水泵加壓后的熱水分為兩部分：第1部分送至氨合成系統(tǒng)的二水加熱器，經(jīng)換熱后的軟水送往變換系統(tǒng)與第2部分熱水混合后進入一水加熱器，與變換氣換熱后送至飽和塔。在一水加熱器后增設1臺換熱器，軟水由原從軟水罐出來經(jīng)噴水泵送至增濕器改為從噴水泵出來經(jīng)新增換熱器再送至增濕器。

圖2 改造后變換系統(tǒng)熱水工藝流程

3 改造后變換系統(tǒng)工藝流程

來自壓縮機二段的半水煤氣(壓力≤0.95 MPa，溫度≤35 ℃)先經(jīng)過焦炭過濾器除去油水后進入飽和塔，與塔頂噴淋而下的循環(huán)熱水在填料層逆流接觸、提溫、增濕，溫度為(130±5) ℃的氣體出飽和塔，經(jīng)氣水分離器分離水分后，進入預熱交換器管程，與殼程內來自主熱交換器的變換氣換熱提溫，然后進入主熱交換器管程與殼程內來自低變二段的變換氣換熱，溫度達到220 ℃左右進入低變一段(開車時需用電爐提溫，正常生產(chǎn)時不用)，經(jīng)保護劑及抗毒劑除去其中的O2及其他有害雜質后進入低變一段催化劑層反應，氣體中CO含量降至8%～12%(體積分數(shù)，下同)、溫度升至360～410 ℃后進入增濕器，經(jīng)二次反滲透水降溫至220 ℃左右后進入低變二段催化劑層反應，氣體中CO含量下降至4%～7%、溫度升至260～270 ℃后，氣體依次通過主熱交換器、預熱交換器的殼程與管程內半水煤氣換熱，溫度下降至(220±10) ℃后進入低變三段催化劑層反應，溫度升至(240±10) ℃且CO達到指標要求后進入一水加熱器殼程與管程中的循環(huán)熱水換熱，溫度降至150 ℃左右后經(jīng)新增換熱器進入熱水塔底部，與塔內自上而下的循環(huán)熱水在填料層逆流接觸進一步降溫，然后經(jīng)二水加熱器殼程與軟水換熱后進入冷卻塔管程和冷排，進一步降溫至35 ℃，最后經(jīng)變換氣分離器送至變脫系統(tǒng)。改造后變換系統(tǒng)工藝流程見圖3。

圖3 改造后變換系統(tǒng)工藝流程

4 改造效果

(1)從熱水泵出來約90 ℃的熱水經(jīng)2#合成系統(tǒng)的二水加熱器后，溫度升至120～125 ℃的軟水被送至一水加熱器內，與低變三段出口的240 ℃變換氣進行換熱回收熱量后，溫度達到150 ℃左右(通過調節(jié)第1部分循環(huán)量來調整進飽和塔熱水溫度，將CO含量控制在工藝指標內)。

(2) 增加換熱器后，一方面降低了變換氣溫度，減少了熱水塔出口變換氣后工序的冷卻負荷；另一方面將增濕器的進水溫度由20 ℃左右升至80 ℃左右，有利于變換系統(tǒng)的操作和節(jié)能。

5 效益分析

改造后，變換系統(tǒng)噸氨蒸汽耗降低至200 kg左右，按蒸汽價格為140元/t、氨產(chǎn)量80 kt/a計，本次改造年增經(jīng)濟效益約為224萬元。