3.6 MPa變換工藝優(yōu)化實(shí)施方案

李雅靜，王 慶，鄒 紅

（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250101）

3.6 MPa變換工藝優(yōu)化實(shí)施方案

李雅靜，王 慶，鄒 紅

（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250101）

介紹了某廠現(xiàn)有3.6 MPa變換工藝的運(yùn)行情況，分析了存在問題及原因，提出工藝優(yōu)化方案，將優(yōu)化結(jié)果與現(xiàn)有裝置進(jìn)行比較，達(dá)到了降低蒸汽消耗、減小運(yùn)行阻力、擴(kuò)大產(chǎn)量的目的。

變換；工藝優(yōu)化；解決方案

0 引 言

一氧化碳變換是粗煤氣借助于催化劑的作用，在一定溫度下，在變換反應(yīng)器中與水蒸氣反應(yīng)，生成二氧化碳和氫氣的工藝過程[1]。在CO變換的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)不同氣化方式制成的粗煤氣成分組成、壓力運(yùn)行區(qū)間，選擇合理的工藝，發(fā)揮不同氣化方式的優(yōu)勢(shì)[2]。目前，常壓氣化后的CO變換操作壓力一般為＜3.0 MPa，3.6 MPa的操作壓力多用于航天爐氣化后，粗煤氣不需經(jīng)過壓縮的情況。而本文研究的3.6 MPa變換位于常壓氣化后，對(duì)于采用相似配置方式的工藝優(yōu)化具有一定指導(dǎo)意義。

1 裝置現(xiàn)狀

1.1 存在問題

某廠現(xiàn)有一套18·30裝置，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力18萬噸／年合成氨、30萬t／a大顆粒尿素。其中變換裝置采用無飽和熱水塔全低變工藝，出口CO含量＜1%，操作壓力3.6 MPa，目前蒸汽消耗880 kg／t氨，增濕水消耗755 kg／t氨，裝置阻力降達(dá)到0.22 MPa，催化劑使用壽命僅2～3a。

從以上數(shù)據(jù)中可以看出，該裝置存在蒸汽消耗過高（總汽氣比過大）、運(yùn)行阻力過大以及催化劑使用壽命短的問題。

1.2 原因分析

（1）針對(duì)該廠存在問題，對(duì)該套變換裝置進(jìn)行分析，得到原因如下：

目前，公司采用的全低變工藝為中低低變換工藝改造而來，其中設(shè)備及管線的布置仍按照中低低變換工藝的設(shè)計(jì)方案，并且在改造過程中又新增了部分管道，所以設(shè)備間距小，管線彎頭多，空間擁擠，進(jìn)而造成了該工段運(yùn)行阻力大，開車過程復(fù)雜且浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。

（2）運(yùn)行中因工藝設(shè)計(jì)原因蒸汽用量偏大，主要原因在于各段變換率的配置以及添加蒸汽和冷激水的位置，從現(xiàn)有運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，變換三段和四段的溫升僅為4℃和1℃，變換率極低，在能達(dá)到變換效果的前提下，說明前兩段變換率較高，造成了蒸汽用量較大。

（3）因工藝原因，在進(jìn)最后一段變換爐前使用～150℃鍋爐水與變換氣換熱，此溫度在變換氣露點(diǎn)之下，造成變換氣容易帶水，縮短了催化劑使用壽命。

1.3 解決方案

除以上問題外，由于中低低改造成全低變后的設(shè)備不匹配問題，設(shè)計(jì)性能有所下降，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，再次擴(kuò)產(chǎn)改造存在一定難度。因此在現(xiàn)有廠區(qū)空地新建一套處理能力27萬t／a液氨變換工藝，將原有變換拆除。

2 改造方案

2.1 設(shè)計(jì)條件

為了匹配其他工段設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)壓力不變，仍為3.6 MPa，半水煤氣流量120 000 m3（標(biāo)）／h，出口CO：＜1%，系統(tǒng)添加420℃、4.5 MPa過熱蒸汽（與原工藝相同）。原料氣組成如表1所示。

表1 原料氣組成

2.2 工藝流程

壓縮工段來的半水煤氣，先進(jìn)半水煤氣冷卻器冷卻到40℃以下，再進(jìn)絲網(wǎng)除油過濾器和除油劑爐凈化除油。除油器上段裝除油劑用于進(jìn)一步吸附半水煤氣的油，以免堵塞設(shè)備、污染催化劑。

除油后半水煤氣進(jìn)入主熱交與第二變換爐二段出來的變換氣換熱，再進(jìn)入中間換熱器管內(nèi)加熱，主熱交后溫度可以通過變換氣副線調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。

出中間換熱器后的半水煤氣添加5.0 MPa，420℃過熱蒸汽，進(jìn)入蒸汽混合器，然后進(jìn)入第一變換爐上段進(jìn)行一段變換，上段裝有抗毒劑和少量Co-Mo催化劑，抗毒劑的作用是脫除半水煤氣中的毒物與氧。抗毒劑下面裝有少量催化劑，進(jìn)行CO轉(zhuǎn)化作用。一段變換后變換氣經(jīng)第一淬冷器180℃脫鹽水冷激，降溫后進(jìn)入第一變換爐下段進(jìn)行二段變換，出口高溫變換氣再經(jīng)中間換熱器殼程降溫后，通過第二淬冷器180℃脫鹽水冷激，進(jìn)入第二變換爐上段進(jìn)行三段變換，三段出口變換氣通過第二淬冷器180℃脫鹽水冷激，進(jìn)入第二變爐下段進(jìn)行四段變換，四段出口溫升至215℃，出口CO＜1%。

變換完成后，變換氣大部分進(jìn)主熱交預(yù)熱半水煤氣，再通過鍋爐水加熱器，小部分進(jìn)冷激水加熱器將脫鹽水從80℃加熱到180℃，混合后的氣體進(jìn)脫鹽水加熱器，將脫鹽水由25℃加熱到80℃，變換氣再經(jīng)水冷卻器降溫至40℃去下一工段。

界區(qū)外來25℃脫鹽水經(jīng)脫鹽水加熱器加熱到80℃，大部分送出界區(qū)，小部分經(jīng)過冷激水加熱器加熱到180℃去第一、第二淬冷器對(duì)變換氣進(jìn)行降溫增濕。

變換工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2.3 工藝特點(diǎn)

該全低變工藝具有如下特點(diǎn)：

（1）設(shè)置兩臺(tái)半水煤氣冷卻器，一開一備，能夠?qū)崿F(xiàn)在線切換，保證半水煤氣溫度降低到40℃以下，有效的除去半水煤氣中的水和油；

（2）設(shè)置主熱交前到變換一段入口前大副線，該冷線能夠有效調(diào)節(jié)變換入口溫度，提供床層飛溫的解決方式；

（3）設(shè)置三段噴水，且使用180℃冷激水進(jìn)行噴水增濕，保證變換汽氣比的同時(shí)，對(duì)變換氣直接增濕降溫，降低了蒸汽消耗量；以第三段噴水增濕為例，圖2顯示了冷激水溫度對(duì)變化氣出口溫度的影響，其中列方向?yàn)樽儞Q氣出口溫度，從中可以看出，在噴水量不變的前提下，噴水溫度從100℃提高到180℃后，變換氣出口溫度從170℃提高到了203℃。而在保證變換氣噴水溫度的前提下，噴水量將減少28 kg／t氨，即為了保證同樣的汽氣比，這部分水量需要通過添加蒸汽進(jìn)行彌補(bǔ)。

圖2 冷激水溫度對(duì)變換氣出口溫度的影響

（4）設(shè)置開車升溫硫化用大副線，跨過硫化過程中不必要的設(shè)備，降低了這些設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，節(jié)省部分設(shè)備投資；

（5）變換最后一段使用噴水降溫的方式，且入口溫度在～200℃，降低帶水的可能性，保證催化劑使用壽命；

（6）添加4.2 MPa、450℃過熱蒸汽，并且蒸汽加入位置位于主熱交后，降低主熱交腐蝕的可能性，增加設(shè)備使用壽命。

2.4 主要設(shè)備

（1）使用兩臺(tái)直徑為4m的變換爐，四段變換總壓力降約0.05 MPa（變換前期），降低了整個(gè)變換系統(tǒng)的壓降；

（2）由于整套變換裝置設(shè)計(jì)壓力偏高，淬冷器設(shè)計(jì)使用復(fù)合板材料，降低設(shè)備投資；

（3）主熱交和中間換熱器使用折流桿形式，有效的降低設(shè)備阻力，該措施已在多套變換裝置中得到應(yīng)用。

3 結(jié)論

針對(duì)原有變換存在問題進(jìn)行改造后，問題得到有效解決。變換工藝改造前后結(jié)果對(duì)比如表2所示。

表2 變換改造前后對(duì)比

從以上表2可見：

1）改造后變換工段設(shè)備數(shù)量減少，流程更加簡(jiǎn)單；

2）改造后蒸汽消耗減少，噸氨蒸汽消耗量減少可達(dá)470 kg，降低了原料投入成本；

3）改造后產(chǎn)量提高，可增加一定的經(jīng)濟(jì)效益；

4）改造后運(yùn)行阻力降低，這部分得益于設(shè)備數(shù)量的減少，在保證脫碳?jí)毫Σ蛔兊那闆r下，可以部分節(jié)省壓縮機(jī)所需動(dòng)力。

[1]田旭，曹志斌，汪旭紅.變換反應(yīng)器技術(shù)進(jìn)展[J].大氮肥，2012，35（1）：13～16.

[2]鄭青春，葉陳.CO變換工藝的設(shè)計(jì)淺析[J].安徽化工，2011，37（5）：52～54.

Implementation of Process Optimization of 3.6 MPa COshift

Li Ya-jing,Wang Qing,Zou Hong
（CNOOC Shandong Chemical Engineering Co.，Ltd.，Shandong Jinan 250101，China）

The paper has introduced the condition of the existing 3.6 MPa shifting process in a plant，analyzed the existing problems and reasons and put forward the optimization design.The optimization results are compared with the existing device，the purpose of reducing the consumption of steam and the running resistance and expanding production has achieved.

3.6 MPa；CO shift；process optimization

TQ113.26＋6

B

1003-6490（2015）03-005-03

2015－04－25

李雅靜（1987－），女，河北唐山人，助理工程師，從事化工工藝設(shè)計(jì)工作。