淬冷器改造總結(jié)

(兗礦魯南化工有限公司，山東滕州，277500)

淬冷器改造總結(jié)

蔣榮龍
(兗礦魯南化工有限公司，山東滕州，277500)

針對(duì)合成氨凈化系統(tǒng)微量超標(biāo)情況，分析事故原因并對(duì)其改造，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。通過(guò)改造前后的數(shù)據(jù)對(duì)比，有效地確定了此次改造項(xiàng)目的成功。

淬冷器 甲烷化爐 甲烷化催化劑 改造 微量

兗礦魯南化工有限公司合成氨凈化系統(tǒng)任務(wù)是將氣化來(lái)的水煤氣經(jīng)過(guò)CO變換，H2S、COS、CO2的NHD法脫除，然后對(duì)脫碳?xì)馀涓邏篘2，再經(jīng)甲烷化，制得合格的精制氣送往合成工段，出工段微量指標(biāo)CO+CO2≤20ppm。2015年11月因出工段微量超標(biāo)，合成塔溫差最高時(shí)達(dá)到100℃，系統(tǒng)被迫短停，同時(shí)也對(duì)合成催化劑造成了極大隱患。

1 甲烷化原理

目前國(guó)內(nèi)外大型合成氨原料氣的精制方法有液氮洗、甲烷化等。我廠(chǎng)采用甲烷化法去除系統(tǒng)殘留的微量CO+CO2。

在甲烷化催化劑作用下，將氣體中CO+CO2通過(guò)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CH4從而達(dá)到脫除微量CO+CO2的目的，反應(yīng)如下：

CO+3H2=CH4+H2O Q=-206.28kJ/mol

CO2+4H2=CH4+2H2O Q=-165.09kJ/mol

每1%CO轉(zhuǎn)化的絕熱溫升為72℃，每1%CO2轉(zhuǎn)化的絕熱溫升為60℃，無(wú)論是CO還是CO2的甲烷化反應(yīng)均是體積縮小的強(qiáng)放熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，所以從甲烷化爐的溫升基本可以判定微量的大小，即微量越多，溫升越高，反之溫升越低。

2 改造前流程簡(jiǎn)述

2.1 變換系統(tǒng)流程簡(jiǎn)述

由氣化送來(lái)的水煤氣壓力約3.80MPa，溫度214℃，水汽/干氣比為1.4，經(jīng)煤氣水分離器(V6201)分離掉水及煤塵后，進(jìn)入中溫?zé)崞?E6201(Ⅰ))溫度升高至250℃后，進(jìn)入第一中溫變換爐(R6201)，第一中溫變換爐分上、下兩段，爐內(nèi)裝有兩段耐硫變換觸媒，段間配有煤氣激冷管線(xiàn)調(diào)溫，出第一中溫變換爐氣體CO含量為≤5.0%(干)，溫度為435℃左右。經(jīng)甲烷化加熱器(E6201(Ⅱ))、中溫?fù)Q熱器(E6201(Ⅰ))進(jìn)入第一中變廢熱鍋爐(E6202)，生產(chǎn)2.5MPa中壓蒸汽，使中變氣溫度降至260℃后進(jìn)入淬冷器(V6202)，在淬冷器中用管網(wǎng)來(lái)的高壓鍋爐水將變換氣淬冷至240℃后進(jìn)入第二中溫變換爐(R6202)，爐內(nèi)裝有兩段耐硫變換觸媒，出口變換氣CO含量為≤1.0%(干)，溫度為260℃左右。

圖1 改造前變換系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

此套系統(tǒng)2008年開(kāi)車(chē)，變換系統(tǒng)中的淬冷器(V6202)原設(shè)計(jì)為加管網(wǎng)來(lái)的高壓鍋爐水，用于調(diào)節(jié)二變爐(R6202)水汽比，但開(kāi)車(chē)至今一直未投用鍋爐水，實(shí)質(zhì)相當(dāng)于設(shè)備處于閑置狀態(tài)。

2.2 甲烷化流程簡(jiǎn)介

來(lái)自脫碳工段的脫碳?xì)?溫度33℃、壓力3.2MPa)進(jìn)入配氮混合氣(V6214)，同時(shí)3.8MPa氮?dú)庖策M(jìn)入配氮混合氣(V6214)，經(jīng)混合后分三路，一路為混合氣直接進(jìn)入甲烷化爐(R6204)，此路為冷線(xiàn)；另一路經(jīng)甲烷化換熱器(E6209)與甲烷化爐出口精制氣換熱，進(jìn)入甲烷化爐，此路為次熱線(xiàn)；最后一路經(jīng)次熱線(xiàn)后再與殼程介質(zhì)為變換氣的甲烷化加熱器(E6201(Ⅱ))換熱，通過(guò)三路的調(diào)節(jié)最終將甲烷化爐入口溫度維持在約275℃。

圖2 改造前甲烷化系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

甲烷化爐內(nèi)分為兩段，為保護(hù)甲烷化催化劑，防止脫硫系統(tǒng)的脫硫指標(biāo)超標(biāo)，導(dǎo)致硫化氫進(jìn)入甲烷化爐，造成催化劑中毒失活，上層裝入了13m3精脫硫劑，爐內(nèi)實(shí)質(zhì)共裝有16m3甲烷化催化劑。

3 出工段微量超標(biāo)原因分析

(1)甲烷化催化劑活性降低；(2)甲烷化催化劑中毒失活；(3)變換系統(tǒng)CO超標(biāo)或脫碳塔后CO2超標(biāo)。

如果為第三種可能性導(dǎo)致的出工段微量超標(biāo)，會(huì)造成甲烷化爐溫升升高，但對(duì)比事故前后甲烷化爐溫升基本差別不大。

甲烷化催化劑平均每1.5年更換約5m3，2015年催化劑基本到期，但未更換催化劑應(yīng)是此次事故的主要原因。在事故發(fā)生后經(jīng)公司開(kāi)會(huì)研究分析，不論是催化劑活性降低或是催化劑中毒失活，甲烷化爐催化劑裝入量?jī)H有16m3，空速較大，應(yīng)是較為直觀(guān)的看法，同時(shí)考慮到更換催化劑周期1.5年，更換周期較短，費(fèi)用太高等原因，公司決定對(duì)其改造，咨詢(xún)催化劑廠(chǎng)家后也建議應(yīng)增加催化劑的裝入量。

4 改造內(nèi)容

改造內(nèi)容主要是擴(kuò)大甲烷化催化劑的裝載量，思路為甲烷化爐全部盛裝催化劑，增加槽子用于盛裝精脫硫劑氧化鋅，但如果通過(guò)增加精脫硫槽來(lái)達(dá)到改造的目的，須對(duì)新增的精脫硫槽設(shè)計(jì)、制作、安裝等，費(fèi)用較高，變換系統(tǒng)的淬冷器經(jīng)校核完全可以作為精脫硫槽使用。

通過(guò)將淬冷器的進(jìn)出口管道直接相連，再將淬冷器進(jìn)出口法蘭經(jīng)配管與甲烷化爐相連，把淬冷器在流程上移除變換系統(tǒng)，在其內(nèi)部裝入16m3精脫硫劑氧化鋅，直接改為甲烷化爐前的精脫硫槽。通過(guò)此次對(duì)淬冷器的改造不僅節(jié)省了大批費(fèi)用，而且甲烷化爐內(nèi)全部裝入催化劑，裝入量達(dá)到29m3，完全達(dá)到了改造目的。

圖3 改造后變換流程簡(jiǎn)圖

圖4 改造后甲烷化流程簡(jiǎn)圖

5 改造后數(shù)據(jù)對(duì)比

(1)改造前甲烷化入口溫度一般為275℃，改造后入口溫度調(diào)整至260℃。甲烷化反應(yīng)為強(qiáng)放熱過(guò)程，降低溫度有利于正反應(yīng)，即CO與CO2反應(yīng)更徹底，但考慮到反應(yīng)活性分子數(shù)量減少，反應(yīng)速度會(huì)相應(yīng)的降低，在裝置生產(chǎn)負(fù)荷較大，且空速較大的情況下，甲烷化爐入口溫度不能過(guò)低。改造后因甲烷化催化劑裝入量的增加，即使降低入口溫度，反應(yīng)的活性分子也不會(huì)減少，反而比改造前增加了，消除掉了改造前的不利因素。

(2)在2016年3月改造后至今出工段微量一直為零。

(3)2016年脫硫指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重期間，為防止H2S進(jìn)入甲烷化爐，導(dǎo)致催化劑中毒失活,對(duì)淬冷器出口即精脫硫槽出口取樣分析，未發(fā)現(xiàn)硫化物，有效地保證了系統(tǒng)運(yùn)行，表明了此次改造較為成功。

(4)由于改造前甲烷化催化劑過(guò)少，更換次數(shù)頻繁，且需要停車(chē)處理，費(fèi)用昂貴，通過(guò)改造減少了更換頻次，降低了生產(chǎn)費(fèi)用。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)此次改造，將變換系統(tǒng)無(wú)實(shí)質(zhì)作用的淬冷器變廢為寶，又有效地增加了甲烷化催化劑的裝填量，為后期系統(tǒng)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

SummaryofRevampingofQuenchingCooler

JiangRonglong
(YankuangLunanChemicalCo.,Ltd,Tengzhou277500,Shandong,China)

In view of the excess standard of the ammonia purification system, the cause of the accident was analyzed, and the safety and stability of the system were ensured. Through the comparison of the data before and after the transformation, the project's success has been effectively determined.

quencher; methanation furnace; methanation catalyst; modification; trace