醇氨聯(lián)產(chǎn)裝置超低負(fù)荷運(yùn)行總結(jié)

李家棟，曹 珍，李加松，李 耀

（兗礦新疆煤化工有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

1 概 述

兗礦新疆煤化工有限公司600 kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能為 300 kt／a甲醇、300 kt／a合成氨、520 kt／a尿素。其氣化裝置采用多噴嘴水煤漿加壓氣化技術(shù)，配置3臺(tái)氣化爐（兩開一備），均采用激冷流程。氣化爐生產(chǎn)出的水煤氣無需經(jīng)過降溫脫硫即直接進(jìn)入變換裝置（2套變換裝置，分別對(duì)應(yīng)甲醇系統(tǒng)、合成氨系統(tǒng)）進(jìn)行耐硫變換，變換氣中酸性氣的脫除采用目前最先進(jìn)的低溫甲醇洗工藝（2套低溫甲醇洗裝置，分別對(duì)應(yīng)甲醇系統(tǒng)、合成氨系統(tǒng)；合成氨系統(tǒng)低溫甲醇洗裝置后串液氮洗裝置），低溫甲醇洗裝置共2臺(tái)吸收塔，共用1套再生系統(tǒng)。甲醇合成采用國內(nèi)華東理工大學(xué)開發(fā)的 “管殼外冷-絕熱復(fù)合式固定床催化反應(yīng)器”（2臺(tái)，并聯(lián)），合成壓力為5.0 MPa，副產(chǎn)2.5～4.0 MPa的中壓蒸汽；精餾系統(tǒng)采用節(jié)能型三塔精餾工藝。氨合成采用卡薩利15.0 MPa低壓氨合成工藝，副產(chǎn)4.0 MPa的中壓蒸汽；尿素系統(tǒng)采用CO2汽提工藝和塔式造粒（造粒塔）工藝?？辗盅b置采用液氧泵外循環(huán)流程，為氣化裝置提供氧氣。冷凍站采用氨壓縮制冷工藝，為低溫甲醇洗裝置及氨合成裝置提供冷量。

公司所在地冬季氣溫可達(dá)-40℃，若系統(tǒng)非計(jì)劃停車，撇開停車損失及安全環(huán)保方面的壓力不談，其防凍工作量就很大，且管道、設(shè)備和人員的安全無法得到保障。2018年1月，運(yùn)行中的1臺(tái)氣化爐因故需退出系統(tǒng)24 h，而備用氣化爐正在檢修（無法投用）。為維持系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，避免在冬季因凍堵帶來的安全隱患，經(jīng)統(tǒng)籌計(jì)算后，我們決定只切出問題工段，其他系統(tǒng)則維持超低負(fù)荷運(yùn)行，即首次實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)氣化爐帶甲醇系統(tǒng)、合成氨系統(tǒng)、尿素系統(tǒng)運(yùn)行?，F(xiàn)簡介如下。

2 超低負(fù)荷運(yùn)行主要操作措施

2.1 保證蒸汽系統(tǒng)的穩(wěn)定，嚴(yán)控蒸汽用量

在超低負(fù)荷下，蒸汽外送原則上應(yīng)以保證本裝置的安全運(yùn)行為主，因?yàn)檎羝到y(tǒng)的穩(wěn)定與否是裝置能否繼續(xù)運(yùn)行的先決條件。熱電裝置3臺(tái)220 t／h煤粉爐（兩開一備），運(yùn)行中的2臺(tái)鍋爐負(fù)荷均提至90%～95%；氣化裝置則通過調(diào)整水煤氣洗滌水流量提高水煤氣溫度，以達(dá)到提高副產(chǎn)蒸汽的目的；對(duì)于工藝要求不太高的除氧系統(tǒng)，將熱源改為品質(zhì)略差的閃蒸氣。

2.2 工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比與統(tǒng)計(jì)

我們?cè)谝酝牟僮髦袑?shí)現(xiàn)過單臺(tái)氣化爐帶甲醇和合成氨雙系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)單臺(tái)氣化爐帶甲醇系統(tǒng)、合成氨系統(tǒng)、尿素系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行積累了大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。單臺(tái)氣化爐帶甲醇、合成氨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，氣化爐負(fù)荷提至95%～96%（氣化爐壓力6.2 MPa），水煤氣產(chǎn)量約330 000 m3／h。甲醇系統(tǒng)氣量（變換氣量，即入低溫甲醇洗裝置氣量）在65 000～75 000 m3／h，合成氨系統(tǒng)氣量（變換氣量，即入低溫甲醇洗裝置氣量）在75 000～85 000 m3／h，尿素系統(tǒng)負(fù)荷在14 500～16 500 m3／h（經(jīng)CO2壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入尿素高壓系統(tǒng)的CO2流量）。不同負(fù)荷下氣化爐及下游系統(tǒng)主要運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比見表1、表2。

表1 不同負(fù)荷下氣化爐主要運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

表2 不同負(fù)荷下系統(tǒng)主要運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

2.3 前后（系統(tǒng)）協(xié)調(diào)，以退為進(jìn)

后系統(tǒng)要有穩(wěn)定的CO2解吸量，保證尿素系統(tǒng)的運(yùn)行；前系統(tǒng)要防止水煤氣量的大幅波動(dòng)，以免對(duì)變換催化劑造成災(zāi)難性的影響。為此，先將甲醇合成及甲醇變換裝置做短停4 h的準(zhǔn)備，勻出1臺(tái)氣化爐的水煤氣至變換裝置前放空調(diào)節(jié)，待氣量穩(wěn)定后再緩慢接入甲醇系統(tǒng)，防止因進(jìn)入甲醇系統(tǒng)的水煤氣氣量低而造成氫碳比和變換爐溫度難以控制。

2.4 優(yōu)化操作，滿足CO2供給

在變換裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，若CO2解吸量不足，將造成CO2壓縮機(jī)頻繁喘振，無法滿足尿素系統(tǒng)超低負(fù)荷運(yùn)行的需要。為此，需優(yōu)化凈化裝置的操作：首先，減小低溫甲醇洗裝置主洗塔至下部的回流量，增加去解吸塔的含高濃度CO2的富甲醇循環(huán)量；其次，嚴(yán)格控制主洗塔內(nèi)的壓力，在硫含量不超標(biāo)的情況下，加大主洗塔下部至CO2解吸塔的含硫富甲醇循環(huán)量，以進(jìn)一步增加CO2的解吸量，使后系統(tǒng)CO2流量能達(dá)到15 000 m3／h，并且CO2放空閥還有4～5個(gè)閥位，以利于CO2壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。此時(shí)尿素產(chǎn)量達(dá)到23～28 t／h。

2.5 前系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)整，后系統(tǒng)及時(shí)跟蹤調(diào)節(jié)

通過監(jiān)測前系統(tǒng)的壓力和進(jìn)入氨合成界區(qū)的新鮮氣量的波動(dòng)情況，遵循（合成氣壓縮機(jī)）降速（系統(tǒng)）先降壓的原則，即將合成氣壓縮機(jī)一段防喘振閥、二段防喘振閥、三段防喘振閥開度分別由0%升至10%、0%升至5%、0%升至2%，這樣合成氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速即由11 686 r／min降至 9 600 r／min，工藝氣量由 100 400 m3／h降至80 000 m3／h；同時(shí)，及時(shí)跟蹤調(diào)節(jié)合成氣的氫氮比，防止出現(xiàn)合成氣壓縮機(jī)喘振及氨合成塔超溫。

低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，CO2氣量由28 000 m3／h逐漸減至18 000 m3／h。CO2壓縮機(jī)的一段防喘振閥、二段防喘振閥、三段防喘振閥開度分別由82%升至100%、0%升至47%、0%升至45%，CO2壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由8 510 r／min降至 8 300 r／min，CO2壓縮機(jī)一入壓力由0.130 MPa降至0.127 MPa，防腐空氣加入量由730 m3／h降至560 m3／h，監(jiān)控CO2壓縮機(jī)其他各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)。尿素高壓系統(tǒng)根據(jù)氣量調(diào)節(jié)工藝指標(biāo)，氨量由38.5 t／h減至27 t／h，通知氨合成工段調(diào)節(jié)輸氨泵出口壓力；調(diào)節(jié)進(jìn)入尿素高壓系統(tǒng)的甲銨液量，由36 m3／h減至24 m3／h，汽包壓力由 0.370 MPa升至0.450 MPa，蒸發(fā)量由85 m3／h降至56 m3／h，解吸水解系統(tǒng)據(jù)管網(wǎng)蒸汽供需狀況減到最低運(yùn)行負(fù)荷（解吸液處理量19 m3／h）。

3 單臺(tái)氣化爐退出時(shí)的調(diào)控措施及注意事項(xiàng)

（1）系統(tǒng)壓力在單臺(tái)氣化爐退出過程中波動(dòng)較大，造成爐膛壓力與負(fù)荷不匹配，氨合成工段保系統(tǒng)氣量，甲醇變換工段保系統(tǒng)壓力，多次少量調(diào)節(jié)。

（2）氣化爐負(fù)荷達(dá)到96%，氣化爐壓力6.2 MPa，煤漿泵轉(zhuǎn)速997 r／min（基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速），工藝巡檢人員做好維護(hù)，出現(xiàn)異常及時(shí)反饋并做好統(tǒng)籌安排。

（3）單臺(tái)氣化爐退出時(shí)，由于要兼顧合成氨系統(tǒng)低負(fù)荷條件下的穩(wěn)定運(yùn)行，這樣進(jìn)入甲醇系統(tǒng)變換爐的水煤氣流量就會(huì)不足，甲醇變換系統(tǒng)空速低，易造成甲醇系統(tǒng)變換催化劑床層超溫，操作過程中，為及時(shí)帶走反應(yīng)熱，應(yīng)先關(guān)閉激冷線調(diào)節(jié)閥以提高空速，降低變換爐入口溫度，待爐溫穩(wěn)定后，通過調(diào)節(jié)激冷線調(diào)節(jié)閥開度調(diào)整CO配比，從而將進(jìn)入甲醇系統(tǒng)變換爐水煤氣的溫度控制在其露點(diǎn)之上（250℃左右），以有效控制甲醇變換催化劑床層的溫度。

（4）單臺(tái)氣化爐退出、甲醇變換接氣時(shí)，進(jìn)入甲醇變換系統(tǒng)的水煤氣流量低，這時(shí)，既需要控制變換爐的爐溫，又需保證變換氣適宜的氫碳比。因此，操作過程中，在滿足甲醇變換爐床層溫升可控的條件下，還應(yīng)盡量滿足變換氣的氫碳比要求，防止由于變換氣中CO2含量過高而加重低溫甲醇洗系統(tǒng)的負(fù)荷，避免甲醇合成氣中有效成分過低而影響甲醇合成催化劑的還原深度以及系統(tǒng)的能耗。

（5）低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，水煤漿氣化系統(tǒng)運(yùn)行壓力高，變換系統(tǒng)氣量小、空速低，對(duì)設(shè)備、管道、機(jī)泵及附屬安全設(shè)施的要求苛刻，要加大巡檢力度，密切關(guān)注各項(xiàng)工藝數(shù)據(jù)的變化，如有異常及時(shí)反饋，并做好統(tǒng)籌安排。

4 結(jié)束語

我們?cè)诖舜螁闻_(tái)氣化爐帶甲醇系統(tǒng)、合成氨系統(tǒng)、尿素系統(tǒng)超低負(fù)荷運(yùn)行的過程中，由于各項(xiàng)準(zhǔn)備充分，成功實(shí)現(xiàn)了醇氨聯(lián)產(chǎn)裝置的超低負(fù)荷運(yùn)行，過程中積累了大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，員工處理應(yīng)急事故的水平也得到了提高。無論是加負(fù)荷還是低負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)操作人員而言均存在著身體和心理上的巨大挑戰(zhàn)，只有從思想上高度重視，在技術(shù)方面和應(yīng)急處理上做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，才能應(yīng)對(duì)此種超低負(fù)荷運(yùn)行的挑戰(zhàn)，才能確保裝置的安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行，才能為公司下一步實(shí)現(xiàn)效益更大化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。