等溫水移熱變換裝置生產(chǎn)運(yùn)行總結(jié)

趙文華，王 輝

(安徽昊源化工集團(tuán)有限公司，安徽阜陽 236000)

1 概況

安徽昊源化工集團(tuán)有限公司(以下簡稱昊源化工)的一、二期航天爐項(xiàng)目，采用航天粉煤加壓氣化技術(shù)，變換一期采用絕熱變換工藝，在建設(shè)階段通過對(duì)變換爐和工藝管線的改造，減小了整個(gè)變換的系統(tǒng)阻力，節(jié)能降耗明顯；二期變換進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng)新，于2014年4月首次將等溫水移熱應(yīng)用到中壓變換技術(shù)并一次開車成功。目前運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能降耗顯著。

2 工藝流程及設(shè)備

2.1 氣路流程簡述

2.1.1 合成氨

粗煤氣從氣化工段進(jìn)入系統(tǒng)后，經(jīng)S-22001除去少量夾帶水及大部分灰塵；進(jìn)入E-22001與出 R-22001變換氣換熱后，在V-22001A/B中脫除粉塵及氧硫化碳、氧氣等有害氣體。出V-22001A/B氣體與過熱蒸汽混合后，進(jìn)入 R-22001進(jìn)行變換反應(yīng)，出R-22001氣體中CO的體積分?jǐn)?shù)為4.9%～6.5%，溫度控制在300 ℃左右進(jìn)入E-22001與粗煤氣進(jìn)行換熱，換熱后的變換氣進(jìn)入E-22002加熱冷凝液，使出系統(tǒng)冷凝液溫度控制在215 ℃以上。出E-22002氣體與中壓過熱蒸汽混合后，進(jìn)入R-22002進(jìn)行二次變換反應(yīng)，并將CO干基體積分?jǐn)?shù)控制在0.4%以下，出口氣體溫度控制200 ℃左右。出R-22002的變換氣分兩路：一路進(jìn)入E-22003加熱冷凝液，另一路進(jìn)入E-22004加熱除氧水。E-22003及E-22004出來的變換氣匯集后，進(jìn)入S-22002分離夾帶冷凝水，再進(jìn)入E-22005加熱脫鹽水。出E-22005變換氣進(jìn)入S-22003分水后，經(jīng)E-22006冷卻降溫至40 ℃以下進(jìn)入T-22001洗氨，出T-22001變換氣去后工序。

2.1.2 甲醇

粗煤氣從氣化工段進(jìn)入系統(tǒng)后，經(jīng)廢熱鍋爐降溫進(jìn)入S-22001分水除塵；除塵分水后半水煤氣進(jìn)入E-22001與出 R-22001氣體進(jìn)行換熱，在V-22001A/B中脫毒除塵。出V-22001A/B氣體進(jìn)入R-22001進(jìn)行變換反應(yīng)，反應(yīng)后的CO干基體積分?jǐn)?shù)為18%～20%，溫度在230 ℃左右，進(jìn)入E-22001與半水煤氣換熱，換熱后進(jìn)入E-22002加熱冷凝液，使出系統(tǒng)冷凝液溫度控制在215 ℃以上。出R-22002的變換氣分兩路：一路進(jìn)入E-22003加熱冷凝液，另一路進(jìn)入E-22004加熱除氧水。管道PGa22008A、B上分別裝有調(diào)節(jié)閥，并根據(jù)E-22003出口冷凝液溫度控制閥門開啟大小。

2.2 變換系統(tǒng)主要設(shè)備

變換系統(tǒng)主要設(shè)備情況見表1。

3 生產(chǎn)運(yùn)行情況

3.1 變換裝置運(yùn)行情況

經(jīng)過3年多的運(yùn)行，昊源化工航天爐二期運(yùn)行日趨穩(wěn)定，等溫水移熱變換裝置實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。裝置自開車以來的運(yùn)行及負(fù)荷情況見表2。

3.2 主要指標(biāo)和運(yùn)行數(shù)據(jù)

2017年5月19日—22日的主要指標(biāo)和運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。2017年9月17日—24日的等溫變換系統(tǒng)阻力統(tǒng)計(jì)情況見表4。

表1 變換系統(tǒng)主要設(shè)備及數(shù)量

表2 生產(chǎn)運(yùn)行情況

表3 主要設(shè)計(jì)指標(biāo)和運(yùn)行數(shù)據(jù)

表4 等溫變換系統(tǒng)阻力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

由表4可知：系統(tǒng)平均阻力為0.114 MPa，一變爐平均阻力為8 kPa。

4 等溫水移熱變換爐

4.1 變換爐結(jié)構(gòu)

等溫變換爐包括設(shè)備殼體、氣體分布筒、集氣中心管、換熱管束等。變換爐換熱管內(nèi)走水，換熱管間裝觸媒，觸媒床層為軸徑向結(jié)構(gòu)[1]。等溫變換爐與汽包配套使用，等溫變換爐裝置見圖1。

圖1 等溫變換爐裝置示意圖

4.2 變換爐運(yùn)行的特點(diǎn)

(1)不易超溫。根據(jù)航天爐出口CO含量高、水汽比大的特點(diǎn)，CO和水的含量都高時(shí)變換反應(yīng)推動(dòng)力大，第一變換爐熱點(diǎn)溫度難以控制易超溫。進(jìn)行改造后，有效地減少了超溫次數(shù)，增加了觸媒的使用周期，提高了經(jīng)濟(jì)效益[2]。

(2)生產(chǎn)形勢(shì)多元化。單一的生產(chǎn)工藝流程很容易受市場的影響，發(fā)展單系統(tǒng)、多流程的生產(chǎn)工藝是煤化工生產(chǎn)的必然趨勢(shì)。工藝流程多元化為二期航天爐等溫水移熱變換工藝結(jié)合市場行情設(shè)計(jì)改造的一套系統(tǒng)，既適合生產(chǎn)合成氨，又可作為生產(chǎn)甲醇的工藝流程。

(3)增設(shè)二變爐和三變爐進(jìn)出口大閥和副線。S2201液相排污出口調(diào)節(jié)閥組前配DN100的管線到P-22005泵進(jìn)口管線(生產(chǎn)甲醇時(shí)使用該管線直接將S2201液相排污，經(jīng)P-22005泵輸送到氣化碳洗塔塔釜段)。

(4)降阻力。 采用水移熱等溫變換技術(shù)，變換氣徑向通過催化劑，變換爐阻力減小。采用水移熱等溫變換技術(shù)，減少了換熱設(shè)備的使用，同時(shí)減少了催化劑裝量，不再以催化劑裝量來控制催化劑床層溫升。系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)溫副線閥門管線放大。

5 結(jié)語

自2014年4月26日運(yùn)行至今，昊源化工二期航天爐配套項(xiàng)目等溫變換裝置運(yùn)行穩(wěn)定，變換裝置未發(fā)生故障停車，觸媒床層無飛溫現(xiàn)象，整個(gè)床層溫度穩(wěn)定，裝置操作彈性大，副產(chǎn)蒸汽含量高，設(shè)備阻力小，等溫變換爐的運(yùn)行基本達(dá)到了預(yù)期的效果。