合成氨分子筛系统的运行总结

李 舫

(1.青岛科技大学 山东青岛266042； 2.兖矿鲁南化肥厂 山东滕州277527)

0 前言

兖矿鲁南化肥厂240 kt/a氨合成装置的原料气是由新型气化炉产生的水煤气经耐硫变换、NHD法脱硫脱碳、甲烷化除去残留CO及CO2后制得的合格精制气；采用变温变压吸附(TSA)法从精制气中除去H2O，CO及CO2，以达到指标：φ(CO2)<1×10-6，φ(CO)<4×10-6，φ(H2O)≤0.5×10-6；TSA系统压差≤0.15 MPa，再生气直接返回净化系统甲烷化装置。

1 工艺流程及特点

1.1 工艺流程

工艺气流程：甲烷化系统来的精制气(40 ℃，3.05 MPa)与氢回收系统来的氢气(40 ℃，3.50 MPa)进入压缩机一段加压至7.10 MPa后送往分子筛系统，经HX5A-98H分子筛吸附净化的合成气(5 ℃、6.90 MPa)进入合成气压缩机高压缸，与氨合成系统来的循环气混合加压到15.45 MPa 后送至合成氨系统。

TSA系统流程：自界区外来的精制气(40 ℃)首先经过氨冷器冷却至5 ℃，然后经过原料分液罐缓冲并除去液滴，从自塔底部进入吸附塔(T6711A～B)中正处于吸附工况的吸附塔内，在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下，其中的H2O，CO及CO2等杂质被吸附，未被吸附的气体从塔顶流出，经压力调节系统稳压后，送至过滤器除去2 μm以上的粉尘，产品气出界区。干燥系统运行时，1台吸附塔始终处于吸附状态，而另1台吸附塔则始终处于再生状态，2台吸附塔交替操作，以保证连续输出干燥氢气。吸附塔的吸附与再生工艺切换过程均通过12 只程控阀按一定的工艺步序和顺序进行开关来实现。干燥后的氢气经稳压调节阀送出界区。

1.2 工艺技术特点

(1)采用双塔TSA法，流程简单；采用HXSI-01专用吸附剂(Φ2～4 mm)，可满足运行要求。

(2)选用高性能高压程控阀，可保证装置长周期稳定运行。

(3)再生气直接返回甲烷化系统，无任何有效气体损失；再生气不经过冷却，热量可直接用于甲烷化，故总体能耗低。

2 存在的问题

2.1 入塔气中水分超标造成合成塔温度下降

入塔气中水的脱除主要是通过分子筛系统，而吸附水分后的分子筛主要通过加热再生。通过全面排查，2台分子筛吸附塔再生时的加热温度均比较低，达不到要求指标。原因是再生气加热器的操作不当所致，即由于加热器出口冷凝液管道振动大而人为地对冷凝液进行了限量，致使分子筛加热再生不充分，再生后的分子筛中仍吸附有大量的水分，造成分子筛重新进行吸附操作时活性下降，对H2O，CO及CO2等吸附能力变弱，使入塔气中水分含量超标，造成合成塔温度下降。

2.2 精制气中微量(CO+CO2)超标造成催化剂床层温度下降

精制气中微量(CO+CO2)超标原因是净化CO变换及CO2脱除不彻底、甲烷化系统的甲烷化催化剂活性不好、甲烷化系统出口的在线微量分析仪器损坏、甲烷化换热器内漏等，均使精制气中微量(CO+CO2)严重超标，造成合成塔催化剂床层温度下降。

3 整改措施

3.1 防止分子筛再生不彻底

(1)流程改造：分子筛加热再生不彻底的主要原因是加热器出口冷凝液管道振动较大，将冷凝液阀门开度限量，故对加热器出口冷凝液管道进行改造，不再并入冷凝液管网，而是重新配管至废热锅炉，既可以提高加热器温度，又可以节约一部分锅炉用水，降低系统消耗。

(2)根据TSA系统出口气体中水含量指标情况对分子筛运行时间进行调整：由于分子筛吸附剂再生使用的气体为合成气压缩机二段入口工艺气。装置原运行周期为24 h，由于切换频繁会造成合成气压缩机运行不稳定，影响压缩机消耗，因此，在运行前期延长了分子筛运行时间，引起吸附物穿透而造成吸附能力下降，故需重新作调整，缩短了吸附时间，以充分地利用吸附剂的吸附能力，保证TSA系统出口气中水分含量达标。

3.2 防止精制气中微量(CO+CO2)超标

针对精制气中微量(CO+CO2)严重超标，采取优化变换及脱碳工艺指标、更换甲烷化催化剂、修复甲烷化系统出口的在线微量分析仪及甲烷化换热器等措施，使精制气中微量指标控制在工艺指标内。

3.3 加强分液罐排液

吸附塔吸附前有1台分液罐，可分离气体中部分水分，如果不按时排液会使液位升高，容易造成进入吸附塔水分增多，加重吸附塔的负荷。故加强了分离器排液，保证其液位在低限操作。

3.4 分子筛系统氨冷器和再生气加热器的操作

氨冷器操作温度过低，容易造成TSA系统阻力大，增加压缩机系统的能耗。由于没有设置分子筛系统氨冷器气氨压力显示器，只能靠调节液氨的加入量来调整工艺气温度；氨冷器操作温度过高，则带水较多，增加吸附塔负荷。因此，增加氨冷器气氨的压力显示器，可确保氨冷器操作温度严格控制在5～10 ℃。

由于改造后再生气加热器的蒸汽冷凝液送至废热锅炉，废热锅炉蒸汽压力为3.2 MPa，所以当蒸汽管网压力低于3.3 MPa时，可适当降低废热锅炉蒸汽压力，以保证冷凝液和废热锅炉之间的压差，从而保证稳定运行。