合成氨变换系统带灰问题的发现与解决

郭志强

（兖矿贵州开阳化工有限公司，贵州开阳 550306）

合成氨变换系统带灰问题的发现与解决

郭志强

（兖矿贵州开阳化工有限公司，贵州开阳 550306）

根据某年产500 kt大型合成氨装置净化系统异常发现了气化来水煤气带灰并影响生产正常进行的问题，可以通过第1水分离器就地排水，观察水质、分析悬浮物是否异常，第1中温换热器换热效果是否变差，第1中温变换炉压差增大和上层催化剂活性是否减弱等方法判断水煤气是否带灰。通过清洗中温换热器列管、更换第1中温变换炉催化剂和方法，使生产恢复正常。

净化；水煤气；带灰；措施

某年产500 kt大型合成氨装置，主生产系统包括气化、净化及合成车间。从气化来水煤气经净化3台变换炉后产出合格变换气（CO的体积分数≤1%）送往低温甲醇洗工序脱碳除硫。

前期开车阶段因气化系统运行欠佳，从气化来水煤气出现带灰现象，带灰的水煤气经过煤气水分离器V2001、中温换热器直接进入第1中温变换炉，并在其上层催化剂表面形成灰层。随着系统运行，灰层逐渐向下延伸，阻力带逐渐扩大，催化剂空隙亦被逐渐堵塞，导致上层催化剂活性变差，第1中温变换炉反应率亦随之降低，严重影响生产正常进行。

通过观察与分析发现变换系统煤气水分离器排水呈白色且带粘性、中温换热器换热效果逐渐变差、第1中温变换炉上层催化剂活性变差、第1中温变换炉整体阻力增大等系列问题。

1　现象与分析

1.1中温换热器换热效果变差

中温换热器内置阀，作用是调节入第1中温变换炉工艺气温度。由于气化来水煤气持续带灰造成该阀与隔板套筒间堵塞严重，故只能在70%以下缓慢动作。中温换热器列管内大量煤灰导致该换热器换热效果明显差，1周内进出口温差Δθ的变化情况见图1。

图1　中温换热器进出口温度及温差

从图1可以看出，4月22日进出口温差急剧下降，从正常的30～40℃减为1℃，且再无升势。23日因空分跳车，生产系统短暂停车。24日再开车后（水煤气带灰更严重），中温换热器基本无换热效果，已无法保证入炉温度220℃。

1.2第1中温变换炉压差升高

鉴于影响压差的因素较多，为了较好的反应水煤气带灰前后第1中温变换炉压差变化，用压差Δp与合成精制气体积流量qV的比来反应第1中温变换炉整体阻力变化趋势，1周内的数据见图2。

从图2可以看出，正常运行期间Δp/qV应该在0.4 Pa·h/m3左右。22日7：00升至0.54，开始出现带灰，持续约16 h后，因空分跳车整个生产系统停车。24日9:00变换接气后，中温换热器温差降为-1.1℃，直至12:00变换出合格工艺气第1中温变换炉压差升至107 kPa，而该温差Δθ仍处在1～2℃，Δp/qV为1.85 Pa·h/m3，证明水煤气仍持续带灰且有加大趋势，当日16:00系统被迫停车。

图2 第1中温变换炉阻力变化趋势

2　问题的解决

2.1清洗中温换热器列管更换第1中温变换炉催化剂

4月25日—5月6日系统检修，气化车间检修洗涤塔，净化车间清洗中温换热器。中温换热器人孔打开后，发现与前期分析相符：自调阀套筒与隔板一半被煤灰堵死，换热管内部与管板上均不同程度分布着煤灰。彻底清洗中温换热器内部煤灰，投入使用后，进出口温差恢复正常。见图3。

图3　清洗后的中温换热器进出口温度及温差

2.2更换第1中温变换炉催化剂

利用大修时更换第1中温变换炉催化剂，总量82.6 m3。

如果单是气化水煤气带灰，由于持续时间较短，第1中温变换炉上层催化剂重新扒卸过筛除灰即可，便没有必要全部更换。鉴于前期开车期间系统不稳，开停车频繁造成催化剂升温降温频繁，导致催化剂活性变差、存在结块粉化及偏流等系列问题，因此决定全部更换第1中温变换炉催化剂。

再开车后第1中温变换炉后压差趋于正常，见图4。

图4　第1中温变换炉更换催化剂后压差

3　结论

气化水煤气带灰问题属于合成氨生产中相当严重的问题，一旦出现应及时停车，否则将造成后系统设备堵塞，更严重的是会造成生产系统长期无法加量或催化剂全部失活等。水煤气是否带灰，可以通过第1水分离器就地排水，观察水质、分析悬浮物是否异常，第1中温换热器换热效果是否变差，第1中温变换炉压差增大和上层催化剂活性是否减弱等方法判断。

为尽量避免合成氨变换系统带灰，使气化水煤气灰分的质量浓度达到≤1 mg/m3的设计指标，前面的气化系统应适当加大水洗塔上部高压脱氧水洗涤量，定期分析灰水（黑水处理后的洗涤水）水质以提高水洗塔中下部灰水质量，避免灰水中携带大量絮凝剂及颗粒物；在每次检修中检查水洗塔泡帽是否有脱落、腐蚀或吹翻现象，定期清洗塔盘及泡罩；把好煤质关，降低灰分，稳定气化炉操作。

TQ 113.26+4.2

B

10.3969/j.issn.1006-6829.2016.01.013

2015-11-21