醇氨联产装置超低负荷运行总结

李家栋，曹 珍，李加松，李 耀

（兖矿新疆煤化工有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

1 概 述

兖矿新疆煤化工有限公司600 kt／a醇氨联产装置设计产能为 300 kt／a甲醇、300 kt／a合成氨、520 kt／a尿素。其气化装置采用多喷嘴水煤浆加压气化技术，配置3台气化炉（两开一备），均采用激冷流程。气化炉生产出的水煤气无需经过降温脱硫即直接进入变换装置（2套变换装置，分别对应甲醇系统、合成氨系统）进行耐硫变换，变换气中酸性气的脱除采用目前最先进的低温甲醇洗工艺（2套低温甲醇洗装置，分别对应甲醇系统、合成氨系统；合成氨系统低温甲醇洗装置后串液氮洗装置），低温甲醇洗装置共2台吸收塔，共用1套再生系统。甲醇合成采用国内华东理工大学开发的 “管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器”（2台，并联），合成压力为5.0 MPa，副产2.5～4.0 MPa的中压蒸汽；精馏系统采用节能型三塔精馏工艺。氨合成采用卡萨利15.0 MPa低压氨合成工艺，副产4.0 MPa的中压蒸汽；尿素系统采用CO2汽提工艺和塔式造粒（造粒塔）工艺。空分装置采用液氧泵外循环流程，为气化装置提供氧气。冷冻站采用氨压缩制冷工艺，为低温甲醇洗装置及氨合成装置提供冷量。

公司所在地冬季气温可达-40℃，若系统非计划停车，撇开停车损失及安全环保方面的压力不谈，其防冻工作量就很大，且管道、设备和人员的安全无法得到保障。2018年1月，运行中的1台气化炉因故需退出系统24 h，而备用气化炉正在检修（无法投用）。为维持系统的安全、稳定运行，避免在冬季因冻堵带来的安全隐患，经统筹计算后，我们决定只切出问题工段，其他系统则维持超低负荷运行，即首次实现了单台气化炉带甲醇系统、合成氨系统、尿素系统运行。现简介如下。

2 超低负荷运行主要操作措施

2.1 保证蒸汽系统的稳定，严控蒸汽用量

在超低负荷下，蒸汽外送原则上应以保证本装置的安全运行为主，因为蒸汽系统的稳定与否是装置能否继续运行的先决条件。热电装置3台220 t／h煤粉炉（两开一备），运行中的2台锅炉负荷均提至90%～95%；气化装置则通过调整水煤气洗涤水流量提高水煤气温度，以达到提高副产蒸汽的目的；对于工艺要求不太高的除氧系统，将热源改为品质略差的闪蒸气。

2.2 工艺运行数据对比与统计

我们在以往的操作中实现过单台气化炉带甲醇和合成氨双系统低负荷运行，为实现单台气化炉带甲醇系统、合成氨系统、尿素系统低负荷运行积累了大量的经验数据。单台气化炉带甲醇、合成氨系统运行时，气化炉负荷提至95%～96%（气化炉压力6.2 MPa），水煤气产量约330 000 m3／h。甲醇系统气量（变换气量，即入低温甲醇洗装置气量）在65 000～75 000 m3／h，合成氨系统气量（变换气量，即入低温甲醇洗装置气量）在75 000～85 000 m3／h，尿素系统负荷在14 500～16 500 m3／h（经CO2压缩机压缩后进入尿素高压系统的CO2流量）。不同负荷下气化炉及下游系统主要运行数据的对比见表1、表2。

表1 不同负荷下气化炉主要运行数据对比

表2 不同负荷下系统主要运行数据对比

2.3 前后（系统）协调，以退为进

后系统要有稳定的CO2解吸量，保证尿素系统的运行；前系统要防止水煤气量的大幅波动，以免对变换催化剂造成灾难性的影响。为此，先将甲醇合成及甲醇变换装置做短停4 h的准备，匀出1台气化炉的水煤气至变换装置前放空调节，待气量稳定后再缓慢接入甲醇系统，防止因进入甲醇系统的水煤气气量低而造成氢碳比和变换炉温度难以控制。

2.4 优化操作，满足CO2供给

在变换装置低负荷运行时，若CO2解吸量不足，将造成CO2压缩机频繁喘振，无法满足尿素系统超低负荷运行的需要。为此，需优化净化装置的操作：首先，减小低温甲醇洗装置主洗塔至下部的回流量，增加去解吸塔的含高浓度CO2的富甲醇循环量；其次，严格控制主洗塔内的压力，在硫含量不超标的情况下，加大主洗塔下部至CO2解吸塔的含硫富甲醇循环量，以进一步增加CO2的解吸量，使后系统CO2流量能达到15 000 m3／h，并且CO2放空阀还有4～5个阀位，以利于CO2压缩机的稳定运行。此时尿素产量达到23～28 t／h。

2.5 前系统负荷调整，后系统及时跟踪调节

通过监测前系统的压力和进入氨合成界区的新鲜气量的波动情况，遵循（合成气压缩机）降速（系统）先降压的原则，即将合成气压缩机一段防喘振阀、二段防喘振阀、三段防喘振阀开度分别由0%升至10%、0%升至5%、0%升至2%，这样合成气压缩机转速即由11 686 r／min降至 9 600 r／min，工艺气量由 100 400 m3／h降至80 000 m3／h；同时，及时跟踪调节合成气的氢氮比，防止出现合成气压缩机喘振及氨合成塔超温。

低负荷运行时，CO2气量由28 000 m3／h逐渐减至18 000 m3／h。CO2压缩机的一段防喘振阀、二段防喘振阀、三段防喘振阀开度分别由82%升至100%、0%升至47%、0%升至45%，CO2压缩机转速由8 510 r／min降至 8 300 r／min，CO2压缩机一入压力由0.130 MPa降至0.127 MPa，防腐空气加入量由730 m3／h降至560 m3／h，监控CO2压缩机其他各项运行指标。尿素高压系统根据气量调节工艺指标，氨量由38.5 t／h减至27 t／h，通知氨合成工段调节输氨泵出口压力；调节进入尿素高压系统的甲铵液量，由36 m3／h减至24 m3／h，汽包压力由 0.370 MPa升至0.450 MPa，蒸发量由85 m3／h降至56 m3／h，解吸水解系统据管网蒸汽供需状况减到最低运行负荷（解吸液处理量19 m3／h）。

3 单台气化炉退出时的调控措施及注意事项

（1）系统压力在单台气化炉退出过程中波动较大，造成炉膛压力与负荷不匹配，氨合成工段保系统气量，甲醇变换工段保系统压力，多次少量调节。

（2）气化炉负荷达到96%，气化炉压力6.2 MPa，煤浆泵转速997 r／min（基本达到额定转速），工艺巡检人员做好维护，出现异常及时反馈并做好统筹安排。

（3）单台气化炉退出时，由于要兼顾合成氨系统低负荷条件下的稳定运行，这样进入甲醇系统变换炉的水煤气流量就会不足，甲醇变换系统空速低，易造成甲醇系统变换催化剂床层超温，操作过程中，为及时带走反应热，应先关闭激冷线调节阀以提高空速，降低变换炉入口温度，待炉温稳定后，通过调节激冷线调节阀开度调整CO配比，从而将进入甲醇系统变换炉水煤气的温度控制在其露点之上（250℃左右），以有效控制甲醇变换催化剂床层的温度。

（4）单台气化炉退出、甲醇变换接气时，进入甲醇变换系统的水煤气流量低，这时，既需要控制变换炉的炉温，又需保证变换气适宜的氢碳比。因此，操作过程中，在满足甲醇变换炉床层温升可控的条件下，还应尽量满足变换气的氢碳比要求，防止由于变换气中CO2含量过高而加重低温甲醇洗系统的负荷，避免甲醇合成气中有效成分过低而影响甲醇合成催化剂的还原深度以及系统的能耗。

（5）低负荷运行时，水煤浆气化系统运行压力高，变换系统气量小、空速低，对设备、管道、机泵及附属安全设施的要求苛刻，要加大巡检力度，密切关注各项工艺数据的变化，如有异常及时反馈，并做好统筹安排。

4 结束语

我们在此次单台气化炉带甲醇系统、合成氨系统、尿素系统超低负荷运行的过程中，由于各项准备充分，成功实现了醇氨联产装置的超低负荷运行，过程中积累了大量的经验数据，员工处理应急事故的水平也得到了提高。无论是加负荷还是低负荷运行，对操作人员而言均存在着身体和心理上的巨大挑战，只有从思想上高度重视，在技术方面和应急处理上做好相应的准备，才能应对此种超低负荷运行的挑战，才能确保装置的安全、高效、稳定运行，才能为公司下一步实现效益更大化打下坚实的基础。