以水煤气和焦炉气的混合气为原料的合成装置运行总结

赵小飞，周 峰，潘伟峰，张 亮

(山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司， 山西稷山 043200)

1 装置概况

山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司(简称丰喜泉稷)氨合成工艺设计和内件生产由河北正元化工工程设计有限公司、石家庄正元塔器设备有限公司负责完成，氨合成采用JR型Φ2 600mm三段全径向合成塔内件，工艺采用一进一出流程，配合采用双废锅、双冷交、双水冷(配溴化锂制冷机组)、一氨冷等设备，节能效果明显。设计进气量4×105m3/h(标态)，设计压力13.5MPa，设计生产能力1 000t/d。合成气压缩选用新锦化汽轮机拖动离心式压缩机、循环机二合一机组，氨冰机选用沈鼓集团电拖动离心式冰机，催化剂选用郑州市安泰科技有限公司生产的HA202W型铁系催化剂，装填量60m3/h(标态)。整套装置于2015年12月投运试运行。

2 工艺流程及特点

2.1 流程概述

来自液氮洗3.1MPa，40 ℃的精制气经合成气压缩机三级压缩后与合成工段来的循环气混合后进入循环段加压至13.5MPa(表压)，温度63 ℃，送入热交换器，与来自低压蒸汽发生器的出塔热气换热，温度升至155 ℃后送至氨合成塔，在催化剂作用下进行氨合成反应，出口氨质量分数升至18.5%。

反应后的合成气进入中压蒸汽发生器副产2.5MPa(表压)的饱和蒸汽，温度由392 ℃降至236 ℃进低压蒸汽发生器，副产0.7MPa(表压)低压蒸汽，合成气进一步降温至180 ℃进入热交换器，与来自压缩机的入塔气换热降温至77 ℃后进入蒸发水冷，进一步冷却至40 ℃。依次进入冷交换器Ⅰ、深度水冷、冷交换器Ⅱ，与来自高压氨分的冷气换热，温度降至9.7 ℃，合成气进入氨冷，温度降至-10 ℃进入高压氨分离器。液氨在高压氨分离器中分离出来，液氨经减压至3.2MPa(表压)后送入中压氨分，闪蒸出来的气体和新鲜气汇合后去压缩机入口，下部得到的氨产品送去氨换热器回收冷量，产品液氨从-8 ℃升高到8 ℃去液氨球罐。

高压氨分离器出来的循环气先后送至冷交换器Ⅱ、冷交换器Ⅰ回收冷量，再送至压缩机的循环段入口。

2.2 工艺技术特点

(1) 采用氨合成塔与中压蒸汽发生器直连技术，减少了高温高压工艺气管道投资，安全性能大大提高，同时副产2.5MPa(表压，28t/h)和0.7MPa(表压，24t/h)饱和蒸汽。

(2) 采用溴化锂制冷，副产的0.7MPa(表压)饱和蒸汽在满足两台溴化锂机组最大负荷时热源的情况下，还可外送低压蒸汽5t/h。

(3) 采用一级氨冷工艺，与传统的两级氨冷相比，氨压缩机功耗降低。

(4) 氨合成塔内件采用三段全径向触媒筐，具有阻力小、氨净值高、催化剂使用寿命长、调节灵活等特点。

3 运行中出现的问题及解决方式

3.1 低压氮气压力不稳，造成合成气压缩机跳车

事故经过：2016年3月22日18:32，合成气压缩机中控主操发现低压氮气压力波动大，随即通知相关人员，在调度协调过程中，由于低压氮气压力下降过快，直到0.25MPa，造成合成气压缩机油泵跳车，从而导致合成气压缩机跳车。

事故原因分析：低压氮气进入合成气压缩机系统前没有设置缓冲罐，在开车初期，由于各工段时常需要使用低压氮气，容易造成低压氮气管网压力波动，从而导致合成气压缩机跳车。

处理措施：停车后在低压氮气进入合成气压缩机系统前增加一台容积为5m3的缓冲罐，降低低压氮气管网压力的波动；将合成气压缩机润滑油泵因低压氮气压力低而跳车的联锁值由0.25MPa改为0.20MPa；增加协调处理时间。

3.2 冰机一段分离器带液

在系统开车或加量时，由于操作等原因，经常导致冰机一段分离器带液，造成冰机系统跳车。

事故原因分析：液氨泵打液量不好，系统在设计时，当冰机一段分离器带液时，一段分离器下方液氨屏蔽泵会自启动，将分离器内液氨泵到冰机小槽内，但由于一段分离器安装位置过低，与泵进口落差小，加上一段分离器正常运行时是负压，泵打液量不好；液氨泵打液量过小，泵流量仅为2m3/h；联锁设置不合理，当液位达到50%时启动第一台液氨泵；液位达90%时，启动第二台液氨泵；液位达95%时，冰机跳车，一段分离器液位计过小，量程只有500mm，当瞬间带液量较大时，往往泵刚启动就达到液位高限造成联锁跳车。

处理措施：首先改变液氨泵自启动联锁值，当液位达到20%时启动第一台液氨泵，液位达50%时启动第二台液氨泵，液位达95%时冰机跳车；其次更换一台流量为5m3/h的液氨泵，在一段分离器底部、液氨泵进口增加一台10m3液氨缓冲罐，来加大一段分离器的缓冲容积；由于空间有限，在增加缓冲罐后，液氨液位与泵进口的落差变小，导致泵依然无法正常打液，设法在缓冲罐底部增加一路去尿素底池的管道，当缓冲罐液位达到50%左右时，将缓冲罐进口阀门关闭，向其中充入氮气增压，靠压差将缓冲罐内液氨压至尿素底池。

4 改造效果

目前运行工况与设计值对比见表1。

表1 改造后运行值与设计值的对比

5 结语

经过一年多的生产运行实践证明，合成装置运行平稳，平均日产合成氨1 060 t，合成系统压力在12.5 MPa左右，热点温度控制在(500±5)℃，同平面温差<5 ℃，系统压差为0.6 MPa，合成塔压差为0.25 MPa。装置运行指标达国内先进水平。